供稿：铁姆肯公司
固定端是双内圈圆锥滚子轴承与固定端是调心滚子轴承的设计比较
概述
目前在风力发电机主轴位置上固定端使用一个双列调心滚子轴承的方案并不是一个值得优先考虑的方案，并且在未来的设计中应该避免。虽然没有一个确定的Z大极限值，但是一般认为所允许的双列调心滚子轴承承受的轴向力和径向力的Z大比值在0.15和0.20之间。也就是说，轴向力只能是径向力的15%到20%。在某些应用中，这个比值可以达到0.3甚至0.35，但可能会出现一列不受力、两列应力不均、滚子倾斜、保持架变形、产生过多的热量、滚子斑点剥落等情况。由于风力发电机主轴固定端轴承的受力比例一般在0.6左右，这会导致只有一列承受径向力及轴向力，也就是说轴承无法按照原来设计的方式进行运转，因此必须要考虑其他的固定端的轴承方案来提高性能和可靠性。
本文主要讲述了在风力发电机主轴位置一端采用双列圆锥滚子轴承，另一端采用圆柱滚子轴承方案的好处。分析表明使用预紧的双列圆锥滚子轴承可以提高主轴的刚性，从而减小轴承滚道和齿轮箱输入零部件发生假性压痕的可能性。预紧并优化的内部游隙甚至可以在Z风力情况下，确保很好的系统稳定性，滚道的形状经过优化后甚至可以在非常大的偏心情况下正常使用。
主轴轴承的比较
有一些风力发电机在主轴位置上使用两个调心滚子轴承。固定端调心滚子轴承承受轴向力和径向力，浮动端调心滚子轴承只承受径向力。安装时两个轴承都有一定的径向游隙。安装游隙对轴承轴向和径向的刚性有着重要的影响。因此，主轴的径向偏移和轴承轴向移动都要受到初始游隙及轴孔配合的影响。减小轴承的径向偏移对提高轴承和系统的性能都有好处。在固定端使用一个预紧的双列圆锥滚子轴承，在浮动端使用圆柱滚子轴承对于风机主轴来说是一种更好的轴承布置形式。
主轴运转过程中的分析比较
图1 给出的是一个典型风力发电机上叶片受力图。
图1 载荷分布情况
在运行中，一个径向力主要来自重力，一个水平力主要来自风。转子的轴向力和倾覆力矩来自叶片。用来做分析比较的工况是由恒速16转/分钟下500多种不同受力情况合成的一个当量载荷工况。
主轴模型
图2给出了用于轴承系统分析的主轴模型。力Fx, Fz以及扭矩My，Mz作用于离固定端轴承2000mm的壳体中心。来自风的水平力Fy和Fz相比非常小，因此在我们的分析中忽略不计。轴承之间的跨距为1000mm，齿轮箱重量（在我们的分析中假定200000N）作用于离固定端轴承2500mm的轴端。
图2在中心线上给出了布置双列圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承的方案，在中心线下给出的是两个调心滚子轴承的方案。
图2：主轴模型
（图中英文注释：Loads and Moments acting on the rotor – 作用于转子的力和力矩；Double row Tapered roller bearing – 双列圆锥滚子轴承； Solution1：TDI + CRB – 方案1：双列圆锥滚子轴承+ 圆柱滚子轴承； Cylindrical roller bearing – 圆柱滚子轴承； Spherical roller bearing – 调心滚子轴承； solution2：SRB+SRB – 方案2：调心滚子轴承+调心滚子轴承）
轴承使用ISO VG320黏度的油脂进行润滑，运行温度假定40摄氏度。
分析结果比较
图3 – 调整寿命 L10A
（图中英文注释: condition – 工况；Adjusted Life – 调整寿命； Fixed Position – 固定端； Floating Position – 浮动端；TDI – 双列圆锥滚子轴承；SRB – 调心滚子轴承； CR
发布时间:2009-08-21
