[发明专利]一种风机轮毂与主轴连接螺栓的强度校核方法

说明书

本发明提供一种风机轮毂与主轴连接螺栓的强度校核方法，包括如下步骤：建立风机轮毂与主轴连接螺栓载荷传递路径上设备的三维模型，并将该三维模型导入有限元软件，建立风机轮毂与主轴连接螺栓的有限元模型；对风机轮毂与主轴连接螺栓的有限元模型施加极限载荷，在有限元分析软件中进行非线性求解，计算螺栓在极限工况下的拉应力，组合拧紧产生的剪切应力得到螺栓的等效应力，结合材料屈服强度及安全系数得到螺栓极限强度性能。本发明所提供的技术方案，建立的风机轮毂与主轴连接螺栓有限元模型中，包含了风机轮毂与主轴连接螺栓载荷传递路径上的设备，所以载荷传递的路径比较完整，所以对风机轮毂与主轴之间连接螺栓的性能计算的也比较准确。

技术领域

本发明属于风力发电系统性能分析技术领域，具体涉及一种风机轮毂与主轴连接螺栓的强度校核方法。

背景技术

随着传统能源的日益消耗和环境问题的日益严重，人们都在寻找能够替代传统能源的新型能源。而风能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越受到人们的重视。

将风能转化为电能需要利用风机，风机中轮毂与主轴之间的连接螺栓，起着在轮毂与叶片的重力以及风载的作用下传递风轮转矩的左右，并承受风轮的重力和风压造成的弯矩，因此其性能的优劣直，接关系到整个风力发电机组是否能够正常工作。

在现有的关于轮毂与主轴连接螺栓性能评价的技术中，常规的工程计算方法很难达到实际工程需要的精度，只有采用有限元软件，模拟螺栓在载荷传递路径上真实的受载情况，才能保证螺栓强度校核的可靠性。

目前，关于对轮毂与主轴连接螺栓强度性能的研究，如公布号为CN104699912A,名称为“一种风力发电机组轮毂与主轴连接螺栓强度计算方法”的专利文件，公开了一种采用有限元软件建立螺栓的有限元分析模型，计算螺栓的疲劳强度的方法。但是该专利中所建立的轮毂与主轴连接螺栓有限元模型比较简单，与轮毂与主轴连接螺栓载荷的实际传递路径不相符，所以对螺栓强度的计算结果不够准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机轮毂与主轴连接螺栓的强度校核方法，解决现有技术中在对风机轮毂与主轴连接螺栓强度进行有限元分析时，分析结果不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种风机轮毂与主轴连接螺栓的强度校核方法，包括如下步骤：

(1)建立风机轮毂与主轴连接螺栓载荷传递路径上设备的三维模型，并将该三维模型导入有限元软件，建立风机轮毂与主轴连接螺栓的有限元模型；

(2)设置风机轮毂与主轴连接螺栓有限元模型中各部件的属性和部件间的连接关系；

(3)对风机轮毂与主轴连接螺栓的有限元模型施加极限载荷，并在有限元分析软件中对所述有限元模型进行非线性求解，计算螺栓在极限工况下的拉应力，组合拧紧产生的剪切应力得到螺栓的等效应力，结合材料屈服强度及安全系数得到螺栓极限强度性能。

进一步的，所述风机轮毂与主轴连接螺栓载荷传递路径上的设备包括变桨轴承内圈、变桨轴承、变桨轴承外圈、变桨电机、轮毂、锁紧盘、主轴假体和轮毂与主轴之间的连接螺栓，其中轮毂与主轴之间通过两圈双头螺柱进行连接，两圈双头螺柱的内圈螺栓通过轮毂与主轴的盲孔连接，外圈螺栓通过轮毂、主轴与刹车盘进行连接。

进一步的，在风机轮毂与主轴连接螺栓的有限元模型中，所述风机轮毂与主轴连接螺栓设置为梁单元，所述变桨轴承内圈、变桨轴承、变桨轴承外圈、锁紧盘、主轴假体、螺栓以及各部件之间垫片的材料均设置为钢，变桨电机、轮毂的材料均设为QT350。

进一步的，在风机轮毂与主轴连接螺栓的有限元模型中，所述变桨轴承内圈和变桨轴承外圈之间，以及变桨电机齿轮的啮合部分均设置为通过Link10单元连接，通过设置关键字设置Link10单元受压力不受拉力。