对于目前轴承疲劳寿命的研究主要集中于理论、数值仿真和实验这三个方向, 而数值仿真模拟为轴承的温度、应力和寿命分析提供了非常直观且有效的手段。 目前大多数研究人员都是以现在常用的水平轴式大型风力发电机为主,而在这种 发电模式中轴承主要是用于由变桨距系统、偏航系统和传动系统之中[4],其中处 于传动系统的轴承因为需要承受更高的载荷而导致其疲劳寿命显得尤为重要,传 统系统中的轴承主要包括主轴轴承、变速轴承和发电机轴承[5]。而主轴承由于其 疲劳失效之后进行拆装十分困难,所以维修费用高,一旦失效将会给整个风电机 组带来巨大的损失。对于主轴轴承的疲劳校核和寿命预测技术已经成为近些年里 研究的热门课题之一。

对于轴承的故障和寿命影响最主要的因素就是温度变化与应力变化,对于此 类问题各国学者主要都进行了基于理论推导、数值仿真模拟和直接实验方法得出 了许多的重要结果,尤其是计算机仿真模拟对于轴承的疲劳预测和寿命分析已经 成为了如今十分有效的手段,甚至部分的分析结果都可以取代实验研究[6]。在风 电机组中轴承作为旋转零件,其在正常运行时由于其高速旋转导致不断的出现摩 擦和碰撞,最终使得整个风机轴承温度升高,出现“烧油”现象。尤其在润滑油使用时间过长致使轴承发生激烈的碰撞和摩擦时,致使轴承温度急剧升高时问题更为严重,或者由于疲劳磨损、滚动体裂开等问题致使轴承在运行时发生振动, 更为严重时将会直接烧毁轴承导致整个风力机组设备停机[7]。尤其当温度过高时, 滚动体之间的工作游隙空间将会缩小,接触应力也将急剧增大。在此过程中摩擦 产热量也会迅速攀升,而此激增的热量很难再短时间内发散掉,这种情况时滚动轴承将会可能出现胶合、咬死等问题。高温也会产生很大的热形变力,直接降低 了轴承的可靠性和效率。77070

对于轴承疲劳预测问题的研究必然少不了其接触问题的分析,而接触问题的 分析就是对于轴承运作时其出于不同位置的滚动体的应力和应变情况。出于最大 形变处的滚动体将会对于其疲劳寿命有很大的影响。而研究此类静力学问题的基 础便是赫兹理论[8]。我国学者王腾进行了对于不同条件下的载荷对深沟球轴承的 接触应力和疲劳寿命的热稳态分析,然后又将此结果进行耦合实行热-应力分析轴承的疲劳寿命[8]。也有部分学者对于球磨机主轴承的二维温度场分布进行了研究分析,并以此证实了有限元数值模拟分析法对于此类轴承的温度场与进行状态 监测是可行的[9]。邓旭勇等人也对于给一定条件下的角接触球轴承 B7005 进行了 仿真分析,并以此得出了内外滚道与滚珠之间的接触疲劳是其整个零件的接触疲 劳的主要形式[10]。我国学者郑志坚等人也运用 ANYSY 对推力滚子轴承的滚动体 与球轴承的接触应力进行了仿真模拟[11]。王露等人更是将有限元分析的结果与寿 命数值仿真有机结合在一起,对于不同工况情形下的轴承疲劳寿命进行了数值模 拟并将此仿真结果与实验结果进行了进一步的比较[12]。上海大学的李思成也以 L-P 理论为基础对不同工况载荷下的轴承疲劳寿命进行了分析[13]。我国也有许多 学者对于轴承故障运行时进行了仿真模拟,例如马波等人对于缺陷滚动轴承的不 同位置与缺陷尺寸以及滚动体缺陷数量进行了仿真并得出了其应力与应变分布[13]。南京理工大学谭博文在研究生论文中也对风电机组齿轮箱高速轴端的轴承进

行了在滚动体胶合与磨损情况下的仿真模拟[14]。国内航空发动机主轴轴承系统热 分析方面的研究尚属起步阶段。近几年,西北工业大学、北京航空航天大学、南 京航空航天大学、航空工业总公司第 606 研究所、航空工业总公司第 608 所等单 位对发动机高速滚动轴承进行了一些热状态分析及试验研究[22]。论文网

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