CN201412444Y - 长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承 - Google Patents

长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承 Download PDF

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长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承。有外圈、内圈、两列球面滚子、内圈上的两个小挡边和油沟、保持架及隔离引导环等。采用发明人独创的双列调心滚子轴承极限设计专有技术和长寿命轴承技术，优化设计了七种风电主轴轴承结构要素，在保持外形尺寸不变情况下，对现有同类型的双列调心滚子轴承，挖掘了轴承设计的有效空间，加大了滚子直径与长度，较大幅度提高了轴承额定动载荷及额定寿命。

Description

长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承
(一)技术领域：
本实用新型涉及一种调心滚子轴承，属轴承类(F16C)。主要用于大容量风力发电机主轴。
(二)背景技术：
我国已将快速发展风力发电装备列为国策，并要求在较短期内使主机配套件的国产化率达到70％以上。作为风电主机主要配套件之一的轴承，在2005年之前几乎全部依赖进口，至今也只有变桨轴承、偏航轴承实现了部分国产化，其余如主轴轴承、齿轮箱轴承、电机轴承仍然向瑞典斯凯孚(中国)有限公司，国外称SKF公司和德国舍弗勒(中国)有限公司，国外称FAG公司等进口。进口轴承质量虽好，但价格很高，造成配套用轴承占主机售价的20％以上，严重影响了主机的制造成本。长此下去，必将阻碍风电产业的大发展。由于风电主机安装在70m以上的塔台上，起吊安装费用每次高达100万元以上，因此凡1-2人无力更换的零配件，均要求使用寿命20年，且每一零配件的可靠度达到99％的要求，才能确保主机拥有较低的故障率。
从掌握的资料看，风电主轴用双列调心滚子轴承国内已有厂家的设计水平达到(或略超过)SKF的水平，但因国产钢材质量欠佳，冷、热加工制造质量不稳定等因素，主机制造厂家尚不敢轻易采用国产轴承。为此为大型风电主轴轴承研制一种高可靠性的国产轴承被提上日程。
(三)发明内容：
本实用新型提供的长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承，就是解决现有大型风电主轴轴承国产化的难题，我们用独创的双列调心滚子轴承极限设计专有技术和长寿命轴承技术，设计计算了七种风电主轴轴承，其额定动载荷和额定寿命均大大提高。
采用的技术方案如下：
长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承，包括：
①带有一个球面滚道的一个外圈1，其球面滚道的圆心W点在轴承轴心线与宽度B平分线MN之交点上；②带有与滚子相配的两个球面滚道的一个内圈(3)；内圈上设有对称布置的两个小挡边3.1和两个油沟3.2；③内圈、外圈间设两列相同规格沿宽度平分线对称布置的球面滚子2，每列周向布置有相同规格的滚子数量Z；：④装保持架5，左右两端面设有交错均匀分布用于装滚子并与滚子数量相同的兜孔5.1；⑤七种型号的轴承外径D、轴承内径d、轴承宽度B分别为表1中序号1-7的数值；
其特征是：七种型号轴承结构要素：滚子直径Dw、滚子长度L、每列周向滚子数量Z、接触角α°和中心径Dpw取值范围分别为表1中序号1-7中的各组，即取值为序号1或序号2….或序号7的数值范围。
表1
为了获取上述双列调心滚子轴承的最佳效果，表1中7种型号轴承的滚子直径Dw、滚子长度L、每列周向滚子数量Z、接触角α°和中心径Dpw取值为表2数值。即表1中删去公差仅有公称尺寸的数值。            表2
Figure Y20092008064200042
本实用新型有益效果：
(A)额定载荷与额定寿命较大幅度提高
本专利利用发明人独创的双列调心滚子轴承极限设计专有技术和长寿命轴承技术，优化设计了七种风电主轴轴承，挖掘了轴承设计的有效空间，加大了滚子直径与长度，较大幅度提高了轴承的额定动载荷及额定寿命。
按GB/T391-2003/ISO281：1990标准，向心滚动轴承额定动载荷和额
定寿命的计算公式如下：
Cr＝bmfc(iLweCOSα)7/9Z3/4Dwe 29/27×10-3KN    (1)
L 10 = [ C r P r ] 10 / 3
式中：Cr---径向基本额定动载荷，N/103变为KN。
bm---对调心滚子轴承bm＝1.15。
fc---由 γ = D we COSα D pw 值，查上列标准之表7，用线性内插法求得对应的值。
Dpw---中心径(即滚子组节圆直径)mm。i---滚子列数。
Lwe---用于额定载荷计算的滚子长度。
α---接触角(即轴承套圈向滚动体传递力的合力作用线与轴承径向平面的夹角)。
Z---双列轴承中的每列的滚子数量。
Dwe＝DW---用于额定载荷计算的滚子直径mm。
Pr---径向当量动载荷N。
设额定动载荷之比 K c = C r 1 C r 2 - - - ( 3 )
则在同一径向当量动载荷下的额定寿命为KL＝KC 10/3(4)
现将7种风电主轴用双列调心滚子轴承，按极限设计优化设计后的目标参数(额定动载荷)及与SKF相同轴承的额定动载荷、以及额定动载荷比、额定寿命比列于表3         表3
Figure Y20092008064200052
表3表明：与SKF相同外形尺寸的轴承比较，本专利所得的额定动载荷是SKF公司相同外形尺寸产品的1.19～1.309倍，即额定动载荷提高了19～30.9％。额定寿命是SKF公司相同外形尺寸产品的1.786～2.45倍，平均额定寿命比为2.045倍。
(B)高可靠性。在GB/T6391-2003/ISO281：1990标准的“9修正额定寿命”附录B中，列出了寿命修正系数α1公式：
α 1 = [ ln 100 S ln 100 90 ] 1 e - - - ( B , 1 )
按韦布尔指数e＝1.5计算了不同可靠度(幸存概率)S下的α1值，现列于表4。
可靠度寿命修正系数α1  表4
 可靠度S   90   95   96   97   98   99   99.9*   99.99*
  Lnm   L10m   L5m   L4m   L3m   L2m   L1m   L0.1m   L0.01m
  α1   1   0.62   0.53   0.44   0.33   0.21   0.045   0.0096
注*：按(B.1)式算得的α1值(新增加)
比较表4数据，如额定寿命比为2时，则意味着可靠度由90％提高至96％以上，或由95％提高至98％以上。较大幅度的降低了轴承破损的机率。
(四)附图说明
图1本实用新型结构图；
图2滚子2单件图；
图3图1保持架5周向俯视图(相配合的滚子位置用虚线示意)；
图4图3保持架5A-A剖视图(相配合的滚子位置用虚线示意)。
(五)具体实施方式
实施例1：见图1～图4、见表2中序号1，
见图1，长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承，具有一个外圈1，其上有一个球面滚道1.1，球面滚道的圆心W点在轴承轴心线001与宽度B平分线MN之交点上；一个内圈3，其上有与滚子相配的两个球面滚道3.3；内圈上还设有对称布置的两个小挡边3.1和两个油沟3.2；内圈、外圈间设两列相同规格沿宽度平分线对称布置的球面滚子2，每列周向布置有相同规格的滚子数量Z。见图3和图4，保持架5，采用实体保持架，它包括有周向左右两端面交错均匀分布用于装滚子并与滚子数量相同的兜孔5.1，以及周向相邻两兜孔间的樑5.2。滚子2位置用虚线示意。见图1，两列滚子间装隔离引导环4。
本实施例1轴承规格：见表2中序号1，轴承代号240/530/W3，轴承外形尺寸：轴承内径d为530mm，轴承外径D为780mm，轴承宽度B为250mm，用极限设计专有技术确定的结构要素值如下：见图2，滚子直径Dw为83.661mm，滚子长度L为93mm，每列周向滚子数量Z为23，列数i为2；见图1，滚子与外圆滚道间的接触角α°为11°26′，中心径Dpw为655.076mm。
由表2中序号1的滚子数据代入上述公式(1)，获得表3中序号1所列额定动载荷为6980KN，与SKF公司的相同外形尺寸产品的5640KN比，额定动载荷比KC为1.2376，额定寿命比KL为2.035。
实施例2：见图1～4，
本实施例2轴承规格：见表2中序号7，轴承代号240/900/W33，轴承外形尺寸：轴承内径d为900mm，轴承外径D为1280mm，轴承宽度B为375mm，用极限设计专有技术确定的结构要素值如下：见图2，滚子直径Dw为121.432mm，滚子长度L为146.3mm，每列周向滚子数量Z为27；列数i为2；见图1，接触角α°为10°25′，中心径Dpw为1090.298mm。由表2中序号7的滚子数据代入上述公式(1)，获得表3中序号7所列额定动载荷为16120KN，与SKF公司的相同外形尺寸产品的12900KN比，额定动载荷比KC为1.2496，额定寿命比KL为2.101。除以上外，其余与实施例1完全相同。

