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风电机组变桨系统
静强度和刚度分析案例
目录
某变桨系统关键部件静强度分析报告
1概述1
2结构简介1
3有限元分析2
3.1有限元模型2
3.2边界条件设置4
3.3材料性能5
3.4计算方法5
3.5计算结果5
3.5.1强度统计评估5
3.5.2刚度统计评估11
4结论15
参考文献15
附录A极限载荷表16
附录B各工况下极限应力结果表16
附录C各个连接端面的刚度统计表16
某变桨系统关键部件静强度分析报告
1概述
针对风电机组变桨系统开展了设计工况下的静强度校核。采用有限元软件构
建了考虑接触非线性、螺栓预应力和角接触特征的叶片-轴承-轮毂精细有限元模
型。采用预校验共轭梯度求解器计算得到48种极限工况下的静载结果。在此基
础上分析了轴承套圈、轮毂以及螺栓主要部件的承载能力与应力分布情况。重点
评估了与轴承外圈相连的轮毂侧端面变形情况，进行了刚度分析。结果表明，变
桨系统关键部件的静强度能够达到使用要求；与轴承连接的轮毂端面刚度偏
低。。。。
2结构简介
本报告的研究对象为风电机组的变桨系统，其主体结构包括叶片、轴承内外
套圈、轮毂、螺栓等，结构示意图如图1所示，轴承结构如图2所示。
a等轴测视图b剖视图
图1变桨系统结构示意图
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某变桨系统关键部件静强度分析报告
3有限元分析
由传力路径分析得到，变桨系统承担了风电机组工作时产生的气动力、惯性
力和重力，本报告采用有限元方法分析以上载荷对变桨系统静强度的影响。分析
中采用的单位制：力为N，力矩为N·mm，应力为MPa，形变为mm。
3.1有限元模型
变桨系统关键部件的强度分析采用三维建模软件建立结构模型，再导入至有
限元软件中完成网格剖分和静强度分析。有限元建模中，轴承套圈、垫圈及叶片
假体采用8节点6面体单元分网；轮毂采用10节点4面体单元分网；双列滚子
采用仅受压的双线性杆单元建立等效模型，截面积参考规范[2]获得；外圈螺栓
和内圈螺栓采用梁单元建立模型，截面积以应力面积计。在叶片根部中心受力点
位置建立节点，设定与规范[1]一致的节点局部坐标系，该节点通过MPC多点约
束与叶片假体截面连接。有限元模型见图3~图5，单元类型及材料牌号见表1，
各部件连接关系见表2。
图3变桨系统有限元模型轴测图
2
某变桨系统关键部件静强度分析报告
图4变桨系统有限元模型剖视图
图5包含边界及载荷的有限元模型视图
3
某变桨系统关键部件静强度分析报告
表1单元类型及材料牌号
名称类别单元类型材料属性(牌号)
轮毂分析体10节点6面体QT400-18AL
轴承内圈分析体8节点6面体42CrMo4
轴承外圈分析体8节点6面体42CrMo4
滚动体分析体仅受压link杆GC
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