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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410782309.0 (22)申请日 2014.12.16 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 太原重工股份有限公司 地址 030024 山西省太原市万柏林区玉河街 53 号 (72)发明人 郭强 (74)专利代理机构 北京律智知识产权代理有限 公司 11438 代理人 姜燕 王卫忠 (54) 发明名称 风电锁紧盘及其传递扭矩的确定方法 (57) 摘要 本发明公开了一种风电锁紧盘及其传递扭矩 的确定方法， 该风电锁紧盘传递扭矩的确定方法 包括步骤 ： 根据所述风电锁紧盘实际尺寸建立有 限元模型， 将所述风电锁紧。
2、盘的外环、 内环、 轴套 和主轴有限元模型划分为一定数量的单元， 通过 有限元模拟得出所述轴套对所述主轴的接触应 力 ； 提取所述主轴的各接触单元的应力进而求得 所述轴套对所述主轴的平均接触应力， 进而得出 所述风电锁紧盘传递的最大传递扭矩。本发明的 方法所确定的传递扭矩较传统的计算公式精确度 高、 可靠性高。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104392077 A (43)申请公布日 2015.03.04 CN 104392077 A 1/1 页 2 1. 一种风电锁紧盘传递扭。
3、矩的确定方法， 其特征在于， 该风电锁紧盘传递扭矩的确定 方法包括步骤 ； 步骤 S1 ： 根据所述风电锁紧盘实际尺寸， 建立风电锁紧盘的有限元模型， 将所述风电 锁紧盘的外环、 内环、 轴套和主轴的有限元模型划分为一定数量的单元， 通过有限元模拟得 出所述轴套对所述主轴的接触应力 ； 步骤 S2 ： 提取所述主轴的各接触单元的应力进而获得所述轴套对所述主轴的平均接 触应力， 进而得出所述风电锁紧盘的最大传递扭矩。 2. 如权利要求 1 所述的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于， 在所述步骤 S1 中， 以各个构件的位移协调变形关系作为边界条件来进行有限元模拟。 3.如权利要求2所述的。
4、风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述 单元为边长是 15mm 的六面体。 4. 如权利要求 2 所述的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于， 在所述边界条 件中， 采用柱面坐标系， 约束所述主轴的轴向和切向自由度， 径向自由。 5. 如权利要求 4 所述的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于， 在所述外环的 外圆圆柱面和内环的圆孔曲面上施加同样的边界条件。 6. 如权利要求 1 所述的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于， 所述方法还包 括步骤 S3 ： 得到所述外环的变形量。 7. 如权利要求 2 所述的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于。
5、， 所述步骤 S3 还 包括， 在所述内环尺寸确定的情况下， 依照所述风电锁紧盘的传递扭矩要求， 获得满足所述 传递扭矩要求的最小外环外径尺寸。 8. 一种风电锁紧盘， 其特征在于， 所述风电锁紧盘的外环为按照所述权利要求 7 的方 法所确定的外环最小外径尺寸。 权 利 要 求 书 CN 104392077 A 2 1/4 页 3 风电锁紧盘及其传递扭矩的确定方法 技术领域 0001 本发明涉及风电设备， 尤其涉及一种风电锁紧盘传递扭矩的确定方法及一种风电 锁紧盘外环外圆直径尺寸优化的方法。 背景技术 0002 风电锁紧盘是当今国际上广泛用于风机主轴与齿轮箱联结的一种无键联结装置。 0003 。
6、如图 1 所示， 风电锁紧盘由内环 ( 或称内套 )2、 外环 ( 或称外套 )1 和高强度螺栓 5 等主要部件组成。风电锁紧盘是由高强度螺栓预紧时产生的轴向力， 使内、 外环之间的锥 面间相互作用， 从而产生径向力， 抱紧轴套 ( 也即行星架 )4 和主轴 3， 依靠轴套 4 和主轴 3 之间的摩擦力来传递扭矩和产生一定的轴向力。 0004 锁紧盘传递的最大扭矩计算是设计锁紧盘的主要依据， 传统的最大扭矩计算方法 有以下两种 ： 0005 1、 通过利用螺栓传递的轴向力对锁紧盘传递的扭矩进行计算， 在计算过程中由于 螺纹连接处和内、 外环之间的摩擦系数并不确定， 螺栓传递的轴向力未能准确计算。
