风力发电机滑动轴承选型研究报告

风力发电机滑动轴承选型研究报告2017年8月8日目录第一章滑动轴承概述 (4)1.1 滑动轴承总体特点： (4)1.1.1滑动轴承的优点 (5)1.1.2滑动轴承的缺点 (6)1.2 自润滑滑动轴承 (6)1.3 油润滑滑动轴承 (8)1.3.1主要参数和分析方法 (8)1.3.2动压轴承 (10)1.3.3静压轴承 (17)1.4气体润滑滑动轴承 (19)第二章滑动轴承和轴承座选型 (20)2.1风力发电机滑动轴承使用环境 (20)2.2滑动轴承标准技术要求： (22)2.3风力发电机对滑动轴承的不利因素及其应对措施 (23)2.4选型： (26)2.4.1选型影响因素： (26)2.4.2选型结果： (26)2.5方案主要技术参数 (27)2.6 DQ系列端盖式球面滑动轴承特点 (29)2.7轴瓦及轴承座结构图 (31)第三章滑动轴承选型和设计过程 (35)3.1滑动轴承性能计算 (35)3.1.1计算22号250-170方案 (35)3.1.2计算28号300-215方案 (36)3.2设计中遇到的问题及解决方案： (38)3.2.1 形式选择方面的问题 (38)3.2.2 润滑方面的问题 (40)3.2.3 承载方面的问题 (44)3.2.4 密封方面的问题 (45)3.2.5 制造加工方面的问题 (47)3.2.6 绝缘与防护方面的问题 (48)3.2.7 环境低温方面的问题 (49)3.3采用滑动轴承方案对整个电机的影响及需要修改的地方 (51)3.4滑动轴承方案与滚动轴承性价比分析 (53)3.4.1价格比较 (53)3.4.2后续维护和更换成本比较 (53)3.4.3性能和可靠性比较 (55)第四章滑动轴承安装、使用和维护说明 (56)4.1安装使用说明 (56)4.2包装、运输、储存 (57)4.3常见故障排除 (57)第一章滑动轴承概述1.1 滑动轴承总体特点：轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。

滑动轴承是以轴瓦直接支撑轴颈、承受载荷并保持转轴的正常工作位置。

大型汽轮机机组多数用到滑动轴承，中小电机用滚动轴承的较多。

虽然一般情况下滑动轴承在价格上比滚动轴承高不少，但在大、中型电机的设计、制造和使用过程中，如果能够做到正确选配轴承，选择合适的润滑方式，电机安装精确、牢固、可靠，使用中能做到及时保养、清洗轴承，更换润滑油，滑动轴承很少会产生故障，只要监控措施得力，滑动轴承的运行可靠性和使用寿命还是远远高于滚动轴承的，可以说是买起来贵，用起来便宜。

目前，滑动轴承在大中型高压电机上的应用越来越广泛。

滚动轴承的特点：（1）结构简单，密封及润滑系统也比滑动轴承简单；（2）外形尺寸已国际标准化，具有互换性，适于批量生产；（3）润滑方便，润滑剂消耗少，维护费用低；（4）可较方便地在高温或低温条件下使用；（5）启动摩擦小，启动摩擦与启动后的动摩擦之差也很小；（6）能长时间维持机械精度；（7）可通过施加预应力提高轴承的刚性，内圈安装一般采用热套；（8）整圆结构，不可分半拆卸；（9）设计寿命有限，更换周期较短；（10）不适于高速重载的工况；（11）可能发生微动磨损。

滑动轴承与滚动轴承相比，具有下列优点和缺点：1.1.1滑动轴承的优点（1）高速转动的滑动轴承，在保证液体正常润滑的条件下，可长时间高速运转；（2）滑动轴承结构简单，能保证很高的制造精度，可以获得很高的运转精度；（3）滑动轴承径向尺寸小，可使机械的结构更紧凑；（4）对于承受重载荷的大型轴承，滚动轴承制造较困难，常常采用滑动轴承；（5）受安装条件限制，需要采用剖分式轴承的情况下，只能采用滑动轴承；（6）噪音小，滑动轴承的油膜具有较好的吸振能力，因此滑动轴承适用于承受振动、冲击载荷的情况；（7）滑动轴承在使用过程中，只要润滑系统不出现故障，余下的只是逐渐磨损的问题，即使是滑动轴承因磨损较多不宜继续工作，也还能持续一个较长时间，不需立即停车。

