1。2 国内外研究现状

1。3  本文研究内容及思路方法

基于材料力学、有限元分析相关理论、传热学和流体力学等相关知识对轴承 正常运行工况下进行仿真研究，研究轴承在正常运行情况下温度分布与应力分布， 以及对于轴承出现胶合和磨损故障时温度场分布及应力分布的变化。然后进行疲 劳寿命分析，并以此为基础对风电机组故障时的诊断做出指导。

在进行有限元分析之前应先在 Solidworks 机械设计软件中以此绘制正常的 轴承、胶合故障时的轴承以及磨损故障时的轴承为后续的 ANSYS 仿真模拟建立 3D 模型。为了得出有限元分析时的工况输入条件，运用 Matlab/Simulink 软件对 于定风速与变风速两种工况下的风电机组齿轮箱高速轴端的转矩与转速进行仿 真并得出数值为后来的稳态与瞬态 ANSYS 热力学温度场分析提供输入摩擦产热 量，计算摩擦产热量时选择合适的经验公式即可。同时根据润滑油粘附在轴承内

本科毕业设计说明书 第 5 页

外滚道上可能会经历层流、过渡段和紊流三种情况对其可能的对流换热系数进行 计算，对流换热系数也是有限元分析的必要输入条件。统计不同风速下的输出功 率、输出转矩和输出转速并绘制趋势曲线以为后续研究来流风速对于轴承疲劳寿 命的影响做下铺垫。 在得出上述输入条件之后在有限元分析软件 ANSYS Workbench 中在定风速与变风速两种情形下开展稳态温度场与瞬态温度场的仿 真分析，并在此基础上，将热分析的结果作为输入条件输入到应力分析中对滚动 轴承进行耦合分析，研究工作温度与转速对热应力耦合影响，完成在温度影响下 的寿命仿真。然后改变载荷与转速，在不同工况下进行轴承的寿命分析，并且对 故障模式的情形进行仿真与分析。得出温度场分布之后继续在有限元分析软件 ANSYS/Workbench 对滚动轴承在定风速与变风速两种情形下进行接触应力和接 触形变计算并得出其应力分布云图，以此为基础研究负荷对接触应力和接触变形 的影响，为疲劳寿命分析奠定基础。对于疲劳寿命分析只需在上述得出结果之后 在程序中继续加入 Fatigue Tool 即可，选定相应材料的 S-N 曲线和周期的负载， 即可得出轴承可承受多少次此种负载。相应的插入安全系数并根据相应的材料和 轴承型号查询安全系数合理范围即可直观的看出疲劳故障容易发生的部位。来,自,优.尔:论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

上述完成了风电机组齿轮箱传动系统中轴承正常运行时的有限元仿真模拟， 对于轴承故障失效并未讨论，对于轴承失效的形式大致可以分为运动失效和精度 失效两种。在此我们仅仅考虑两种简单但在轴承运行时十分常见的两类情况，即 滚动体胶合和滚动体磨损。其整体步骤与上述轴承正常运行时出入并不大，仅仅 在某些地方参数设置不同或者模型原型不同。首先将导入的模型图改换成故障时 的轴承重复上面的仿真过程，改变某些基本参数，对于轴承啮合故障时，由于滚 动体与内滚道或者外滚道胶合在一起，导致故障滚珠的摩擦产热量减小，因此将 输入摩擦产热量减小适当数值即可仿真模拟。而对于轴承磨损故障时，由于存在 载荷致使金属表面发生摩擦而产生磨损，每个滚动体都可能存在不同的磨损和塑 性变形的问题，但在这里我们仅仅考虑其中一个滚动体磨损致使其与其他滚动体 相比尺寸明显减小。这样同样的也能在 ANSYS 中得到轴承故障时的温度分布和 应力分布，并与轴承正常运行时比较得出轴承在这两张故障情形下寿命疲劳变化