近年来随着全球风电行业的迅猛发展,风力发电机组的运行可靠性相应也受到了广泛的重视与关注。其中变桨轴承作为其关键零部件,对于整机运行的安全性及可靠性起着关键的作用,接触疲劳是最其主要的失效形式之一。变桨轴承尺寸大,受载复杂,疲劳寿命影响因素众多,普通小型轴承的相关计算方法已不适用于大型轴承的研究。本文以风电用兆瓦级大型3.4MW变桨轴承为研究对象,围绕外载荷建模、考虑激光表面硬化层深的接触应力疲劳寿命计算等,开展了相关学习研究,为大型风力发电机组变桨轴承的长寿命设计制造提供一定的理论指导和参考依据,具有重要的工程意义。主要研究内容如下:1、对变桨轴承所受外载荷进行了分类,根据GL规范和IEC标准,基于叶素动量理论对风电机组的气动模型进行了研究,制定了载荷分析的主要设计工况,运用GH Bladed软件对机组在各工况下叶根处的时序载荷进行了计算,获得了施加于变桨轴承上的极限载荷列表和LDD谱,为变桨轴承的力学分析和疲劳寿命研究提供了载荷数据。2、考虑激光表面硬化影响,将滚道分为硬化层、过渡层及心部三部分,建立了变桨轴承滚动体/滚道局部接触有限元模型,基于赫兹理论,完成了线弹性应力的分析,计算结果与理论值相比误差较小,验证了模型的可行性。在此基础上,进一步分析了不同硬化层深对于等效应力、接触应力的影响规律,结果表明:滚道硬化层深的理论计算值为9.6mm;仅考虑线弹性材料模型,目标硬化层的值为9.48mm;随着硬化层深度的增加,最大等效应力和最大剪切应力幅值减小位置下移,最大接触应力幅值减小,变桨轴承滚道整体受力情况改善。3、考虑在服役工况下,滚道部分接触区域有可能已经进入塑性变形区,因此,基于上述的局部模型,引入弹塑性应力应变关系,进行了弹塑性接触应力计算,在此基础上,深入研究了硬化层深、接触载荷及摩擦系数对于接触应力、等效应力的影响,结果表明:与弹性材料模型相比,考虑硬化层的塑性后,目标硬化层的值降为9.12mm;相同硬化层深及接触载荷等条件下,滚道所受最大接触应力和最大等效应力均小于线弹性材料计算结果;对于弹塑性材料,硬化层深度增加、接触载荷减小以及接触面摩擦因数减小都会导致最大接触应力减小,最大等效应力和最大剪切应力幅值减小且位置下移,这都有利于滚道表面受力情况的改善。此外,研究表明等效应力的分布路径在过峰值后基本不受硬化层深度的影响,因此为了使滚道心部不超过等效许用应力值,硬化层深度必须达到心部应力许用值的深度。4、利用L-P理论公式对变桨轴承的疲劳寿命进行了计算。考虑变桨轴承激光淬火硬化层影响,基于上述局部弹塑性材料模型和应力计算结果,利用nCode软件对滚道进行了应变—疲劳寿命计算,分析了硬化层、接触载荷及表面粗糙度对变桨轴承疲劳寿命的影响,结果表明增加硬化层深度、减小接触载荷、减小接触面粗糙度都会使变桨轴承滚道疲劳寿命得到显著提升。