（8）出现故障时可以提前预警。

1.1.2滑动轴承的缺点（1）密封和润滑系统复杂，如采用压力循环供油，将需要专门的稀油站系统，并消耗较多的润滑油，造成整体成本较高；（2）在动压液体润滑条件下，当转速和载荷变化过大时，很难形成理想的承载油膜，导致工作状态不良；（3）必须保证轴颈和轴瓦间具有一定的适合的间隙，轴承才能正常工作，间隙不合适，会影响运转精度和轴与轴承配合的寿命；1.2 自润滑滑动轴承自润滑滑动轴承是指运转期间不从外部施加液体润滑剂的滑动轴承。

在重载、低转速、摆动和往复运动、频繁起停、环境不洁、高温和低温、在腐蚀性介质中使用等场合，一般只能采用自润滑轴承，因为自润滑轴承有自润滑功能，不易胶合，耐磨损。

自润滑轴承包括无润滑轴承、固体润滑轴承和含油轴承。

1.无润滑轴承以干摩擦状态运转，轴瓦采用自身既有足够强度又有润滑性能的材料制成，以保证轴承具有足够的承载能力、低的摩擦因素和低的磨损率。

采用无润滑轴承，机器结构简单、不污染环境、无需维护保养，在汽车、家用电器、办公自动化机械和视频机械中应用广泛。

无润滑轴承的材料主要有聚合物、碳石墨和特种陶瓷三大类。

2.固体润滑轴承固体润滑轴承是在轴瓦或者轴颈上，人为地加上固体润滑剂，以防止两表面胶合、降低摩擦因素、减小磨损。

固体润滑轴承具有承载能力高、耐热性好、具有耐药物性、无时效变化等优点，能适应高温高压、低速、高真空、强辐照、酸、碱、海水等腐蚀场合、有尘土的环境。

而且适合在需要严格避免润滑油污染的产品、油脂易被冲刷流失的场合、供油不是很方便的场合使用。

但是具有不适于高速、摩擦因素较高、润滑剂机械强度低、附着性差、无冷却作用，也无助于排出磨屑等缺点。

常用的固体润滑剂有二氧化钼、石墨和聚四氟乙烯等。

聚四氟乙烯具有极强的耐化学腐蚀性，介电常数很高、摩擦因素非常低等优点，但缺点是膨胀率高、导热性差、耐磨性差，采用填充剂增强后可以较大提高抗压强度和摩擦学性能。

按加入固体润滑剂的方式不同，固体润滑轴承分为覆膜轴承、烧结轴承、复合轴承和镶嵌轴承等。

3.含油轴承含油轴承是利用材质的多孔特性或与润滑油的亲和特性，在轴瓦安装使用前，使润滑油浸润轴瓦材料，轴承工作期间可以不加或较长时间不加润滑油。

含油轴承在非运转状态，润滑油充满其空隙，运转时，轴回转因摩擦而发热，轴瓦热膨胀使孔隙较小，于是润滑油溢出，进入轴承间隙。

当轴停止转动后，轴瓦冷却，孔隙恢复，润滑油又被吸回孔隙。

含有轴承虽然有可能形成完整油膜，但绝大多数场合，这种轴承是处于不完整油膜的混合摩擦状态。

可以利用材料多孔特性，使润滑油充满孔隙的含油轴承材料有：木材、成长铸铁、铸铜合金，青铜石墨和粉末冶金减摩材料；可以利用材料与润滑油的亲和特性，使润滑油均匀分散在材料中的含油轴承的轴瓦材料多为聚合物，如含油酚醛树脂。

