由于过盈连接具有结构简单、定心性能好、承载能力高、过载保护及在冲击载荷下性能良好等优点,轴毅过盈连接在工程中得到了广泛的应用。基于它的优点风力发电机组低速轴采用胀紧套连接,胀紧套一般采用国标GB/T7934-1999来进行设计,应用经典弹性力学理论进行强度分析,它们都是基于经典弹性力学中拉梅方程来进行理论计算的。随着工程应用的深入,发现经典弹性力学中拉梅方程的方法不再准确,于是分别应用弹性力学理论与有限元分析方法对胀套在极限工况下进行了强度分析,并对结果进行了比较,指出用有限元分析的方法更为准确,为MW级风力发电机组主轴胀紧套连接的结构强度分析提供了一个有限元分析思路。
主轴胀紧套是根据国标GB/T7934-1999来设计的,其工作原理为:通过拧紧螺栓产生轴向夹紧力,在内外环锥面的作用下,产生径向力抱紧行星架和主轴,从而产生相应的摩擦力以传递转矩和轴向力。在胀套夹紧前,胀套内环与行星架、行星架与主轴之间有间隙,通过拧紧螺栓,胀套内外环在径向力的作用下产生径向变形消除间隙,为了传递工作转矩,需要进一步拧紧螺栓,在行星架与主轴结合面上产生足够大的摩擦力来传递转矩。强度的理论计算应用弹性力学理论(拉梅方程)计算。
把胀套内外环、行星架、主轴等效为厚壁筒模型,应用拉梅方程进行计算。限于篇幅只给出胀套内环的详细计算过程和公式,胀套外环、行星架、主轴只列出其表达式。
有限元分析模型如图所示采用六面体八节点单元,单元尺寸为15 mm,总网格数量为43932个,在划分网格时还需要考虑接触状态,该模型有5个接触体:胀套外环(c_sleeve_nutter),胀套内环(c_sleeve_inner)、行星架(c_pcarrier)、主轴(c_shaft)、螺栓(c_bolt),每个接触体接触面上的网格尽量一一对应,以方便接触探测,利用非线性有限元软件MSC.MARC进行接触分析,接触体的接触关系进行设置。
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