Claims (3)

1.长寿命、高可靠的风电主轴用双列调心滚子轴承，包括：
①带有一个球面滚道的一个外圈(1)，其球面滚道的圆心W点在轴承轴心线与宽度B平分线MN之交点上；②带有与滚子相配的两个球面滚道的一个内圈(3)；内圈上设有对称布置的两个小挡边(3.1)和两个油沟(3.2)；③内圈、外圈间设两列相同规格沿宽度平分线对称布置的球面滚子(2)，每列周向布置有相同规格的滚子数量Z；④装保持架(5)，左右两端面设有交错均匀分布用于装滚子并与滚子数量相同的兜孔(5.1)；⑤七种型号的轴承外径(D)、轴承内径(d)、轴承宽度(B)分别为表1中序号1-7的数值；
其特征是：七种型号轴承结构要素：滚子直径(Dw)、滚子长度(L)、每列周向滚子数量Z、接触角(α°)和中心径(Dpw)取值范围分别为表1中序号1-7中的各组，即取值为序号1或序号2……….或序号7的数值范围。表1
Figure Y2009200806420002C1
2.按权利要求1所述的调心滚子轴承，其特征是七种型号轴承结构要素：滚子直径(Dw)、滚子长度(L)、每列周向滚子数量Z、接触角(α°)和中心径(Dpw)取值分别为表2中序号1-7中的各组，即取值为序号1或序号2……….或序号7的数值。表2
Figure Y2009200806420002C2
3.按权利要求1所述的调心滚子轴承，其特征是所述保持架(5)为实体保持架；轴向两列滚子间设隔离引导环(4)。
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