[发明专利]一种基于应力场的风电机组主轴设计方法

说明书

本发明提供一种基于应力场的风电机组主轴设计方法，包括如下步骤：S1、建立有限元模型；S2、判定径向方向的应力梯度情况，并进行差异化分层；S3、将不同区域的机械性能水平赋予到不同的分层上；S4、验证主轴的极限应力水平及疲劳损伤值；S5、根据验证的应力和水平和疲劳损伤值进行结构优化。对主轴有限元模型不同受载水平进行精确分层划分，通过模型优化使得不同层级之间的网格节点一一匹配，能够顺畅的传递载荷，基于实际产品不同厚度区域的实际性能水平对不同的区域赋予不同的机械性能参数。避免通过单一的性能指标来代表整体主轴性能的局限性，使得主轴的有限元模型更贴近于实际受载情况，从而提高主轴的设计水平，提高机组的竞争力。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于应力场的风电机组主轴设计方法。

背景技术

随着风电市场平价，对风电机组产品的性能、可靠性提出了更高了要求，主轴作为机组传动链系统关重部件之一，直接与后续的轴承选型、主机架和轴承座设计息息相关，提高主轴零件设计的的可靠性，能够从传动链层次整体把控机组的成本以及可靠性。

传统的主轴强度校核机械性能参数选型依据相关标准选取某一位置的试样实测性能水平，不考虑实际生产成品零件的性能分布，也不考虑轴类零件实际的应力场，容易导致主轴强度校核不过。针对该类问题一般都是通过增大轴径来解决，将导致轴承型号增大、相关结构件尺寸增大，整机竞争力降低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于应力场的风电机组主轴设计方法，避免了通过单一的性能指标来代表整体主轴性能的局限性，使得主轴的有限元模型更贴近于实际受载情况，从而提高主轴的设计水平，提高机组的竞争力。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种基于应力场的风电机组主轴设计方法，包括如下步骤：

S1、建立主轴的初版有限元模型；

S2、基于有限元模型，对主轴的受力模型进行分析，判定主轴径向方向的应力梯度情况，并对有限元模型进行差异化分层；

S3、获取产品材料在不同区域的机械性能水平，将不同区域的机械性能水平赋予到不同的分层上；

S4、验证主轴的极限应力水平及疲劳损伤值；

S5、根据验证的应力和水平和疲劳损伤值进行结构优化；

S6、重复步骤S4～S5直到获得最终优化方案。

进一步，在步骤S2中还包括，对主轴的受力模型进行分析，判断主轴径向各位置的实际承载应力水平大小，核实主轴在径向方向的区间划分，然后判定主轴在径向方向的应力梯度情况。

进一步，在步骤S3中，基于主轴在径向的应力分布，将主轴有限元模型基于应力场在径向方向划分为a、b、c三层，每一层基于材料的性能赋予对应的机械性能指标值。

进一步，在步骤S4中，在进行疲劳损伤值校核时，每一层基于材料的性能生成不同的疲劳曲线进行校核。

进一步，步骤S5中，根据验证的应力和水平和疲劳损伤值进行结构优化，当应力水平和疲劳损伤值满足预设要求且余量大于基准值时进行减重优化，当应力水平和疲劳损伤值不满足预设要求进行增加轴径结构优化。