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摘 要

风电机主轴的性能对风力机组的可靠性和安全性有着重要的影响。轴承的主参数包含外圈滚道直径，滚子宽度，轴承排数，内圈滚道直径，其直接了影响轴承的承载能力、寿命等其他性能。所以，主参数的优化设计在轴承的整个设计过程中起着至关重要的作用。

本课题主要针对风电机组的向心圆柱滚子轴承的结构优化，对此主轴轴承的主参数进行优化。在确定了主轴轴承的型号和主参数，了解了主轴轴承性能参数之后，通过专业相关知识确定设计变量及约束条件，完成数学模型。并利用设计变量的目标函数和约束条件，进行目标函数程序和约束函数程序的编写，并在MATLAB上运行程序，得出结果。通过用得出的结果计算主轴轴承额定动载荷进行验证，确认是否得到优化。最后，用优化后的结果计算建模所需数据，并采用三维软件SOLIDWORKS进行建模。如此可使主参数达到最优值、结构设计更加合理并延长了主轴轴承的工作寿命。为将来风电机主轴轴承的可靠性及寿命研究提供了基础。

关键词:风电主轴轴承；参数优化设计；matlab优化工具箱；三维建模

ABSTRACT

The performance of the main shaft of the wind turbine has an important impact on the reliability and safety of the wind turbine. The main parameters of bearing include outer race diameter, roller width, bearing row number, inner race diameter, which directly affect bearing capacity, life and other properties. Therefore, the optimization design of the main parameters plays an important role in the whole design process of the bearing.

This paper mainly aims at the structure optimization of the radial cylindrical roller bearing of wind turbine, and optimizes the main parameters of the main shaft bearing. After confirming the model and main parameters of the main shaft bearing and understanding the performance parameters of the main shaft bearing, the design variables and constraints are determined through professional knowledge, and the mathematical model is completed. Using the objective function and constraint conditions of design variables, the objective function program and constraint function program are compiled, and the program is run on MATLAB, and the results are obtained. The results are used to calculate the rated dynamic load of the main shaft bearing to verify whether it is optimized. Finally, the data needed for modeling is calculated with the optimized results, and the 3D Software Solidworks is used for modeling. In this way, the main parameters can reach the optimal value, the structure design is more reasonable and the working life of the main shaft bearing is prolonged. It provides the basis for the future research on the reliability and life of the main shaft bearing of the wind turbine.

Keywords: Wind Turbine Spindle Bearing; Parameter optimization design；

MATLAB Optimization Toolbox; 3D modeling

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1课题研究背景 1

1.1.2课题研究意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1轴承疲劳寿命研究现状介绍 2

1.2.2轴承寿命预测研究现状介绍 3

1.2.3轴承优化设计研究现状介绍 3

1.3研究内容 4

1.4技术路线 4

第二章 3MW风电机主轴轴承性能参数及优化方法 6

2.1风电机主轴轴承分类 6

2.2风机主轴轴承及性能参数 6

2.2.1 3MW风电机主轴轴承 9

2.2.2 ZWZ风电轴承性能参数 9

2.3风电主轴主参数优化设计方法介绍 9

2.4 MATLAB及其优化工具箱介绍 10

2.5 MATLAB优化工具箱函数选用 10

2.6小结 11

第三章 主轴轴承主参数优化设计 12

3.1优化设计的数学模型 12

3.2主轴轴承主参数优化设计数学模型的建立 12

1.壁厚的约束条件 14

2.滚子个数的约束条件 14

3.滚子长度的约束条件 14

4.滚子直径的约束条件 15

3.3主轴轴承主参数优化设计程序 15

3.3.1目标函数程序 15

3.3.2约束函数程序 16

3.3.3运行程序及结果 17

3.4主轴轴承额定载荷的计算与验证 20

3.5小结 22

第四章 主轴轴承结构优化设计 23

4.1三维建模介绍 23

4.2滚子的计算及结构模型建立 23

4.3内圈的计算及结构模型建立 25

4.4外圈的计算及结构模型建立 26

4.5总体结构模型建立 27

4.6小结 27

第五章 经济性分析 29

结语 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1研究背景

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