風(fēng)機(jī)主軸軸承及選配

1、主軸軸承及選配田超 軸承分類：軸承分類： 按軸承工作的摩擦性質(zhì)不同可分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（簡稱滾動(dòng)軸承）兩大類。 按載荷方向可分為：向心軸承，承受徑向載荷。推力軸承，承受軸向載荷。其中滾動(dòng)軸承還有向心推力軸承，同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。什么是軸承：軸承是在機(jī)械傳動(dòng)過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。 滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架等四部分組成。 通常內(nèi)圈裝配在軸上，并與軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈與軸承座孔裝配在一起，起支撐作用。 保持架將滾動(dòng)體等距離排列隔開，以避免滾動(dòng)體直接接觸，減少發(fā)熱和磨損。滾動(dòng)軸承 滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承的核心元件。 以上為4個(gè)基本元件， 其余附

2、加元件如止動(dòng)環(huán)等 按滾動(dòng)體的形狀可分為球軸承和滾子軸承 按滾動(dòng)體的列數(shù)，可分為單列、雙列及多列滾動(dòng)軸承例舉 摩擦阻力小，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)力矩小，啟動(dòng)靈敏，功率損耗小且軸承單位寬度承載能力較大，潤滑、安裝及維修方便等。 與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)是徑向輪廓尺寸打，接觸應(yīng)力高，高速重載下軸承壽命較低且噪聲較大，抗沖擊能力較差滾動(dòng)軸承的特點(diǎn) 滑動(dòng)軸承是用來支承軸的一種重要部件。雖然滾動(dòng)軸承有一系列優(yōu)點(diǎn)，在一般機(jī)器中獲得了廣泛的應(yīng)用，但是在高速高速、高精度高精度、重載重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合下，滑動(dòng)軸承就顯示出它的優(yōu)異性能。因而在汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、軋鋼機(jī)，及儀表、雷達(dá)、天文望遠(yuǎn)鏡中多采用滑

3、動(dòng)軸承。此外，在低速而帶有沖擊的機(jī)器中，如水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等也常采用滑動(dòng)軸承。滑動(dòng)軸承潤滑潤滑目的目的： 減少軸承內(nèi)部(套圈、滾動(dòng)體及保持器)摩擦及摩損，防止燒粘,保證軸承正常工作,延長軸承的壽命； 可以用油轉(zhuǎn)移由摩擦發(fā)生的熱，冷卻； 防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕。軸承的潤滑：分為油潤滑和脂潤滑 疲勞點(diǎn)蝕：滾動(dòng)體接觸表面反復(fù)接受接觸應(yīng)力的作用，出現(xiàn)疲勞裂紋并繼續(xù)發(fā)展，使金屬表層產(chǎn)生麻坑或片狀脫落；是滾動(dòng)軸承的主要失效形式。 塑性變形：過大的靜載荷及沖擊載荷作用下滾動(dòng)接觸表面產(chǎn)生永久性凹坑，不正確安裝、異物可導(dǎo)致接觸表面產(chǎn)生壓痕。增大了摩擦力矩、振動(dòng)和噪聲，降低了運(yùn)轉(zhuǎn)精度

4、。 磨損：雜質(zhì)侵入，導(dǎo)致磨粒磨損、線狀傷痕；或潤滑不良引起燒傷。 其他形式：電腐蝕、化學(xué)腐蝕軸承的失效形式風(fēng)機(jī)中各結(jié)構(gòu)使用的軸承類型 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)，一個(gè)兆瓦級(jí)以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將需要4個(gè)精密級(jí)回轉(zhuǎn)支承與之配套，分別為一個(gè)偏航支承和三個(gè)變槳支承，還需要1個(gè)主機(jī)主軸軸承和1個(gè)增速箱主軸軸承。 目前，主軸軸承主要有圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、2-3 列圓柱滾子軸承等形式，為使軸承有更長的使用壽命和更強(qiáng)的承載能力，往往采用多列滾子軸承排布。風(fēng)機(jī)主軸軸承簡介主軸與主軸軸承組裝完畢的軸承室 如今安裝的所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，75%80%均采用主軸軸承支撐原理，也就是主軸承的內(nèi)圈安裝在旋轉(zhuǎn)的主軸上。主軸

