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风力发电机轮毂的强度分析

发布于:2016-05-06 17:36
强度分析

      在风电机组的开发设计中,轮毂把叶片载荷传递给电机转子,切割磁力线,产生电流。因而,叶片的载荷对轮毂的作用很明显,轮毂是否能够有效的抵御叶片载荷并将其平稳地传递给电机转子就显得尤为重要。所以,本研究重点研究轮毂在叶片载荷作用下的强度分析结果。
      采用SolidWorks App生成轮毂以及相关部件的几何模型。叶片载荷在GL(German ischer Lioyd)规范定义的坐标系提出,如图所示。几何模型见图。应力在ANSYS坐标系下表示出来。轮毂的中心与卡氏坐标系的原点重合,轮毂的轴线与整体坐标系的,轴重合。为了施加由叶片传递过来的单位载荷,在叶片的根部建立局部坐标系,其z轴与叶片轴向重合,x轴与整体坐标系的x轴同向,y轴由右手定则确定。
      由于轮毂的几何模型较为复杂,先将装配体导入ANSYS的WorkBench平台,对轮毂采用以六面体为主导(Hex Dominant)的单元划分网格。然后再将生成文件导入ANSYS经典界面进行其余部件的有限元网格划分。这样做的目的在于在轮毂表面形成较好的网格,为后续进行的疲劳分析做准备。整体有限元模型见图。轮毂、电机网格细节见图。
      为了给叶片根部施加载荷,采用刚性非常大的梁单元(type Beam4)建立连接叶片根部顶面和轮毂根部加载点的载荷伞(spider swebs),电机定子主轴用刚性很大的Beam4单元模拟。只有电机主轴承的外圈滚道建立实体模型,通过Beam4单元将其连接到主轴上。轮毂有限元模型在电机主轴的末端施加全约束(Beam 4 element node fixed in all DOF),图显示了模型的边界条件。
      为了阻止叶片的旋转,约束载荷伞中心点沿叶片轴线的旋转自由度(z-axis),变桨轴承被称为8点接触轴承 ( 8 point contact bearing),因为每个轴承滚珠与滚道之间有4个接触点,同时变桨轴承有上下两排滚道。
      用Link10单元模拟轴承滚珠的力学行为。Link10单元是三维杆单元(3D spar elements),在本研究中Link10单元被定义为只承受压力。
      在变桨轴承的旋转端与非旋转端的两个相对的节点之间定义Link10单元。图给出了link单元与轴承的位置关系。在图中,只显示了一组Link10单元。显示了所有的link10单元 在每一组中,每个Link10单元有各自的实常数(Real Constant)。通过调整实常数中初始应变的设置,进而模拟滚珠(ball)与滚道之间的缝隙。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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