3。2 计算对流换热系数 18

3。3 仿真分析 18

4 基于 ANSYS 的轴承在故障运行时的疲劳分析 28

4。1 轴承滚动体胶合故障 28

4。2 轴承滚动体磨损故障 30

结论与分析 33

致谢 34

参考文献 35

1 引言

1。1 课题背景

本科毕业设计说明书 第 1 页

步入 21 世纪之后,如何解决能源问题和环境问题的相关技术已经成为人类 社会可持续发展的重大课题,新能源发电技术也是在此基础上在近些年里得到了 长足的进步，其发电成本与其发展初始阶段相比大幅度降低。而在在众多的新能 源发电技术之中风力发电技术更是在近些年里取得了突出的进步，整体风电机组 的稳定性、输出功率和效率都显著提高。虽然中国对于风电相关技术的开发和研 究相对于欧美发达国家起步较晚，但我国所取得的成就还是十分瞩目的。根据相 关统计，在 2013 年中国风电总计装机容量达到了 77 吉瓦，相比之前而言增长了

23%，风电发电量总量更是达到了 1349 亿千瓦时，发电量占据了当年全部发电量 的 2%以上，成为继火力发电和水力发电之后的中国第三大能源。根据中国可再 生能源行业理事会(CREIA)的相关数据，预计到 2015 年，我国风电装机容量将

达到 50 000MW。在 2008 年我国统计风电场风力机数量总数已达到了 11600 多台[1]，而根据中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）对于中国在 2015 年风电近况的统计，我国（台湾地区除外）新增加的风电机组台数为 16740 台，增加 的装机容量为 20753MW，同比增长 32。6%；累计安装风电机组 92981 台，累计安 装风电机组 92981 台，累计装机容量 145362MW，环比增长 26。8%[2]。根据我国十 三五规划，非化石能源将成为未来能源发展重点，风电能源将成为未来的替代能 源之一，在 2020 年底风电的规划安装容量将达到 2 亿千瓦。而就全球范围来看， 预计到 2020 年，风电将会占全球总发电量的 11。9%[4]。世界范围内风电机组装机 总容量排名靠前的几个国家分别是德国、美国。西班牙、印度和中国[4]。对于未 来的风力发电发展，主要趋势体现在以下几个方面[4]：（1）机组单机容量增大、文献综述

（2）海上风电快速兴起、（3）变速恒频技术迅速推广、（4）全功率变流技术 兴起、（5）直驱和半直驱风电机组的使用。

就目前而言，风力发电之中风电增速齿轮箱是当前主流大型风力发电系统的 关键部件之一，其中轴承又是整个齿轮箱的关键零件之一。由于风电机组整个系 统一般矗立在偏僻、环境恶劣的地区或海域，而重型齿轮箱位于塔顶机舱内，其体积庞大，造价昂贵，所以该零件的可靠性和稳定性对风电的经济效益有重大影 响，提高风电机组中轴承的可靠性和稳定性将对风力风电技术的发展有重要的促 进作用。另外在齿轮箱轴承中像磨损，点蚀等故障在实际机组运行状况也经常发 生，其在故障时整个温度场分布与应力分布将会发生十分明显的改变，此改变不 但会降低整机的运行效率而且将缩短风电机组的使用寿命。 本文通过借助 ANSYS 软件对风电齿轮箱轴承进行三维建模，分析在不同工况下的发热及受力 状况，并模拟出现故障情况的发热及力学特性变化，从而预测其对寿命的影响。