5、起支承輪轂及葉片，傳遞扭矩到增速器的作用，主軸軸承主要承受徑向力，其性能的好壞不僅對(duì)傳遞效率有影響，而且也決定了主傳動(dòng)鏈的維護(hù)成本，所以要求具有良好的調(diào)心性能、抗振性能和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 在主軸上，采取雙軸承的配置是比較常用的一種軸承配置形式，采用的軸承類型根據(jù)設(shè)計(jì)要求的不同而有所不同，但較為常見的軸承配置為調(diào)心滾子軸承或者圓錐滾子搭配圓柱滾子軸承的配置。大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用大錐角雙列圓錐滾子軸承或三列圓柱滾子軸承。主軸軸承支撐配置此種設(shè)計(jì)為固定端/浮動(dòng)端軸承支撐的兩點(diǎn)支撐形式是最典型的。軸承被安裝在兩個(gè)獨(dú)立的或一個(gè)共同的軸承座內(nèi)，轉(zhuǎn)子端或齒輪箱端軸承都可以設(shè)計(jì)為固定端軸承。第一種形式提供了徑向

6、力和軸向力之間更為適合的比例，而且主軸的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致固定端軸承的解決方案直徑較大。采用第二種形式時(shí)，傳遞軸向載荷的軸肩的位置在主軸應(yīng)力方面表現(xiàn)得更為有利，因?yàn)樗苊饬饲拜S承位置的臺(tái)階。只有轉(zhuǎn)矩進(jìn)入齒輪箱，在一定程度上保護(hù)了齒輪箱，但價(jià)格較貴（多一個(gè)軸承和軸承座，主軸也較長）。采用三點(diǎn)支撐，一點(diǎn)是固定端軸承而另外兩點(diǎn)是齒輪箱內(nèi)的轉(zhuǎn)矩支撐軸承。在此，齒輪箱輸入軸軸承作為浮動(dòng)端軸承。固定端軸承相對(duì)于齒輪箱輸入軸的浮動(dòng)端軸承的同軸度以及軸的偏移量，是選擇軸承類型時(shí)的決定因素。固定端軸承采用單獨(dú)的軸承座，推薦使用自調(diào)心軸承（例如調(diào)心滾子軸承）。另外重要的一點(diǎn)是，要在安裝時(shí)確保固定端軸承位置和浮動(dòng)端軸承位置

7、之間的正確的距離。軸向力一定要作用在固定端軸承上。采用三點(diǎn)支撐，作用在浮動(dòng)端軸承上的力顯示了載荷對(duì)齒輪箱內(nèi)部的影響。主軸軸承是直接整合在齒輪箱內(nèi)的。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一是：由于固定端軸承和浮動(dòng)端軸承使用同一個(gè)箱體，使得保持它們的同軸度更為容易，但要求高。同時(shí)這種雙列圓錐滾子軸承比較精密，價(jià)格很貴。其常見的損壞癥狀是保持架斷裂、滾子打橫、滾子調(diào)心角度過大。 單個(gè)軸承的解決方案在約3 MW級(jí)以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中出現(xiàn)的越來越多。整合概念的運(yùn)行時(shí)間最長的3 MW 風(fēng)電設(shè)備裝有位置非常接近齒輪箱的、承受所有來自轉(zhuǎn)子的載荷的主軸承。還有其他的35 MW 的設(shè)備也采用這種軸承配置。 當(dāng)使用主軸軸承支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，幾

8、乎所有的結(jié)構(gòu)都毫無例外地使用了調(diào)心滾子軸承。事實(shí)上，對(duì)于采用單獨(dú)軸承座的結(jié)構(gòu)，軸承位置處軸的角位移太大，所以采用調(diào)心滾子軸承是必須的。把傳統(tǒng)主軸軸承概念應(yīng)用到多兆瓦級(jí)的風(fēng)電設(shè)備中通常也是可行的，例如采用兩個(gè)調(diào)心滾子軸承。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性要求超過20年，而作為為其配套的軸承，也要求具有超過20年的使用壽命；風(fēng)力發(fā)電機(jī)在2-3級(jí)風(fēng)時(shí)就要啟動(dòng)，軸承結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以保證低摩擦、高靈敏度。根據(jù)其同時(shí)承受軸向載荷、徑向載荷和沖擊載荷的受力特點(diǎn)，由

