摘要
轴承试验机作为测试轴承性能的有效装备，可以评价不同试验条件下轴承的承载状态、工作性能、疲劳寿命等，为轴承设计和研制提供试验数据。国外风电轴承供应商都有能模拟风电机组实际工况的轴承试验机，而国内风电轴承试验机的研制尚在起步阶段，试验机装备和技术匮乏。我国已有的试验机测试型号单一，且多为偏航变桨轴承试验机和大型回转轴承试验机。本文设计了一种风电主轴轴承试验机，旨在为设计风电机组主轴轴承试验机提供参考。本文主要研究内容如下： （1）为设计符合风电主轴轴承实际工况的试验机，分析了风电机组结构形式，试验轴承所在风机的结构形式，据此建立风机轮毂中心坐标系。通过力学分析，使用风机轮毂中心载荷谱计算得到主轴轴承的疲劳载荷和极限载荷，确定了试验机的加载能力、转速范围以及试验轴承的服役工况。 （2）研究试验轴承布局形式对支承的要求，考虑了三种支承形式的特点，对比不同轴承类型特点，设计了主轴的支承形式和确定了支承轴承的参数。研究主轴跨距对主轴系统挠度的影响，确定了主轴的最佳跨距。分析加载方式的优缺点，考虑试验机加载能力和经济成本，确定了试验机的加载方式。根据轴承转速和尺寸，确定了润滑方式。选择电机类型，确定了驱动系统的设计。根据试验机加载力和轴上关键零部件的尺寸，确定了试验机的总体方案。为保证试验机工作正常运转，对试验机关键部件进行了理论校验。 （3）试验机支承轴承四列圆柱滚子轴承受力后，滚子载荷会发生一定的偏载，直接影响支承轴承的寿命。为了获得支承轴承偏载下的载荷特征，建立了有限元模型，对试验机进行整体有限元仿真，获得四列圆柱滚子轴承偏载情况和所有零部件的变形、应力结果。根据仿真得出四列圆柱滚子轴承的最大载荷值，校核了支承轴承的最大接触应力，并对试验机关键零部件进行了仿真校验。 （4）在静力学仿真结果的基础上，对试验机进行疲劳寿命分析，通过Workbench 对试验机关键部件进行了疲劳寿命预测，主轴和支承轴承寿命都能达到设计预期寿命。考虑试验过程中，主轴工作转速对应频率可能与试验机固有频率发生共振，对试验机进行了模态分析，试验机模态频率对应转速远大于试验机转速，试验机不会发生共振现象。据此，完成了风电主轴轴承试验机的设计。
NETL