(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210697765.X (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 南京工业职业 技术大学 地址 210023 江苏省南京市仙林大 学城羊 山北路1号 (72)发明人 马燕芹　周元伟　钱飞宇　 (74)专利代理 机构 南京德铭知识产权代理事务 所(普通合伙) 32362 专利代理师 娄嘉宁 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种风力发电机组主轴承滚动体受力的计 算方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种风力发电机组主轴承滚 动体受力计算方法， 包括： 1根据风机结构受力部 件， 建立完整的三维几何模型； 2简化几何模型， 对各部件几何模型进行网格划分， 赋予材料属 性； 3模拟轴承和螺栓连接方式， 对各结构 件接触 面和边界条件进行设置， 完成有限元模型装配； 4 对划分网格的结构件进行装配， 通过对接触面、 边界条件的参数化设置形成有限元模型； 5考虑 螺栓预紧力和主轴承热装配工艺， 施加极限工况 载荷， 计算极限工况下滚动体受力情况。 本发明 建立了有限元模 型， 考虑了端盖螺栓预紧力的施 加和主轴承 热装配工艺的仿真， 有限元仿真结果 更加接近实际受力情况， 对于主轴承卡伤失效因 素等分析有重要仿真参 考价值。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114996877 A 2022.09.02 CN 114996877 A 1.一种考虑热装配工艺的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 包括以下几个 步骤： 1)根据风机结构受力特征和载荷传递路径等因素， 确定受力部件， 建立完整的三维几 何模型； 2)简化几何模型并对结构进行离散网格化， 忽略部分倒角、 小孔、 凸台等的影响， 对各 部件几何模型进行网格划分， 赋予材 料属性； 3)对主轴承、 后轴承、 螺栓等连接部件进行力学简化， 模拟轴承和螺栓连接方式， 对各 结构件接触面和边界条件进行设置， 完成有限元模型装配； 4)对划分网格的结构件进行装配， 通过对接触面、 边界条件的参数化设置形成完整的 风力发电机组主轴承 滚动体受力计算有限元模型； 5)考虑螺栓预紧力和主轴承热装配工艺， 施加极限工况载荷， 计算极限工况下滚动体 受力情况。 2.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 有 限元模型包含了完整的载荷传递路径， 能够更准确的得到主轴承滚动体在极限工况下的应 力结果。 3.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 连 接螺栓的螺栓头、 螺纹段、 光杆段等分别通过不同截面形状梁 单元模拟， 既保证计算结果的 准确性， 又减少节点数量从而缩短计算时间。 4.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 考 虑所有连接螺栓的预紧力施加工艺， 确定螺栓预紧力的施加工序， 考虑螺栓预紧力的分散 系数。 5.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 所 有接触面中， 考虑非线性接触， 可能产生滑动摩擦的接触都在有限元模型中设置为摩擦接 触。 轴承内圈和外圈的热过盈配合面的接触单元， 设置热装配工艺的温差， 与不设温差的仅 仅输入过盈配合 参数值的模型进行对比。 6.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 有 限元模型的边界条件： 根据圣 维南原理， 对底座法兰与偏航轴承连接端面进行全约束， 通过 建立导向节点和转轴的绑定来约束转轴旋转自由。 7.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 所 述对风力发电机组施加极限工况载荷包括： 在叶根中心建立加载点， 通过多点约束建立起 加载点与变 桨轴承法兰面的约束， 从而将载荷 传递到转轴。 8.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 所 述对风力发电机组有限元模型施加极限工况载荷还包括三个载荷步， 第一个载荷步： 施加 主轴承的内外圈温差， 完成轴承 热装配； 第二个载荷步： 对有限元模 型所有连接螺栓施加螺 栓预紧力； 第三个载荷步： 对叶根中心的加载点施加极限工况 载荷。 9.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴 承滚动体受力的计算方法， 其特征在于， 螺 栓预紧力的施加不是一次性完成， 为了 仿真实际的工艺过程， 螺 栓预紧力分两次施加完成。 10.一种服务机设备， 包括处理器、 存储计算机程序的存储器， 其特征在于， 所述计算机 程序被处 理器运行时， 处 理器执行如权利要求1 ‑9中任一项所述的方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114996877 A 2一种风力 发电机组主轴承滚动体受力的计算方 法及装置 技术领域 [0001]本发明涉及 一种风力发电机组主轴承滚动体 受力的计算方法及装置， 属于风力发 电技术领域。 背景技术 [0002]主轴承的寿命对风机 的运维、 成本等有至关重要的影响， 风力发电机主轴承保持 架经常出现明显的磨损， 说明滚动体发生偏移， 这与卡伤失效特征符合， 卡伤是指在滑动面 上产生的部分微小机械损伤汇总而产生的表而损伤， 表现为滚道、 滚动圆周方向的线性伤 痕和滚子端面摆线状伤痕。 引起轴承卡伤失效的因素包括过大载荷、 预紧力过大、 内外围倾 斜等。 分析主轴承 滚动体的强度对研究主轴承的失效原因和优化设计有重要意 义。 [0003]目前针对风力发电机主轴承 滚动体受力计算研究资料较为少见。 发明内容 [0004]本发明的目的是提供一种风力发电机组主轴承滚动体受力的计算方法， 以解决目 前风力发电机组主轴承 滚动体受力的计算结果 不够准确的问题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提出一种风力发电机组主轴承滚动体受力的计算方法， 包括以下步骤： [0006]1)建立包括轮毂、 转轴、 主轴承、 定轴、 后轴承、 底座、 端盖、 端盖与定轴连接螺栓、 底座与定轴连接 螺栓的几何模型； [0007]2)简化几何模型， 忽略部分倒角、 小孔、 凸台等的影响， 对各几何模型进行网格划 分， 赋予材 料属性； [0008]3)对各结构件接触面和边界条件进行设置， 完成有限元模型装配； [0009]4)装配完有限元模型后， 考虑螺栓预紧力和主轴承热装配工艺， 施加 极限工况载 荷， 计算极限工况 下滚动体受力情况。 [0010]另外， 本发明还提出一种风力发电机组主轴承滚动体受力的计算装置， 包括存储 器、 处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行 的计算机程序， 所述处理器在执 行所述计算机程序时实现上述的风力发电机组主轴承 滚动体受力的计算方法。 [0011]本发明充分考虑了主轴承滚动体 的受力情况， 建立了包括轮毂、 转轴、 主轴承、 定 轴、 后轴承、 底座、 端盖、 端盖与定轴连接 螺栓、 底座与定轴连接 螺栓等有限元模型。 [0012]进一步的， 上述风力发电机组滚动体受力的计算方法， 所有连接螺栓的螺纹段、 光 杆段等分别通过不同梁单 元模拟。 [0013]进一步的， 有限元模型的端盖外圈与轴承外圈为间隙配合， 建立接触类型为标准 接触， 并设置间隙值。 [0014]进一步的， 主轴承滚动体采用COMBIN39弹簧单元建模， 通过局部坐标系方向设置， 实现滚动体单向受压建模， 同时输入滚动体的非线性刚度曲线(非线性刚度曲线可通过实 验方法或有限元计算方法获取)。说　明　书 1/4 页 3 CN 114996877 A 3