9、于涉及多學(xué)科，要特別注意制造軸承零件所用材料的優(yōu)選、材料質(zhì)量控制、工藝措施以及特大型軸承壽命等關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用。風(fēng)機(jī)主軸承制造關(guān)鍵技術(shù) 材料：材料： 材料的好壞是決定風(fēng)電軸承的最重要因素，我國風(fēng)電軸承與國外差距，材料是主要因素，其次為風(fēng)電軸承設(shè)計(jì)、工藝水平和工藝裝備。盡管我們制定了JG/T107052007滾動(dòng)軸承 風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承和修訂了GB/T18254 2002高碳鉻軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其中碳化物、偏析、含氧量和夾雜物等要求有所提升，但受制于國內(nèi)鋼企冶煉技術(shù)和成本等因素，完全實(shí)施仍有很大難度。國產(chǎn)真空脫氣鋼質(zhì)量尚存在一定差距，含氧量控制方面雖有很大提高，但在碳化物均勻性、網(wǎng)狀碳化物控制、夾雜

10、物控制等方面仍有較大差距，這就造成國內(nèi)風(fēng)電軸承質(zhì)量先天不足，風(fēng)電軸承的壽命、可靠性及一致性遜色國外產(chǎn)品。 熱處理：熱處理： 國內(nèi)風(fēng)電軸承生產(chǎn)企業(yè)的熱處理還停留在保護(hù)氣氛的少氧化加熱，采用99.8% 以上氮?dú)饧状蓟蛑煌ㄈ爰状甲鳛楸Ｗo(hù)氣氛，爐內(nèi)碳勢(shì)不易控制，熱處理后零件有少量脫碳層，基本可滿足磨削要求。但在倒角、油溝等不磨削位置仍有殘留脫碳層，特別對(duì)滾動(dòng)體的使用壽命還是有一定影響。目前國外先進(jìn)風(fēng)電軸承企業(yè)已全面推廣可控氣氛的無氧化加熱，采用高純氮?dú)獗?，爐內(nèi)碳勢(shì)可控制，保證爐內(nèi)氣氛的碳勢(shì)與加工零件含碳量基本一致，確保加工風(fēng)電軸承零件無氧化。目前先進(jìn)軸承鋼中氧含量要求在4 10 -6 以下。 設(shè)計(jì)與

11、設(shè)計(jì)與分析：分析： 目前仍以經(jīng)驗(yàn)類為主，受力分析與載荷譜的研究幾乎空白。其中的難點(diǎn)技術(shù)是針對(duì)主軸軸承的要求無故障運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)13 104 h 以上，工作壽命20 年；并具有99% 以上的可靠度；針對(duì)齒輪箱軸承的高損壞率(齒輪箱故障中約80%左右是軸承失效所致)的高載荷容量設(shè)計(jì)等。 主軸主軸軸承的軸承的高精度高精度加工：加工： 其中最主要是所采用的調(diào)心滾子軸承，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致在制造上難以實(shí)現(xiàn)高精度，通常的最高加工精度僅為P5，而現(xiàn)在的設(shè)計(jì)精度已要求達(dá)到P4。保持架的改進(jìn)設(shè)計(jì)，保持架應(yīng)具有更高的強(qiáng)度和耐磨損性。選配要素：載荷及壽命 滑動(dòng)軸承：滑動(dòng)軸承： 由于滑動(dòng)軸承一般單獨(dú)承受徑向或軸向載荷，只需

12、滿足此載荷即可。但由于滾動(dòng)體間需完全或不完全被油膜分開，對(duì)壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速、油粘度等還有復(fù)雜要求。 壽命需滿足風(fēng)機(jī)既定要求。主軸軸承選配主軸軸承選配 風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)在選擇風(fēng)電軸承供貨廠家時(shí)，不僅要按常規(guī)考察供貨廠家的經(jīng)濟(jì)規(guī)模、管理水平、質(zhì)量保證能力和產(chǎn)品性價(jià)比，更要考察其在風(fēng)電軸承生產(chǎn)中抗疲勞制造技術(shù)研究和應(yīng)用的情況。不同廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)的風(fēng)電軸承，從外表上看幾乎一模一樣，但內(nèi)在質(zhì)量、壽命和可靠性有時(shí)卻相差甚遠(yuǎn)。 滾動(dòng)軸承選配除滿足載荷及壽命要求外，主要任務(wù)是將內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體進(jìn)行尺寸分選，通過選配以保證裝配后具有滿足要求的徑向游隙或?qū)挾取L動(dòng)軸承裝配過程中的一個(gè)主要工序是選配合套工序，首先要