1.3 油润滑滑动轴承油润滑滑动轴承是指采用由外部加入润滑油或润滑脂进行润滑的轴承。

油润滑滑动轴承包括：形成完整油膜，处于液体摩擦状态下的油膜轴承；未形成完整油膜，处于混合摩擦状态下的普通滑动轴承。

这两种轴承的结构可以完全相同，其摩擦状态会随着轴承运转参数的改变而互相转换。

1.3.1主要参数和分析方法表1 油润滑滑动轴承的参数按形成液体摩擦的机理不同，油膜轴承分为动压轴承和静压轴承两种。

油膜轴承的设计准则是：通过润滑分析计算，保证轴承在给定的外部条件下，能在完整油膜润滑状态下运转。

通常分析设计方法有下列3种。

1. 表格曲线法：将轴承性能参数：承载能力、偏心距、摩擦功耗、润滑油流量、刚度、阻尼等转变为量纲为1的特征数，用数值计算方法求解润滑方程，得出这些特征数与偏心率或最小油膜厚度的关系曲线或表格。

设计时根据这些曲线或表格，再辅之以一些经验数据，确定需要的轴承参数。

这种方法简便、经济、快捷，大多数的滑动轴承都适用。

2. 拟合公式法：得出轴承特征数与偏心率或最小油膜厚度的关系曲线之后，找出这些曲线的拟合公式。

用这些拟合公式，再辅之以选择某些轴承参数的经验公式，通过计算，确定需要的轴承参数。

3. 数值计算方法：根据已知参数，再初步选定一些必须的参数，然后代入润滑方程，用数值计算方法求解，计算出轴承的主要参数。

这种方法计算精度高，适用于大型、重要的油润滑滑动轴承。

1.3.2动压轴承靠在摩擦副中流动的液体动压力支撑外载荷的滑动轴承成为液体动压轴承。

绝大多数液体动压轴承都是利用几何楔效应，即油楔效应工作的。

1．基本方程：滑动轴承液体动力润滑的基本方程之一是压力分布微分方程，即雷诺方程。

将润滑油视作牛顿流体，且不可压缩，则雷诺方程的一般形式为：3312/(//)/(//)6()/12x h p x y h p y v v h y u ηη∂∂∂∂+∂∂∂∂=+∂∂+式中h ——油膜厚度，及摩擦表面间的距离； η——润滑油粘度；P ——油膜压力；x ——摩擦表面运动方向的坐标；y ——垂直摩擦表面运动方向的坐标；1,2v v ——摩擦表面1和2在x 向的速度；u ——摩擦表面在z 向的速度； 2. 油楔形成方法：准确地形成最佳楔形间隙是设计和制造动压轴承的主要任务之一，也是开发新型动压轴承的着眼点。

常用油楔形成方法有轴颈倾斜、成形加工、弹性变形、瓦块倾斜等。

其中较为简单和普遍的是轴颈偏心的方法，其装配与加工工艺简单，只需要加工出两个尺寸略有差异的圆柱表面。

油楔参数随偏心量改变。

只能用于径向轴承，构成单油楔轴承。

其承载能力高而稳定性差。

3. 动压轴承的性能（1）性能参数：表征油润滑动压轴承性能的主要参数有：属运转参数的最小油膜厚度2h 、属热力学参数的轴承平均工作温度m θ和摩擦功耗p μ、属供油参数的端泄流量q 。

（2）影响轴承性能的主要因素：影响动压轴承性能的主要参数以及它们对轴承性能的影响见表2：表2 影响动压轴承性能的主要参数及其影响方向表中↑表示增加↓表示减小↑↓表示可能增加可能减小，—表示影响不明显。

4. 压力供油径向圆轴承稳态性能计算 1) 承载能力轴瓦直径为D ，宽度为B ，则轴承的平均载荷/()m P F BD =。

轴承半径间隙为()c R r =-，相对间隙/c R ψ=，e η为有效油温下润滑油的粘度，n 为转速，则[2/()m e p n ηψ]是各量纲为1的数群，即特征数，称此特征数为载荷数，2/()m e F p n η=ψ，它与偏心率ε，宽径比B 、轴瓦包角α有关。

2) 流量在轴承的油膜中，由于形成的油膜压力和供油压力，一部分润滑油从轴承两端被挤出，成为端泄。

另一部分润滑油沿周向流动，进入无压力的非承载区。

对于大载荷、小间隙轴承，后者可以忽略不计。

轴承的流量就是其端泄流量，由油膜压力产生的和供油压力产生的两部分组成。

① 油膜压力产生的流量3112q q nD π=ψ，其总流量数1q 与偏心率ε，宽径比B 、轴瓦包角α有关。