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风电齿轮箱专用轴承在应用中的关键作用
2015年-08月-19日
经实践证明,轴承是风电齿轮箱中最薄弱的的零部件之一。由于风电齿轮箱常年受到变载荷及强阵风的冲击,因此无论是在设计、制造,还是维护上都要有别于普通齿轮箱。

随着风机设计功率的不断提升,风电齿轮箱在满足传递载荷的前提下,体积必须要尽可能小,重量必须要尽可能轻。怎样通过对轴承的应用分析,来帮助提高风电齿轮箱的可靠性,达到减少停机时间,提高风电齿轮箱可靠性的目的。

一般情况,风电齿轮箱输入轴的转速一般在10-20转/分钟,由于转速比较低,导致输入轴承也就是行星架支撑轴承的油膜形成往往比较难。油膜的作用是在轴承运转时分开两个金属接触面,避免金属与金属直接发生接触。

引入一个参数λ来表征轴承的润滑效果(λ定义为油膜厚度与两接触表面粗糙度之和的比值)。如果λ大于1,说明油膜的厚度足够分开两个金属表面,润滑效果良好;而如果λ小于1,则说明油膜的厚度不足以完全分开两个金属表面,润滑效果不理想。在润滑不良的情况下运转,轴承有可能会损伤。

风电齿轮箱一般都采用ISOVG320粘度的循环润滑油,如果发现λ小于1,只能通过降低轴承滚道及滚子的粗糙度来改善润滑效果。另外,在齿轮箱设计时,行星架支撑轴承要尽量避免一端轴承的尺寸太小,在实际的应用分析中我们发现即使寿命满足条件,这种设计也会导致小轴承的线速度非常低,油膜更加无法形成。

在运转轴承的滚子中一般只有一部分同时承受载荷,而这部分滚子所在的区域我们称之为轴承的承载区。轴承承受的载荷大小,运行游隙的大小都会对承载区产生影响。如果承载区范围太小,滚子在实际的运转中则容易发生打滑现象。

对于风电齿轮箱而言,如果主轴的设计采用双轴承支撑的方案,那么理论上只有扭矩传递到齿轮箱。这时,经过简单的受力分析,我们不难发现行星架支撑轴承承受的载荷是比较小的,因此轴承的承载区往往也比较小,滚子容易发生打滑。

目前,在风电齿轮箱设计中行星架支撑轴承一般采用两个单列圆锥轴承或者两个满滚子圆柱轴承的方案。通过适当预紧圆锥滚子轴承或者减小圆柱滚子轴承游隙的方法来提高承载区。