13、將套圈滾道直徑尺寸選別分組，然后將各種組別的內(nèi)圈、外圈及滾動(dòng)體按軸承要求的游隙或?qū)挾裙钆浜掀饋沓蔀椤耙惶住陛S承（屬于生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)工序）。 軸承潤滑、工作溫度和游隙對(duì)其承載能力的影響很大。適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┛梢允馆S承部件之間得到良好的潤滑，特別是在低溫條件下，要求潤滑油有良好的黏溫特性，能減小軸承啟動(dòng)時(shí)的摩擦力矩，同時(shí)為了防止?jié)櫥湍け黄茐?，避免部件之間直接接觸，出現(xiàn)干摩擦狀態(tài)，軸承升溫膨脹，降低部件性能，可考慮采用集中潤滑對(duì)軸承進(jìn)行潤滑，防止由于加油周期長而引起潤滑不到位，導(dǎo)致軸承損壞。 軸承游隙過大，易導(dǎo)致軸承在運(yùn)行時(shí)承受外載的滾子數(shù)量減少，加劇滾子點(diǎn)蝕磨損；游隙過小，易導(dǎo)致軸承摩擦

14、發(fā)熱，溫度升高，破壞油膜，在很多極限工況下往往只有幾個(gè)滾子受載。因此在設(shè)計(jì)選型時(shí)就應(yīng)考慮軸承游隙對(duì)其壽命的影響。在選配滾子軸承時(shí)，還應(yīng)主要考慮軸承的游隙以及滾子的修形和潤滑油的選擇等因素。 隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展，大功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為市場發(fā)展的趨勢(shì)，較高的功率密度也成為各主機(jī)制造商爭相追趕的目標(biāo)。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大，一個(gè)主要的設(shè)計(jì)方向是降低機(jī)艙重量，也即降低每千瓦電力所需的原材料投入（kg/kW）。 很多研究以及目前主要制造商的設(shè)計(jì)趨勢(shì)表明，圓錐滾子軸承更能適應(yīng)大型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行。圓錐滾子軸承專為承受既有徑向力又有軸向力的復(fù)合載荷而設(shè)計(jì)，在風(fēng)速和風(fēng)向隨時(shí)發(fā)生變化的情況下，是掌控應(yīng)力的理

15、想選擇。該類軸承功率密度高，能在最緊湊的布局中提供最佳性能，為風(fēng)機(jī)長期穩(wěn)定的運(yùn)行提供保障。無論用于齒輪箱還是主軸上，圓錐滾子軸承的設(shè)計(jì)都能在保證可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上有效的控制軸承尺寸和主軸及齒輪箱等相關(guān)部件的尺寸，防止機(jī)艙重量增加過多，有助于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步升級(jí)。風(fēng)電主軸軸承現(xiàn)在都是通用軸承，其中一部分要發(fā)展成為專用軸承，這是一種趨勢(shì)。 風(fēng)電機(jī)組中偏航軸承和變槳軸承偏航軸承和變槳軸承的技術(shù)門檻相對(duì)較低，而主軸主軸軸承和增速器軸承軸承和增速器軸承的技術(shù)含量較高，發(fā)電機(jī)軸承發(fā)電機(jī)軸承基本上為成熟的通用產(chǎn)品。因此，目前國內(nèi)風(fēng)電軸承企業(yè)的產(chǎn)能主要集中在偏航軸承和變槳軸承上，3 MW以下風(fēng)電機(jī)組配套軸承均可批量生產(chǎn)，國產(chǎn)風(fēng)電軸承逐漸形成了規(guī)?；⑾盗谢a(chǎn)，主要企業(yè)有瓦軸、洛軸、天馬、徐州羅特艾德以及大冶軸、軸研科技、方圓支承、上海聯(lián)合和西北軸等，國產(chǎn)替代率已達(dá)到80% 以上，年產(chǎn)能已達(dá)4.5 萬套以上，不僅滿足了國內(nèi)的需求，而且也成為國外一些風(fēng)電設(shè)備廠家的采購渠道；但對(duì)于主軸軸承和增速器軸承，基本還是依靠進(jìn)口，只有部分企業(yè)初步介入，尚處于研制階段。 國際上著名風(fēng)電軸承公司主要有瑞典SKF、美國Timken 和日本NSK、NTN、德國Rothe Erde(羅特艾德)、 Schaeffer(舍弗勒)、FAG、法國Rollix(勞力氏)等，在全球市場占據(jù)統(tǒng)治地位