风电锁紧盘的算法优化与分析研究

【摘要】：锁紧盘属于多级过盈连接，可以传递扭矩、轴向力或二者的复合载荷，通常分为单圆锥与双圆锥锁紧盘，多用于重型机械如风电设备、交通运输、煤矿机械等领域。本文研究对象风电锁紧盘为单圆锥锁紧盘，主要是将主轴和大行星架输入轴套锁紧，是风电机组重要的连接组件。风电锁紧盘实际工况较为复杂，可能会造成失效，缩短使用寿命。 本课题在静态结构设计方面提出了三种不同的计算方法，并综合考虑风电锁紧盘恶劣的工作环境，以更加全面的算法建立理论模型，给出了考虑温度与离心力作用下的风电锁紧盘计算方法，对理论算法更好转化为实际应用具有理论的指导意义。其主要研究内容如下： 在静态结构理论计算方面，根据风电锁紧盘的结构特征并结合厚壁圆筒理论，建立了过盈量与各配合面接触压力的关系，得出风电锁紧盘过盈量的计算方法；另外，根据机械设计手册中过盈连接的基础理论，可以计算各层圆筒表面位移量与消除装配间隙所需的接触压力，得出风电锁紧盘配合面接触压力及过盈量的两种算法。 在考虑温度与离心力的优化计算方面，根据厚壁圆筒理论、热弹性力学与传热学理论，推导出了考虑温度和离心力影响的受压厚壁圆筒径向位移计算方法。然后将此算法与静态结构理论算法方法相结合，得出了在考虑温度场与离心力时，风电锁紧盘配合面接触压力和过盈量计算模型。 在有限元仿真分析方面，利用ABAQUS有限元分析软件，首先通过建立二维轴对称模型，确定边界条件、约束和载荷，分别得到了风电锁紧盘的推进行程对接触压力、过盈量与Von Mises应力的影响规律。然后分别加载温度场与离心力，得出接触压力、承载扭矩与Von Mises应力的分布规律。最后，将模拟值与理论值对比分析，验证了本文所给算法的准确性。 【关键词】：风电锁紧盘 温度 离心力 有限元 过盈连接
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 课题来源15
• 1.4 本课题研究的内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 过盈连接概述17-29
• 2.1 过盈连接工作原理17
• 2.2 过盈连接的类型17-19
• 2.2.1 按接触面的受力变形性质17-18
• 2.2.2 按接触面的形式18
• 2.2.3 按连接件的层次18-19
• 2.3 过盈连接的装拆工艺19-24
• 2.3.1 纵向过盈连接19-20
• 2.3.2 横向过盈连接20-24
• 2.4 过盈连接的设计计算24-28
• 2.4.1 圆柱过盈连接24-27
• 2.4.2 圆锥过盈连接27
• 2.4.3 配合过盈量的选择27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 风电锁紧盘的理论计算29-37
• 3.1 设计计算29-34
• 3.1.1 位移边界条件法30-32
• 3.1.2 消除位移法32-33
• 3.1.3 消除间隙法33-34
• 3.2 校核计算34-36
• 3.2.1 接触压力校核34-35
• 3.2.2 强度校核35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 风电锁紧盘的仿真分析37-49
• 4.1 有限元法简介37-38
• 4.1.1 有限元基本思想37
• 4.1.2 ABAQUS 简介37
• 4.1.3 接触问题的有限元法37-38
• 4.2 模型的建立38-41
• 4.2.1 研究对象与几何模型38
• 4.2.2 材料属性与网格划分38-40
• 4.2.3 接触方式与摩擦系数40
• 4.2.4 边界条件和载荷40
• 4.2.5 分析类型及求解的设置40-41
• 4.3 装配过程分析41-43
• 4.3.1 推进行程与接触压力的关系41
• 4.3.2 推进行程与 Von Mies 应力的关系41-42
• 4.3.3 推进行程与过盈量的关系42-43
• 4.4 理论值与模拟值对比43-48
• 4.4.1 接触压力43-44
• 4.4.2 承载扭矩44-45
• 4.4.3 Von Mises 应力45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 考虑温度与离心力的风电锁紧盘计算与分析49-66
• 5.1 基础理论的推导49-56
• 5.1.1 温度产生的径向位移计算49-53
• 5.1.2 离心力产生的径向位移计算53-56
• 5.2 考虑温度与离心力锁紧盘的优化算法56-58
• 5.3 理论值与模拟值对比58-65
• 5.3.1 考虑温度的风电锁紧盘有限元分析58-63
• 5.3.2 考虑离心力风电锁紧盘有限元分析63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 附录68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-77
• 硕士期间发表论文及其他科研成果77-78

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