2022年行業(yè)分析風(fēng)電齒輪箱軸承應(yīng)用分析探討

風(fēng)電齒輪箱軸承應(yīng)用分析探討

風(fēng)電齒輪箱是整個(gè)風(fēng)機(jī)中特別重要的部件，由于常年受到變載荷及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，因此在設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)上有別于一般齒輪箱。而且隨著風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)功率的不斷提升，風(fēng)電齒輪箱在滿意傳遞載荷的前提下，體積必需要盡可能小，重量必需要盡可能輕，使用壽命卻依舊要達(dá)到20年以上。而國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用實(shí)踐表明，在風(fēng)電齒輪箱的全部零部件里，軸承是最薄弱的環(huán)節(jié)之一。因此，對(duì)軸承進(jìn)行必要的應(yīng)用分析是保證齒輪箱牢靠性的重要手段。本文將以最常見(jiàn)的風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)形式為例，詳細(xì)介紹如何通過(guò)對(duì)軸承的應(yīng)用分析，來(lái)關(guān)心提高風(fēng)電齒輪箱的牢靠性，達(dá)到削減停機(jī)時(shí)間，提高風(fēng)電齒輪箱牢靠性的目的。

一風(fēng)電齒輪箱軸承潤(rùn)滑分析

眾所周知，風(fēng)電齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速一般在10-20轉(zhuǎn)/分鐘,由于轉(zhuǎn)速比較低，導(dǎo)致輸入軸軸承也就是行星架支撐軸承的油膜形成往往比較難。油膜的作用是在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分開(kāi)兩個(gè)金屬接觸面，避開(kāi)金屬與金屬直接發(fā)生接觸。我們可以引入一個(gè)參數(shù)λ來(lái)表征軸承的潤(rùn)滑效果(λ定義為油膜厚度與兩接觸表面粗糙度之和的比值)。假如λ大于1，說(shuō)明油膜的厚度足夠分開(kāi)兩個(gè)金屬表面，潤(rùn)滑效果良好；而假如λ小于1，則說(shuō)明油膜的厚度不足以完全分開(kāi)兩個(gè)金屬表面，潤(rùn)滑效果不抱負(fù)。在潤(rùn)滑不良的狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承有可能會(huì)發(fā)生如圖一所示的損傷。由于風(fēng)電齒輪箱一般都采納ISOVG320粘度的循環(huán)潤(rùn)滑油，因此假如發(fā)覺(jué)λ小于1，我們一般只能通過(guò)降低軸承滾道及滾子的粗糙度來(lái)改善潤(rùn)滑效果。另外，在齒輪箱設(shè)計(jì)時(shí)，行星架支撐軸承要盡量避開(kāi)一端軸承的尺寸太小，在實(shí)際的應(yīng)用分析中我們發(fā)覺(jué)即使壽命滿意條件，這種設(shè)計(jì)也會(huì)導(dǎo)致小軸承的線速度特別低，油膜更加無(wú)法形成。

二風(fēng)電齒輪箱軸承承載區(qū)分析

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另外，對(duì)承載區(qū)的分析可以關(guān)心我們了解雙列軸承是否存在僅有一列承載的問(wèn)題。目前許多風(fēng)電齒輪箱制造商在高速軸上采納圓錐滾子軸承加圓柱滾子軸承的方案，這種方案解決了傳統(tǒng)球軸承加圓柱滾子軸承方案中球軸承簡(jiǎn)單消失點(diǎn)蝕和剝落的問(wèn)題，但是這種方案必需要留意一個(gè)問(wèn)題，那就是要避開(kāi)雙列圓錐滾子軸承發(fā)生單列承載的現(xiàn)象。雙列圓錐滾子軸承單列承載危害很大：一方面使得軸承的實(shí)際承載力量大大降低，從而導(dǎo)致疲憊壽命急劇減小，另一方面使得不受力的一列滾子簡(jiǎn)單處于打滑狀態(tài)。而通過(guò)對(duì)承載區(qū)的分析，我們可以了解所選擇的雙列圓錐滾子軸承是否存在單列承載的問(wèn)題，并且可以實(shí)行針對(duì)性的措施。風(fēng)電齒輪箱高速軸的轉(zhuǎn)速一般為1100-2000轉(zhuǎn)/分鐘，由于轉(zhuǎn)速比較高，軸承所選擇的游隙值相對(duì)其他位置軸承一般要大一些，但是游隙比較大也簡(jiǎn)單造成單列承載的狀況。

假如發(fā)覺(jué)單列承載的現(xiàn)象的確存在，那么可以考慮采納不同錐角的圓錐軸承配對(duì)使用，如圖三所示，用大錐角軸承承受軸向力，而小錐角軸承則可以很好地避開(kāi)不受軸向力一列脫開(kāi)而導(dǎo)致單列承載?？偠灾?，對(duì)軸承承載區(qū)的分析可以關(guān)心我們更好地了解軸承的運(yùn)行狀態(tài)，以便優(yōu)化軸承的選型以及完善齒輪箱的設(shè)計(jì)。

三風(fēng)電齒輪箱軸承應(yīng)力分析

風(fēng)電齒輪箱區(qū)分于一般齒輪箱的一個(gè)最大特點(diǎn)，就在于所承受載荷的無(wú)規(guī)律性。以國(guó)內(nèi)目前流行的1.5MW齒輪箱為例，一般名義功率值為1660KW，但其載荷譜內(nèi)最大功率值一般可以達(dá)到5000KW左右，大約是名義功率值的3倍。其反轉(zhuǎn)最大功率值一般可以達(dá)到名義功率值的2倍左右，他們也經(jīng)常被用來(lái)進(jìn)行平安靜載系數(shù)的校核。在功率值遠(yuǎn)大于名義功率值的狀況下，軸承消失應(yīng)力集中的概率會(huì)大大增加，這一現(xiàn)象在低速中間軸尤為突出，緣由在于低速中間軸一般采納空心軸，剛度相對(duì)較差，簡(jiǎn)單消失偏心的狀況，而偏心則可以加劇應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。如圖四，是低速中間軸軸承在3倍名義功率值時(shí)受力最大的滾子應(yīng)力分布狀況，我們可以看到應(yīng)力集中的現(xiàn)象比較嚴(yán)峻，為了避開(kāi)這種應(yīng)力集中的發(fā)生，Timken軸承可以采納滾子特別修型解決這一問(wèn)題，如圖五，是同一軸承在同一工況下采納特別滾子修型后的應(yīng)力分布狀況。

以上主要針對(duì)風(fēng)電齒輪箱的應(yīng)用特點(diǎn)，分別從潤(rùn)滑、軸承承載區(qū)、應(yīng)力集中等幾方面介紹了風(fēng)電齒輪箱軸承選擇和分析必需要留意的幾個(gè)要點(diǎn)，盼望可以以此來(lái)避開(kāi)上述提到的一