7、得出， 在 计算过程中该方法并未考虑到外环实际存在着弹性变形， 认为外环不会发生弹性变形， 根 据高强度螺栓预紧力矩传递轴向力减去消除各部件之间的配合间隙所需载荷， 从而计算得 出轴套对主轴的夹紧力， 进而求得扭矩。 该方法并未得出各部件的真实变形情况， 所得结果 准确性低， 根据该计算方法设计出的锁紧盘可靠性不高。 0006 2、 根据计算过盈量， 减去各零件配合的间隙来计算传递扭矩， 由于锁紧盘各构件 都是弹性体， 在实际的装配过程当中过盈量的计算需要各个构件的位移协调变形关系， 这 种方法同样也未考虑外环的实际变形量， 忽略了外环的实际变形情况， 用该计算公式进行 计算， 外环的外径大小。
8、对所得结果无任何影响， 然而实际情况并非如此， 因此该方法计算出 的扭矩和实际存在差异。 0007 综上， 现有的风电锁紧盘传递扭矩计算方法， 均存在计算结果不准确、 可靠性不高 的技术问题。 发明内容 0008 针对现有技术中存在的问题， 本发明的目的在于提供一种风电锁紧盘传递扭矩的 确定方法， 以解决现有技术中的风电锁紧盘传递扭矩的计算结果不准确、 可靠性不高的技 术问题。 0009 本发明的另一目的在于提供一种风电锁紧盘外环的优化方法。 0010 本发明是通过以下技术方案来实现的 ： 0011 一种风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 其特征在于， 该风电锁紧盘传递扭矩的确 定方法包括步骤 ；。
9、 0012 步骤 S1 ： 根据所述风电锁紧盘实际尺寸， 建立风电锁紧盘的有限元模型， 将所述 风电锁紧盘的外环、 内环、 轴套和主轴的有限元模型划分为一定数量的单元， 通过有限元模 说 明 书 CN 104392077 A 3 2/4 页 4 拟得出所述轴套对所述主轴的接触应力 ； 0013 步骤 S2 ： 提取所述主轴的各接触单元的应力进而获得所述轴套对所述主轴的平 均接触应力， 进而得出所述风电锁紧盘的最大传递扭矩。 0014 本发明的风电锁紧盘， 在内环尺寸确定的情况下， 依照本发明的传递扭矩确定方 法可以求得在满足传递扭矩的前提下， 外环外径的最小值， 对外环进行了优化。 0015 。
10、本发明的有益效果 ； 本发明的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法， 与传统的计算方 法或计算公式相比， 具有很高的计算精度， 得出的数据准确， 结果信息量大， 根据计算可以 提高锁紧盘设计的可靠性。并且， 在确定传递扭矩的同时， 还可以得出外环的变形量， 从而 可以在内环尺寸和扭矩要求确定的情况下， 得出满足传递扭矩的前提下的外环外径的最小 尺寸， 达到节约风电锁紧盘成本的目的。 附图说明 0016 图 1 为现有技术的风电锁紧盘的截面图 ； 0017 图 2 为本发明实施例的传递扭矩确定方法的风电锁紧盘 1/4 模型 ； 0018 图 3 为本发明实施例的传递扭矩确定方法的划分网格后的有限元模型 。
11、； 0019 图 4 为本发明实例的的传递扭矩确定方法所获得的主轴接触应力分布云图。 具体实施方式 0020 体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。 应理解的是本 发明能够在不同的实施例上具有各种的变化， 其皆不脱离本发明的范围， 且其中的说明及 附图在本质上是当作说明之用， 而非用以限制本发明。 0021 以下具体介绍本发明实施例的风电锁紧盘传递扭矩的确定方法。 0022 本发明实施例的风电锁紧盘的传递扭矩确定方法， 是根据实际情况， 利用弹性力 学有限元的模拟方法， 将锁紧盘的各构件的有限元模型划分成为一定数量的单元， 根据锁 紧盘各构件的实际变形情况定义各个构件的位移。
12、协调变形关系， 以此作为边界条件， 从而 计算得出轴套 4 对主轴 3 的接触应力， 然后提取出主轴 3 各接触单元的应力进而求得轴套 4 对主轴 3 的平均接触应力， 转化为锁紧盘传递的扭矩。 0023 具体步骤如下 ： 0024 根据风电锁紧盘的实际尺寸， 建立分析计算的有限元模型， 考虑到模型具有对称 性， 因此取风电锁紧盘的 1/4 模型作为模拟对象， 如图 2 所示， 从而节省计算时间。 0025 在计算网格的划分上， 选取六面体单元进行网格划分， 如图 3 所示， 划分的网格单 元为六面体单元， 六面体单元的边长设置为 15mm。 0026 实际上每一个六面体单元的形状， 与风电锁。
