[发明专利]调心滚子轴承有限元建模方法

说明书

本发明提供一种调心滚子轴承有限元建模方法，包括如下步骤：S1、创建轴承有限元三维模型的结构和单元类型，建立轴承内外圈有限元分析模型，保证轴承内外圈相应接点连线通过轴承中心；S2、确定组成滚子的每组单元在轴承内外圈上的对应节点，在轴承内圈和外圈对应节点之间建立中间节点；S3、在轴承外圈对应节点和中间节点之间建立轴向约束单元；S4、在轴承内圈对应节点和中间节点之间建立平面约束单元和弹簧单元；S5、将轴承滚子刚度曲线参数赋给弹簧单元，进行求解计算。使用该方法进行建模时，当轴承内外圈发生相对转动或者轴向窜动时组合单元不传递弯矩，能正确体现轴承的传力特性，使得此种建模方式的模型收敛性能更好。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种调心滚子轴承有限元建模方法。

背景技术

大型风力发电机组的设计开发过程中需要对零部件进行有限元强度校核，确保零部件的在复杂载荷下的极限和疲劳强度。有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟，在这个过程中，要将需要分析模型进行简化，去除对计算结果影响小的特征结构，并保证力的传导路径不变，以保证有限元计算精度。而在大 v型风力发电机组的各种零部件当中，调心滚子轴承通常作为主轴承使用，调心滚子轴承具有两列对称型球面滚子，主要承受径向载荷，有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。在大型风力发电机组限元结构强度分析时，经常需要对调心轴承进行有限元建模。

现有技术中建模方式存在的问题是在轴承内外圈相对有旋转、轴向运动和弯曲变形的情况下轴承会传递弯矩，部分失去调心作用，导致应力传递路径改变，影响有限元强度分析结果。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种调心滚子轴承有限元建模方法，使用该方法进行建模时，当轴承内外圈发生相对转动或者轴向窜动时组合单元不传递弯矩，能正确体现轴承的传力特性，使得此种建模方式的模型收敛性能更好。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种调心滚子轴承有限元建模方法，包括如下步骤：

S1、创建轴承有限元三维模型的结构和单元类型，建立轴承内外圈有限元分析模型，保证轴承内外圈相应接点连线通过轴承中心；

S2、确定组成滚子的每组单元在轴承内外圈上的对应节点，在轴承内圈和外圈对应节点之间建立中间节点；

S3、在轴承外圈对应节点和中间节点之间建立轴向约束单元；

S4、在轴承内圈对应节点和中间节点之间建立平面约束单元和弹簧单元；

S5、将轴承滚子刚度曲线参数赋给弹簧单元，进行求解计算。

进一步，在步骤S1之后还包括，S11、建立弹簧单元属性、平面约束单元属性和轴向约束单元属性，并创建局部三维坐标系，在局部坐标系上创建节点。

进一步，在步骤S3中，还包括，通过轴向约束单元约束三维坐标系上的X向平动自由度，放开其他自由度，保证轴承外圈对应节点和中间节点之间只传递轴向位移。

进一步，步骤S4中还包括，通过平面约束单元约束三维坐标系上的Y、Z平动自由度和PX转动自由度，放开其他自由度，保证轴承内圈对应节点和中间节点之间只传递在Y向和Z向位移，所述弹簧单元用于模拟轴承滚子刚度。