图8 内圈网格划分
1.5 边界条件设定
1.5.1 位移边界条件
由于轴承在实际安装时，轴承外圈通过螺孔与风机机架固定在一起，因此有限元分析时，将轴承外圈孔进行全约束。如下图9所示。
图9 位移边界条件
1.5.2 载荷边界条件
根据实际情况，该主轴承同时收到轴向力、径向力和倾覆力矩的作用。载荷作用在轴承内圈上。因此在有限元分析时，将轴承轴向力、径向力及力矩施加在轴承内圈表面节点上，如下图10所示。
图10 载荷边界条件
1.5.3 接触边界条件
由于要分析滚子与滚道的接触情况，因此需要定义其接触条件。根据实际情况，滚子与滚道的接触为摩擦接触，并查阅相关资料可知，摩擦系数为0.15。除滚子与滚道接触外，其余接触为计算方便定义为绑定基础，如下图11所示。
图11 定义接触情况
2 算例结果分析
按前述方法分析了某型号风电主轴承的滚动体载荷分布和接触应力，根据实际工况，在
单个滚子对上施加轴向力20kN，径向力10kN，并施加倾覆力矩25000NM。对轴承的应力分布、变形、等效应力以及滚子与滚道的接触应力的分析计算，计算结果如下图所示。
图12 滚子对总变形
由分析结果可知，滚子对的最大变形处出现在轴承内圈靠近载荷接触区域，但变形量不是很大，符合实际情况。
图13 滚子弹性变形
通过分析结果看出，滚子变形最大处出现在与轴承内圈接触区域，且靠近滚子边缘处。这时由于这个区域既要承受轴向载荷，又要承受径向载荷和倾覆力矩，因此变形较大。但由图可知，其变形量仍在一个较小的范围内，滚子没有发生破坏。
图14 滚子等效应力
由分析结果看出，滚子的等效应力区域与弹性变形区域是对应的，且分布情况类似。滚子最大应力为241.38MPa。
图示为滚子与滚道的接触应力，又有限元分析结果可知，滚子的最大接触应力为14.183MPa。
3 结论
通过利用有限元对风电主轴承滚子接触应力的分析，以及与理论计算的对比可知： 1）内外圈发生弯扭变形，滚动体载荷分布与采用刚性条件假设时滚动体载荷分布差异较大，因此对于风电轴承必须考虑支撑结构柔度对滚动体载荷分布影响；
2）滚子的最大接触应力出现在距外载最近的滚子上与内圈接触的一侧，应力极值发生在距滚子大径端约1/3处；滚子在接触面中心的接触应力最大，远离接触中心后接触应力值逐渐减小，应力分布呈抛物线状，符合赫兹弹性接触理论。这为为判断轴承的失效形式提供了一定的理论依据。
本文的意义在于：用有限元分析法变连续结构为离散结构,取代了传统的理论分析，并将分析结果与传统理论分析结果进行对比，弥补了理论分析的不足；图示出滚动轴承在径向载荷和轴向载荷作用下的变形和应力情况,显示出某时刻各滚动体的变化,有效地判断轴承的失效形式。 参考文献
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