13、紧盘的 1/4 模型的形状相似， 只是大 小不同。六面体的六个面中， 四个是平面， 另外两个面是圆柱面 ； 四个平面中， 与主轴 3 轴 向平行的两个平面是正方形， 而与主轴 3 轴向垂直的两个平面是扇形。单元的边长定义为 15mm， 这里的边长， 是指其中的正方形的边长是 15mm。 0027 根据锁紧盘各构件的实际变形情况定义各个构件的位移协调变形关系， 也即确定 边界条件， 定义内环 2外环 1， 轴套 4内环 2， 主轴 3轴套 4 的接触关系， 即两者 之间不会发生穿透， 选取足够高的接触刚度， 从而保证接触计算的收敛。 在边界条件的选择 说 明 书 CN 104392077 A 4。
14、 3/4 页 5 上， 可利用柱面坐标系， 定义外环 1 的外圆柱面径向存在自由度， 轴向和切向则施加固定约 束。 0028 另外， 主轴 3 上圆柱面 ( 或称圆孔曲面 ) 也施加与上述外环 1 的相同的边界条件。 以内环 2、 外环 1 装配完成之后的距离为计算初始状态， 通过计算得出在该状态之下各构件 的应力分布状况。 0029 计算导出主轴 3 外圆柱面上的接触应力分布云图， 如图 4 所示， 提取出主轴 3 的各 接触单元 ( 主轴 3 的与轴套 4 接触的单元 ) 的接触应力， 部分单元的接触应力如表 1 所示， 根据各单元接触应力， 求出主轴平均接触应力， 进而根据扭矩的计算公式。
15、得出传递扭矩。 0030 表 1 0031 接触单元编号应力 (MPa) 3582274.81 3583275.38 3584273.64 3585269.39 3586263.22 3587258.84 3600277.74 3601275.66 3602272.93 3603268.67 3604260.65 3605246.22 3606223.01 3607191.53 3608155.82 3609119.42 0032 具体的， 由于划分网格的单元大小一致， 因此提取出各单元接触应力， 主轴 3 上整 体应力分布可根据以下的公式计算 ： 说 明 书 CN 104392077 A 5。
16、 4/4 页 6 0033 F总 1S1+2S2+.+nSn 0034 S1+S2+.+Sn S总 0035 由于划分网格的大小一致， 因此各单元的网格曲面面积相等。也即 ： 0036 S1 S2 . Sn 0037 因此， 主轴 3 接触面上的总的应力则能表示成 ： 0038 F总 1S1+2S2+.+nSn S总(1+2+.+n)/n 0039 因此， 提取出各个主轴接触单元接触应力， 求出平均接触应力， 乘以主轴 3 的接触 面积， 即可求出主轴接触力分布 ； 根据主轴接触力分布， 进而求得锁紧盘传递的最大扭矩。 0040 本发明实施例的方法， 不仅可以得出锁紧盘传递的最大扭矩， 同时还。
17、能够得出外 环 1 的变形量， 以及内环 2、 外环 1 接触区域真实的应力分布状况。 0041 根据外环 1 的变形量及应力分布情况， 在内环 2 的外径尺寸确定的情况下， 外环 1 的内径尺寸也即确定。在计算过程中， 可以发现随着外环外径尺寸的增加传递的扭矩在逐 渐增大， 扭矩的增长率在减小， 当扭矩达到某一数值之后， 随着外环外径的增加， 扭矩基本 上不变。因此可以根据该计算方法对风电锁紧盘外环进行优化设计。依照上述确定方法所 得的外环 1 的变形量和风电锁紧盘的传递扭矩要求， 找出其应力变化的导数为零的点， 也 即满足相应扭矩要求的最小外环尺寸的点， 在该点处， 即使加大外环 1 的尺。
18、寸， 其传递扭矩 基本不变， 也即可获得满足所述传递扭矩要求的最小外环尺寸。以此制造风电锁紧盘的外 环， 可以达到节约成本的目的。这里的外环 1 的尺寸， 是指外环 1 的外径尺寸。 0042 本发明实施例的传递扭矩确定方法， 从各零件实际变形情况出发， 结合有限元分 析技术， 能够准确计算出轴套4对主轴3的接触应力分布， 然后求出各接触单元的平均接触 应力， 进而转化为传递扭矩， 大大提高了设计计算的可靠性。 其本发明实施例的确定方法得 出的传递扭矩和外环涨量和实验所测数据相一致。 0043 本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。 本领域技术人员应当意识到在不脱 离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰， 均属 本发明的权利要求的保护范围之内。 说 明 书 CN 104392077 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104392077 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104392077 A 8 。