基于有限元分析直驱风力发电机转动轴优化设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com基于有限元分析的直驱风力发电讥转动轴优丫匕设计口曹翰清口龚天明口赵震江苏中车电机有限公司江苏大丰224100摘要：转动轴作为直驱风力发电机中的一个重要转动部件．其设计可靠性和安全性直接影响到风力发电机组运行的可靠性及安全性。运用有限元分析软件和《GL2O10风力发电机组认证指南》中相关规定，对转动轴的结构进行疲劳分析和优化设计，进而提高转动轴的安全性和可靠性。关键词：有限元分析疲劳计算优化设计中图分类号：TH133文献标志码：A文章编号：1000-4998f2016)01—0040

2、—03目前国内外风电市场已进入了迅速发展期．风力元分析得到转动轴最大主应力为222．75MPa．如图2发电机组的容量不断增大，其产品种类也越来越多．每所示。转动轴最大应力大于许用屈服强度，即静应力一种型号都可能会衍生出很多适应不同区域的风力发计算不满足设计要求。电机机组。在这种情况下，需对发电机的主要零部件如定子支架、转子支架、定子主轴及转动轴重新进行优化和设计，以保证发电机组的安全性和可靠性。笔者利用有限元分析软件对某型号直驱永磁风力发电机的衍生产品的转动轴进行强度及疲劳计算．根据计算结果提出转动轴的优化方向。并对

3、优化后的产品进行疲劳强度计算，以满足设计使用要求。1对原型号风力发电机转动轴进行结构静强度分析[’]对原有转动轴及相关部件进行实体三维建模、有2衍生产品载荷下定子主轴疲劳分析计算限元分析，设置材料属性，加载衍生产品所需载荷和提取静强度分析结果。实体三维模型如图1所示。材料将静强度下计算结果及相应的参数输入到属性见表1GL2010规范关于合成材料S—N曲线计算参数表中，计算使用的衍生产品载荷见表2．载荷方向与可以得到合成材料．s一Ⅳ曲线的结果参数_2]．再对衍生(GL2010风力发电机组认证指南》(简称GL2010规产

4、品载荷下的定子主轴进行疲劳强度分析。范)中轮毂坐标系下的方向一致。2．1衍生产品载荷下定子主轴材料S—N曲线相关参根据以上模型、材料属性及衍生产品载荷．经有限数的计算根据GL2010规范中的相关文件．定子主轴材料表1结构分析中采用的材料力学参数的疲劳．s一Ⅳ曲线如图3所示。根据转动轴材料的材料材料弹性模量泊松比密度屈服强度抗拉强度属性及模型特征．可以得到材料一Ⅳ曲线的输入参／GPa／(t·In。、／MPa／MPa数，对照GL2010规范中关于s一Ⅳ曲线的计算方式]，QT400-18ALl690．2757．122037

5、0得到S一Ⅳ曲线的输出结果参数，见表3。表2衍生产品载荷2．2等效载荷的选取载荷／(kN·m)Mr／(kN·m)／(kN·m1／kNFY

6、kNFz／kN由于ml=9．1786，选取使用Blade软件针对风场12079．66941．41537．3234．6-78．7—1253．7类型和机组情况进行载荷计算时得到的等效疲劳载注：为沿轮毂坐标系方向的力；Mx为沿轮毂坐标系方向的转矩；荷。在对等效载荷进行选取时应选择S—N曲线斜率为为沿轮毂坐标系y方向的力；为沿轮毂坐标系y方向的转矩；9的一行，见表4。为沿轮毂坐标系z方向的

7、力；为沿轮毂坐标系Z方向的转矩。2．3定子主轴在等效载荷时的应力计lit定子主轴疲劳分析和静强度分析一致．疲劳载荷收稿日期：2015年8月2016／1机械制造54卷第617期学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com