[发明专利]一种校核风电锁紧盘强度的方法

摘要

一种校核风电锁紧盘强度的方法，属于风力发电设备设计领域，校核步骤为：(1)计算外套与内环各圆锥接触面的正压力；(2)计算螺栓拧紧后外套与内环各圆锥接触面的压强和过盈量、保证各部件不发生塑性变形时的最大压强和过盈量；(3)计算螺栓拧紧后内环与轴套接触面压强和过盈量、保证各部件不发生塑性变形时的最大压强和过盈量；(4)计算螺栓拧紧后轴套与主轴接触面压强和过盈量、保证各部件不发生塑性变形时的最大压强和过盈量；(5)计算主轴与轴套接触面所能传递的最大扭矩。该方法可以验证风电锁紧盘锁紧后各部件材料是否发生塑性变形、轴套与主轴能否传递额定扭矩，能够有效验证锁紧盘的设计尺寸的合理性，降低制造风险，提高产品的成品率。

主权项

1.一种校核风电锁紧盘强度的方法，其特征在于，校核步骤如下：(1)计算外套1与内环2长圆锥面正压力w_L、短圆锥面正压力w_S长圆锥面正压力：wL=(wS+wL)(1+wSwL)---(1)]]>短圆锥面正压力：w_S＝(w_S+w_L)-w_L                  (2)其中，长、短圆锥面正压力之和w_S+w_L为：wS+wL=Fasinβ+μ1cosβ---(3)]]>拧紧螺栓产生的轴向力：Fa=M0nkd×103---(4)]]>式中：n-螺栓数      β-斜面的倾角      d-螺栓直径，mm      k-力矩系数，参见《机械设计手册》      M₀-拧紧螺栓的力矩，N·m     μ₁-外套与内环圆锥面摩擦系数短圆锥面正压力与长圆锥面正压力之比为：wSwL=δSlS(C1LE2+C2LE1)δLlL(C1SE2+C2SE1)---(5)]]>其中，长圆锥面包容件(外套)系数C_1L的计算：长圆锥面被包容件(内环、轴套和主轴)系数C_2L的计算：短圆锥面包容件(外套)系数C_1S的计算：短圆锥面被包容件(内环、轴套和主轴)系数C_2S的计算：长圆锥面直径比：短圆锥面直径比：式中：d₁-外套外径      d₄-主轴内径      v₁-包容件(外套)的泊松比      v₂-被包容件(内环、轴套与主轴)的计算用泊松比      E₁-包容件(外套)的弹性模量      E₂-被包容件(内环、轴套与主轴)的计算用弹性模量     δ_S、δ_L-分别为内环短圆锥面、长圆锥面设计过盈量     d_mS、d_mL-分别为内环短圆锥面、长圆锥面平均直径     l_S、l_L-分别为内环短圆锥面、长圆锥面轴向宽度；(2)计算外套1与内环2各圆锥面的接触压强和过盈量①计算螺栓3拧紧后产生的外套1与内环2各圆锥面压强和过盈量外套1与内环2长圆锥面接触压强P_1L为：P1L=wLcosβπdmLlL---(6)]]>外套1与内环2长圆锥面过盈量δ_1L为：δ1L=P1LdmL·(C1LE1+C2LE2)---(7)]]>外套1与内环2短圆锥面接触压强P_1S为：P1S=wScosβπdmSlS---(8)]]>外套1与内环2短圆锥面过盈量δ_1S为：δ1S=P1SdmS·(C1SE1+C2SE2)---(9)]]>②计算外套1和内环2各圆锥面所允许的最大压强和最大过盈量锁紧盘各部件以及轴套5与主轴6均为塑性材料，其失效形式为塑性变形。包容件、被包容件不发生塑性变形时所允许的最大压强分别为P_max1、P_max2，则接触面不产生塑性变形所允许的最大压强P_max为P_max1和P_max2中较小者。另外由于包容件或被包容件组成材料可能不同，将包容件或者被包容件组合材料的最低屈服极限作为计算用屈服强度。外套1与内环2长圆锥面所允许的最大压强P_1Lmax为：P_1Lmax＝min(P_1Lmax1，P_1Lmax2)                         (10)其中，长圆锥面包容件(外套1)所允许的最大压强P_1Lmax1为：P1Lmax1=1-(dmL/d1)23+(dmL/d1)4·σs1L---(11)]]>长圆锥面被包容件(内环2、轴套5、主轴6)所允许的最大压强P_1Lmax2为：P1Lmax2=1-(d4/dmL)22·σs2L---(12)]]>式中：σ_s1L-长圆锥面包容件(外套)屈服强度σ_s2L-长圆锥面被包容件(内环、轴套和主轴)计算用屈服强度外套1与内环2长圆锥面所允许的最大过盈量δ_1Lmax为：δ1Lmax=P1LmaxdmL·(C1LE1+C2LE2)---(13)]]>外套1与内环2短圆锥面所允许的最大压强P_1Smax为：P_1Smax＝min(P_1Smax1，P_1Smax2)                  (14)其中，短圆锥面包容件(外套1)所允许的最大压强P_1Smax1为：P1Smax1=1-(dmS/d1)23+(dmS/d1)4·σs1S---(15)]]>短圆锥面被包容件(内环2、轴套5、主轴6)所允许的最大压强P_1Smax2为：P1Smax2=1-(d4/dmS)22·σs2S---(16)]]>式中：σ_s1S-短圆锥面包容件(外套)屈服强度      σ_s2S-短圆锥面被包容件(内环、轴套和主轴)计算用屈服强度外套1与内环2短圆锥面所允许的最大过盈量δ_1Smax为：δ1Smax=P1SmaxdmS·(C1SE1+C2SE2)---(17);]]>(3)计算内环2与轴套5接触面压强和过盈量①计算螺栓3拧紧产生的内环2与轴套5接触面压强和过盈量如图3所示，对内环2进行受力分析，根据接触面法向的受力平衡可得：N＝(w_S+w_L)·cosβ-(f_S+f_L)·sinβf_S+f_L＝μ₁·(w_S+w_L)N＝P₂πd₂l₂式中：f_S、f_L-分别为内环短圆锥面、长圆锥面所受摩擦力      N-轴套对内环的径向反作用力      P₂-内环与轴套接触面压强      l₂-内环与轴套接触面轴向宽度      d₂-轴套外径由上述方程以及式(3)，可得内环2与轴套5接触面压强P₂为：P2=Fa(cosβ-μ1sinβ)πd2l2(sinβ+μ1cosβ)---(18)]]>内环2与轴套5接触面过盈量为：式中：包容件(外套和内环)系数被包容件(轴套和主轴)系数v₃、v₄-分别为包容件、被包容件的计算用泊松比E₃、E₄-分别为包容件、被包容件的计算用弹性模量。②计算内环2与轴套5接触面最大压强和最大过盈量内环2与轴套5接触面所允许的最大压强P_2max为：P_2max＝min(P_2max1，P_2max2)                      (20)其中，包容件(外套1和内环2)所允许的最大压强P_2max1为：P2max1=1-(d2/d1)23+(d2/d1)4·σs3---(21)]]>被包容件(轴套5和主轴6)所允许的最大压强P_2max2为：P2max2=1-(d4/d2)22·σs4---(22)]]>式中：σ_s3-包容件(外套和内环)计算用屈服强度      σ_s4-被包容件(轴套和主轴)计算用屈服强度内环2与轴套5接触面所允许的最大过盈量δ_2max为：δ2max=P2maxd2·(C3E3+C4E4)---(23);]]>(4)计算轴套5与主轴6接触面压强和过盈量①计算螺栓3拧紧产生的轴套5与主轴6接触面压强和过盈量轴套5与主轴6接触面压强P₃为：P3=δd3·(C6E6+C5E5)---(24)]]>其中，则轴套5内径缩小引起的变化量δ为：δ＝Δd₃-Δd′₃                           (25)对于如图3所示的过盈配合，单独考虑轴套5在压力P₂作用下其内径d₃的缩小量Δd₃为：Δd3=2d22d3P2E5(d22-d32)---(26)]]>式中：d₃-轴套内径      Δd′₃-轴套与主轴的配合间隙      E₅-轴套的弹性模量包容件(轴套)系数被包容件(主轴)系数v₅、v₆-分别为包容件、被包容件的泊松比E₅、E₆-分别为包容件、被包容件的弹性模量轴套5与主轴6接触面过盈量δ₃为：δ3=P3d3·(C7E7+C8E8)---(27)]]>式中：包容件(外套、内环和轴套)系数被包容件(主轴)系数v₇、v₈-分别为包容件、被包容件的计算用泊松比E₇、E₈-分别为包容件、被包容件的计算用弹性模量②计算轴套5与主轴6接触面最大压强和最大过盈量轴套5与主轴6接触面所允许的最大压强P_3max为：P_3max＝min(P_3max1，P_3max2)                   (28)其中，包容件(外套1、内环2和轴套5)所允许的最大压强P_3max1为：P3max1=1-(d3/d1)23+(d3/d1)4·σs5---(29)]]>被包容件(主轴6)所允许的最大压强P_3max2为：P3max2=1-(d4/d3)22·σs6---(30)]]>式中：σ_s5-包容件(外套、内环和轴套)计算用屈服强度      σ_s6-被包容件(主轴)屈服强度轴套5与主轴6接触面所允许的最大过盈量δ_3max为：δ3max=P3maxd3·(C7E7+C8E8)---(31);]]>(5)计算轴套5与主轴6所能传递的最大扭矩M_max当风电锁紧盘锁紧后轴套5与主轴6接触面所能传递最大扭矩M_max为：Mmax=πμ3P3l3d322(KN·m)---(32)]]>式中：μ₃-主轴与轴套接触面摩擦系数      l₃-主轴与轴套接触面有效受压轴向长度。