风电转盘轴承设计参数对承载能力的影响

风能 是风 力 发 电机 组 的动 力 来 源 ， 是 不 可 风 控资 源 ， 风速 和风 向 是 不 断 变 化 的 。在 并 网条 件
下， 除了转化电能的风轮旋转运动外 ， 还需要进行 变桨和偏航运动， 以应对风速和风 向的改变 ， 使风
力发电机组输出恒定的功率并保证机组 的安全运 行。表 １所 示 为 风 电转 盘 轴 承 载 荷 的主 要 来
收稿 日期 ：０ １ Ｏ ２ １ 一 ６—１ ； ６ 修回 日期 ：０ １一 ８—２ ２１ Ｏ ５
的一条圆弧产生接触 ， 称这两个接触点为一个接 触对。此处 ， 当轴承仅承受轴 向载荷 时的接触对 为接触对 １如图 １ ， 所示 ， 即内圈的上半沟道 、 外圈 的下半沟道与钢球所产生的接触对 ； 另外一个接
对于风力发电机组这种具有高可靠性要求的 机 电一体化 设备来 说， 承 的重 要性毋庸 置疑。 轴 在一台风力 发 电机组 的变桨 系统 、 偏航 系统、 主 轴、 齿轮箱和发 电机 的旋转连接或 支承部位安装 有不同结构形式的轴承 ， 中变桨 系统或偏航 系 其 统 中轴承的结构形式多为单排四点接触球转盘轴 承 和双排 四点接触 球 转盘 轴 承 。在 工作 时需 同 时 承受径向、 轴向载荷和倾覆力矩的联合作用。 在 风力发 电机 组 的 工作 过 程 中 ， 组 的各 个 机
触 对为 接触对 ２ 。在 同 时考 虑 接 触对 １和 ２的受
力时 ， 建立轴承的静力学模型。
・
８・
《 轴承） ０ １Ｎ ． ２ ２ １ ． ｏ １
触应力为 ４２０Ｍ ａ ０ Ｐ 时的所有外部载荷 Ｆ ， Ｆ 和 的组合 ， 利用点 （ Ｆ ， ） Ｆ ， 在三维坐标 系中可 以绘制出轴承的静载荷承载曲面； 同时 ， 也可以计
ｌ ～ 】
算出在满足轴承的额定 寿命为 ３ ０ 时的所有 ０００ｒ
＝
，。６ ８ｊ 。 ｆ
Ｆ ， Ｆ 和 组合 ， 同样可 以绘 制得到轴 承的动载
荷 承载 曲面 ， 图 ２所示 。 如
图 １ 联 合 载 荷 作 用 下 的 内圈位 移
当内圈产生位移后 ， 承受 载引起 了接触角 轴 的改变 ， 则钢球处 于位置 沙处时接触对 ｌ２的接 ， 触角分别为
零部 件 承受空 气动 力学 载 荷 、 性力 载 荷 、 惯 重力 载
源， 这些 载荷 随 风 速 、 风轮 转 速 、 片 方 位 角 等 的 叶
变化而变化； 另外 ， 风力发电机组的运行控制也会 对轴承产生载荷 的作用 。由于风电转盘轴承转速
较低 ， 不需 要考 虑运 动所 带 来 的动 力 学效 应 ， 因此
仅需对其进行静力学分析。实际轴承载荷是多种
因素 共 同作 用 的结 果 ， 照 这 些 载 荷 对 轴 承 的 作 按 用效 果可 以分 为极 限载荷 和疲 劳载荷 。
表 １ 风电转盘轴承载荷的主要来源 ຫໍສະໝຸດ Baidu
荷和运行载荷等的作用 ， 这些载荷 的特点是静态 的、 动态 的 、 环 的 、 循 瞬态 的 、 冲击 的及 随 机 的 。与 转盘轴承在其他领域的应用不同 ， 由于风力发 电 机 的维修 成本 较 高 ， 风 电轴 承 至少 要 有 长 达 ２ 故 ０
曼
Ｑ ＝！
轴承
２ １ 年１ 期 ０１ ２
Ｃ Ｎ４ｌ一１ ４ ／ Ｂ ａ ｉ ｇ ２ １ Ｎｏ １ １ ８ ＴＨ ｅ ｒｎ ０ １， ． ２
风 电转盘轴承设计参数对承载 能力的影响
李云峰
（ 阳轴研科技股份有 限公司 ， 洛 河南 洛阳 ４ １３ ） ７ ０９ 摘要： 针对风 电转盘轴承的结构特点 ， 根据轴承受载产生 内、 外圈相对位移后 的几何关 系 ， 出钢球 一沟道之间 得
年的寿命 。对 于风 电转 盘轴承， 需要根据其具体 的工况特点和使用要求 ， 深入理解其受载状况 、 内
部力学特点以及影 响其性能的相关规律 ， 在此基 础上 实现 该类 轴承 的优化 设计 与合 理选 型 。
１２ 静力 学建模 ．
在分析 时 假 定 轴 承 外 圈 固定 ， 圈在 径 向 载 内
荷 Ｆ、 轴向载荷 Ｆ 和倾覆力矩 的联合作用下的
１ 静 力学分析
１ １ 受 力状况 ．
径 向位 移 、 向位 移和 角位移 分别 为 ， 和 ， 轴 如 图１ 所示 。在 轴 承 的轴 向平 面 内 ， 四点 接 触 球 轴 承的 沟道 由两 段 圆弧 组 成 ； 载荷 作 用 的 钢球 与 受 内圈 沟道 的一条 圆弧 和相 对 方 向上 的外 圈沟 道上
触角 可以提 高其承载能力 。 关键词 ： 风力发电机 ； 转盘轴承 ； 静力学分析 ｉ 结构参数 ； 承载能力
中图分 类号 ：Ｈ ２ ；Ｈ１３ ３ １ Ｔ １２ Ｔ ３ ．３ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０—３６ （０ １ １ ０ ０ ０ １０ ７ ２ ２ １ ）２— ０ ７— ５
ｌ （ ，６ ， ）， ＝ ６ ，。 ， （） １
昼
●
Ｚ
＼
２ ＝ ８ ， ）。 （ ６ ， ，
（） ２
Ｒ
酗
０
利用轴承内圈产 生位移前 、 的几何关 系可 后 以得出受载钢球与沟道之间的弹性趋近量为 ｌ ｇ （ ， ， ｌ）， ＝ 。 ， （） ３
２ ｇ （ 。 Ｉ）。 ＝ ２ ６ ， ， ， （） ４
（ 静载荷承载曲面 ａ ）
的弹性趋 近量表 达式 ， 以套圈相对位移为未知变量建立 了轴 承的平衡 方程组 ， 合某具 体型号 的轴承 ， 并结 研究 了轴承 的游 隙、 沟曲率半径系数 、 接触角等参数 的改变对轴承承载能力 的影响 ， 结果表明 ： 量小 的负游 隙可使 适 轴 承具有极佳 的承载性能 ； 减小沟曲率半径系数可提高其承 载能力 ； 轴承 的轴 向载 荷相对数值 较大 时 ， 大接 增