摘要：【目的】腐蝕疲勞斷裂是風(fēng)電變槳軸承一種主要的失效形式，常導(dǎo)致槳葉掉落停機(jī)。為此，提出了一種用變槳軸承局部代替整體的有限元模型，用以探究變槳軸承套圈腐蝕后的結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命?！痉椒ā坎捎糜邢拊浖嗀nsys和三維斷裂力學(xué)軟件Franc3D相結(jié)合的方法，通過在變槳軸承套圈最大等效應(yīng)力位置處插入預(yù)損傷來代替模擬腐蝕坑，研究受腐蝕的變槳軸承套圈在實(shí)際工況下的結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展路徑及壽命?！窘Y(jié)果】結(jié)果顯示，受腐蝕影響，變槳軸承套圈在實(shí)際工況下的結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命為2. 2×107循環(huán)周次，大約2. 3年，占設(shè)計(jì)壽命的11. 6％。通過該結(jié)果，可以更好地了解變槳軸承套圈受腐后結(jié)構(gòu)疲勞的特點(diǎn)，其可為相關(guān)領(lǐng)域的工程實(shí)踐提供指導(dǎo)和參考。

關(guān)鍵詞：變槳軸承套圈；腐蝕；預(yù)損傷；剩余壽命；Franc3D軟件

中圖分類號(hào)：TH133 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 01. 005

0 引言

風(fēng)電變槳軸承是風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)槳葉迎風(fēng)角度的零件，其壽命直接影響著整體風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命[1]。受各種因素的影響，部分變槳軸承在服役3～5年后易出現(xiàn)套圈的疲勞斷裂。厘清變槳軸承套圈出現(xiàn)腐蝕后的結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命，可為變槳軸承套圈的失效時(shí)間預(yù)測(cè)提供參考，避免造成難以挽回的損失。因此，有必要對(duì)套圈出現(xiàn)腐蝕后的結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命進(jìn)行分析。

關(guān)于變槳軸承結(jié)構(gòu)疲勞壽命的研究，付洋洋等[2]對(duì)斷裂的變槳軸承螺栓孔采用電鏡宏觀檢測(cè)、顯微組織觀察和斷口化學(xué)成分分析等方法，確定了螺栓孔的點(diǎn)蝕；發(fā)現(xiàn)在較大載荷的作用下點(diǎn)蝕坑將產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂紋不斷萌生直至最后斷裂。石涌超[3]用Paris公式理論預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的方法，以考慮T應(yīng)力為基礎(chǔ)，建立了Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋數(shù)字模型，對(duì)變槳軸承仿真結(jié)果進(jìn)行了裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算。毛華萍等[4]建立了變槳軸承實(shí)際工況下的有限元模型，分析了變槳軸承套圈的靜強(qiáng)度結(jié)果，結(jié)合應(yīng)力-壽命曲線估計(jì)了變槳軸承的疲勞壽命。SHI等[5]針對(duì)不同應(yīng)力條件下的42CrMo高強(qiáng)度合金鋼，研究了裂紋萌生階段和裂紋擴(kuò)展階段的變化規(guī)律，提出一種可以依照變化規(guī)律預(yù)測(cè)變槳軸承疲勞壽命的方法。HE等[6]提出一種小樣本測(cè)試變槳軸承結(jié)構(gòu)疲勞壽命的方法，測(cè)定小樣本實(shí)際的疲勞壽命，監(jiān)測(cè)滾道和潤(rùn)滑的物理性能變化，并將試驗(yàn)結(jié)果與仿真分析進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了試驗(yàn)的有效性。KUDISH等[7]將裂紋發(fā)展壽命視作軸承壽命，基于摩擦因數(shù)、殘余應(yīng)力、材料硬度、缺陷尺寸等參數(shù)建立了軸承設(shè)計(jì)模型，對(duì)新模型進(jìn)行理論分析，預(yù)測(cè)了軸承的疲勞壽命。

變槳軸承套圈結(jié)構(gòu)疲勞斷裂是一個(gè)值得關(guān)注的問題。目前研究中的試驗(yàn)和計(jì)算大多針對(duì)變槳軸承套圈的接觸疲勞裂紋擴(kuò)展壽命，缺乏對(duì)實(shí)際變槳軸承情況的考慮，特別是本身含有缺陷、銹蝕等的變槳軸承，對(duì)其結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命研究較少。為此，本文用預(yù)損傷來代替模擬腐蝕坑，研究了變槳軸承套圈出現(xiàn)腐蝕后的結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命。首先，對(duì)“輪轂-變槳軸承-槳葉”有限元模型進(jìn)行分析，確定最大等效應(yīng)力的位置，為后續(xù)變槳軸承套圈插入預(yù)損傷打好基礎(chǔ)；其次，由于“輪轂-變槳軸承-槳葉”模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為減少計(jì)算量，對(duì)整體模型做局部處理，方便后續(xù)裂紋擴(kuò)展計(jì)算；隨后，對(duì)整體模型和局部模型應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了局部模型的可行性；最后，在局部模型的基礎(chǔ)上插入預(yù)損傷，計(jì)算并預(yù)測(cè)了變槳軸承套圈腐蝕后的結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命。