5kw离网小型风力发电机主轴疲劳分析

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1、万方数据5kW离网小型风力炭电讥重轴的疲劳分析口许睿，口杨明忠。口李智慧2lAⅨaI^学n自IⅡ学院武Ⅸ4300702十目n∞mT$目0目镕710Ⅲ￡*朔j匕宜8443003*1．m≈5-1k自1☆R∞*Ⅲ5kW自目十iR女＆t“i#*"￡目g”镕i#≈#T日#I*＆1T∞nm^*》*在■n0*#^^^月H女7#}#tT％＆t￡*t#自自十E＆￡，**0t自十^∞d女im＆#，An有m^##ANNYS$女a自‘E＆E4￡±t劳t4《Ⅱ^*％¨女#§tT镕f*《*E《"＆*}十。**目：m∞＆自n主#韫m鼓荷ANSYS＆§#*中目*女{THl332；'15(83女∞#*日：A女章墒{

2、1000—4998(2011104—0057-03主轴是风力发电机组的蓐要部件它连接风轮．传递载荷时刻承受弯扭，“及风建风向突在所带来的瞬时冲击。主轴不可靠．机组的工作稳定性就樽不到徉证．作者参与了叫·目长江航运集团电机厂’的一种新型5kW离目小型胤女发电机组的研制，该机组B前处f试制阶段。垃取该机主H的主轴为研究对蒙首先肘改±轴进行极限静毅荷分析在此基础r冉进行毛轴的疲劳分析以骑证{轴是吉有足够∞强度和使用寿命。通过有限元分析的方法日部分甚至全部取代疲劳实骑能缩短研发周期．节省研发赀用1主轴的极限载荷分析罔1所示即为该5kW风力发电机组的±轴试制样品首先要确定该±轴的罡载肜式对该

3、i轴进行极限静救荷分析．确认分析的结果正确后，找m土轴上可能发生疲劳破坏的危险点再对危险点进行疲劳分析。罔中A和B所丧示∞轴段等长用于安装一对深目球轴承C处安装风女发电机转于D处安装风轮。风吹动风轮转动风轮驱动主轴通过键带动转子转动转于表Ⅲ帖贴磁钢转子转动时定子槽自的线目切割永瞄体的磁场产生m流发电，在建立有限元模型时需对}轴蛮体模型进行简化。为T加工和装配方便主轴t有很害剧自倒目自退Ⅺ槽等这砦细廿对±轴受山№％【Jm：201049月自堕!塑!!!!!竺!影响不大但划分有限单元时会产生太t刚格．浪费计算机资源应省击。±轴最右端有螺纹用来安装导流罩．m可省女；而两十键槽是土轴重要特征

4、，对i轴璺^产生较犬影响应铢目。将轴径窘变处和两个键槽底部目格细化得m的{轴有限单元模Ⅻ见目2。当转速不变时±轴址十半新状卷，BL轮输^∞转矩和转子受到的磁阻^1}}

5、等根据探沟球轴承的腹用特点可“确定A处轴预需要约求轴向径向和Ⅲ自仳移B处轴颈仅需约束轴向和径向位移。眦轮在转动时键_I音处于不同的角度主轴上某一节点的应^也不目选取键槽趾千止上方和止下方两种啦置$分析主轴的受载情况目为这两种位置下艋键槽处的受力大于其它位首．分别对模型加载丹析得Ⅲ该t轴极限戴荷F目种位置状态的应女二日见罔3Ⅻ日4。检验两次极限静载荷分析的结果．得出如下结论：】)施加在轴L∞力和轴受到的反作崩力大小几乎

6、相等．方向相反。2)m阿3和罔4∞结果可知．2,011／4回万方数据两}p情况F￡轴的艟大等敏啦山部小于材料的屈服强度醺明主轴存擞隈载荷下I作魁安全¨也说¨材料发生的挂弹性坐形．则杠静载荷升析前所做ff匀线性分析的假＆是成i的．3)酲大应力处(短健槽处)的目格细化过i兑明谆主轴有限元模型划分合理，4)两种情况下主轴的单元解和节点解谩差分别为74％和83％．在误差范围(】O％)内。综台上述情况说明对主轴的州次极限静鼓荷分析的方法是正确的得m的结果数据是可情的下面将采用静载荷分析得m的觳据进行疲劳分析2主轴的疲劳分析由前立驶瑚I可知主轴右轴颈处约束轴自和径自位移．短健槽处安鞋M轮．则轴

7、上B处往右轴段相当于一根能够转动的。悬臂粱”．风轮键}环和导流罩等件共重197N．一定程度上能将轴压弯。自f重女始终向下对真正的悬臂粱来说．悬臂粱根部顶端受最大拉力．悬臂粱根郭底端受最大压力但“悬臂粱”转动时．硬部和底部两个危险点麻山就会发生空变产生疲劳。目此耍先拽Ⅲ主轴上的疲劳危险点画m危险点的应女变化曲线。侬次选取该轴殷键槽x}称线处口线和最下方的母线上的节点j，别定义为“pathl”和path2”．掰条路径在月L白勺位i见闻5所示。图十E为pathl．F为Path2。根据风力发电机的r作原理可知该轴展始终承受风轮输人的转矩和轴自推∞．对于路径1-任一节点爿∈说当风轮转迪不堂时

8、．施加在该节点上的转矩和推力的太小和宵自都不变唯一改变的也是可能造成疲劳破坏的是自f风轮系列的重^产生的拉压交变力．所“R关注两条路径t的所有节点在罐限静载荷时的轴自应力将这些成山依次提般出来就可u肴Ⅲ节点在距右轴堆寿边轴肩距离不同时其轴向戊力变化的情况当HL轮处于极限载倚且键槽转向m上方时接上述方法提取m来的pathl上的轴向庙自变化曲线见目6所示DdIh2上画2011／4的轴自应力女化m线见罔7所水山固6日知，键槽自r时口aIhlh节点都承受拉应自，最大拉应力发生