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在風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)設(shè)計中，輪轂把葉片載荷傳遞給電機(jī)轉(zhuǎn)子，切割磁力線，產(chǎn)生電流。因而，葉片的載荷對輪轂的作用很明顯，輪轂是否能夠有效的抵御葉片載荷并將其平穩(wěn)地傳遞給電機(jī)轉(zhuǎn)子就顯得尤為重要。所以，本研究重點研究輪轂在葉片載荷作用下的強(qiáng)度分析結(jié)果。
采用SolidWorks 軟件生成輪轂以及相關(guān)部件的幾何模型。葉片載荷在GL(German ischer Lioyd)規(guī)范定義的坐標(biāo)系提出，如圖所示。幾何模型見圖。應(yīng)力在ANSYS坐標(biāo)系下表示出來。輪轂的中心與卡氏坐標(biāo)系的原點重合，輪轂的軸線與整體坐標(biāo)系的，軸重合。為了施加由葉片傳遞過來的單位載荷，在葉片的根部建立局部坐標(biāo)系，其z軸與葉片軸向重合，x軸與整體坐標(biāo)系的x軸同向，y軸由右手定則確定。
由于輪轂的幾何模型較為復(fù)雜，先將裝配體導(dǎo)入ANSYS的WorkBench平臺，對輪轂采用以六面體為主導(dǎo)(Hex Dominant)的單元劃分網(wǎng)格。然后再將生成文件導(dǎo)入ANSYS經(jīng)典界面進(jìn)行其余部件的有限元網(wǎng)格劃分。這樣做的目的在于在輪轂表面形成較好的網(wǎng)格，為后續(xù)進(jìn)行的疲勞分析做準(zhǔn)備。整體有限元模型見圖。輪轂、電機(jī)網(wǎng)格細(xì)節(jié)見圖。
為了給葉片根部施加載荷，采用剛性非常大的梁單元(type Beam4)建立連接葉片根部頂面和輪轂根部加載點的載荷傘(spider swebs)，電機(jī)定子主軸用剛性很大的Beam4單元模擬。只有電機(jī)主軸承的外圈滾道建立實體模型，通過Beam4單元將其連接到主軸上。輪轂有限元模型在電機(jī)主軸的末端施加全約束(Beam 4 element node fixed in all DOF)，圖顯示了模型的邊界條件。
為了阻止葉片的旋轉(zhuǎn)，約束載荷傘中心點沿葉片軸線的旋轉(zhuǎn)自由度(z-axis)，變槳軸承被稱為8點接觸軸承 ( 8 point contact bearing)，因為每個軸承滾珠與滾道之間有4個接觸點，同時變槳軸承有上下兩排滾道。
用Link10單元模擬軸承滾珠的力學(xué)行為。Link10單元是三維桿單元(3D spar elements)，在本研究中Link10單元被定義為只承受壓力。
在變槳軸承的旋轉(zhuǎn)端與非旋轉(zhuǎn)端的兩個相對的節(jié)點之間定義Link10單元。圖給出了link單元與軸承的位置關(guān)系。在圖中，只顯示了一組Link10單元。顯示了所有的link10單元 在每一組中，每個Link10單元有各自的實常數(shù)(Real Constant)。通過調(diào)整實常數(shù)中初始應(yīng)變的設(shè)置，進(jìn)而模擬滾珠(ball)與滾道之間的縫隙。
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