关于风力发电机转盘轴承的设计与制造研究
发布时间：2016-03-21王勇民，王磊，孙艳平
（洛阳LYC轴承有限公司）
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摘 要：近年来，随着时代经济的飞速发展以及科学技术的日新月异，风力发电机作为一种全新的能源基础设施应运而生，这不仅有效的解决了我国能源紧张的问题，而且有效的控制了环境污染的形势。风力发电机转盘轴承作为一种特大型的轴承，不仅有着较为复杂的受载形式，拆装和日常维护也较为困难，所以对风力发电机转盘轴承的设计和制造研究始终是人们关注的焦点之一。本文主要从风力发电机转盘轴承的组成、设计和具体制造三个方面对其进行研究分析。
关键词：风力发电机；转盘轴承；设计；制造
21世纪的今天，时代经济多元化发展的同时也带来了较为严重的环境污染和能源紧张问题，为了有效解决环境和能源问题，对于可再生绿色能源的探索始终是当前人们研究的焦点问题之一。风力发电机的产生有效的解决了这两个问题，因为它可以将风能转化为机械能、再将机械能转化为电能，这对我国经济的可持续发展以及可再生能源的利用产生了极其有利的影响。因此，对风力发电机转盘轴承的设计和制造进行研究分析有重要的经济效益和现实意义。
一、风力发电机转盘轴承的组成
风力发电机转盘轴承使用环境恶劣，承受载荷复杂多变，对使用寿命要求较高，经分析研究，目前多采用单双列四点接触球、三排滚子以及交叉滚子等结构，选用材料以42CrMo为主，保持器多采用整体钢保持器或尼龙隔离块儿形式，一般而言，风力发电机转盘轴承主要组成部分有带齿的内外套圈、保持器、滚动体、密封圈、以及润滑剂等，基本结构如图1所示。
21世纪的今天，时代经济多元化发展的同时也带来了较为严重的环境污染和能源紧张问题，为了有效解决环境和能源问题，对于可再生绿色能源的探索始终是当前人们研究的焦点问题之一。风力发电机的产生有效的解决了这两个问题，因为它可以将风能转化为机械能、再将机械能转化为电能，这对我国经济的可持续发展以及可再生能源的利用产生了极其有利的影响。因此，对风力发电机转盘轴承的设计和制造进行研究分析有重要的经济效益和现实意义。
一、风力发电机转盘轴承的组成
风力发电机转盘轴承使用环境恶劣，承受载荷复杂多变，对使用寿命要求较高，经分析研究，目前多采用单双列四点接触球、三排滚子以及交叉滚子等结构，选用材料以42CrMo为主，保持器多采用整体钢保持器或尼龙隔离块儿形式，一般而言，风力发电机转盘轴承主要组成部分有带齿的内外套圈、保持器、滚动体、密封圈、以及润滑剂等，基本结构如图1所示。
二、风力发电机转盘轴承的设计分析
风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中首先要进行选型和寿命分析，然后借助于现代化的CAD技术进行实施。
（一）风力发电机转盘轴承的选型
风力发电机转盘轴承主要有单双列四点接触球、三排滚子以及交叉滚子等几种结构，其中单列四点接触球结构加工成本Z低，同时也有相对较高的综合性能。双列四点接触球结构有相对较长的使用寿命、较强的承载能力和较小的回转阻力，但是却有相对较大的磨损量和较低的运动精度。交叉滚子结构有相对较高的精度和较长的寿命。三排滚子结构的静承载能力相对较高。
（二）风力发电机转盘轴承的寿命计算
风力发电机转盘轴承的使用寿命在实际的计算过程中，由于其尺寸相对较大、转速相对较低。而风力发电机转盘轴承寿命计算的过程中主要采取转盘轴承承载力曲线法以及当量动载荷法两种方法。承载能力曲线法在实际的计算过程中，就要保证转盘轴承的规格转型有着一定的承载力，将载荷和实际载荷的比值解出，进而得到转盘轴承的基本寿命，在对风力发电机转盘轴承的寿命进行求解的过程中，就要结合工况的实际情况对转盘轴承寿命进行综合性的分析。当量动载荷法在实际的求解过程中，首先就要对额定动载荷容量进行求解，对寿命的调整系数以及当量的动载荷进行确定，Z后就要对转盘轴承的寿命进行计算。
（三）风力发电机转盘轴承中CAD技术的应用
风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中，更要结合CAD技术，将转盘轴承的CAD系统进行优化，借助于FEN方法做好转盘轴承的处理工作，将轻载区域减少，并保证载荷有着均匀的分布，对转盘轴承的可靠性和寿命进行综合性的评估，并对轮毂和塔筒的刚性进行充分的考虑。
总而言之，风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中，就要做好转盘轴承的选型设计，寿命的计算，同时也要应用现代化先进科学技术，对风力发电机转盘轴承系统的科学性和技术性进行强化。
三、风力发电机转盘轴承的制造分析
风力发电机转盘轴承制造的过程中，其基本的工艺流程则是首先就要对粗车转盘轴承套圈内外的直径进行确定，并做好端面和止口工作，无齿圈钻削堵塞孔以及锥销孔，做好半精车滚道和齿圈的粗加工和热处理，并对齿圈进行精加工。
支撑圈机在实际的加工过程中，其转盘轴承主要有滚道表面硬度和淬硬层深度技术性能指标以及滚道和滚动体曲率比性能指标，同时其性能指标往往还包含安装孔的位置度和滚道接触角等性能指标。车削和磨削作为风力发电机转盘轴承加工中重要的一种加工手段，直接决定者转盘轴承制造的质量，滚道主要是仿形磨削，滚道热处理之后对其进行磨削，并对磨削量进行合理的把握。支撑圈热处理的过程中，就要做好支撑圈整体正火和调质的处理，同时也要做好滚道的淬火以及齿面的淬火处理，其热处理的主要参数有表面淬火的硬度和淬硬层的深度两种，当其滚道硬度相对较大的过程中，其静载荷对比系数也就相对越大。套圈再生合计的热处理过程中，千欧平面挠曲对于平面度变形有着一定的影响作用，径向对圆度的变形有着一定的影响作用，当套圈的直径过大的过程中，就要对压淬和压冷的方法加以采用，采取模具加压的方式对其变形进行控制。
风力发电机转盘轴承制造过程中，其润滑、封装和防腐的过程同样也是其制造过程的关键所在，在对转盘轴承进行润滑的过程中，就要将回转阻力矩减少，并将转盘轴承的使用寿命延长，对脂润滑和油润滑方式加以采用，而风力发电机转盘轴承润滑剂在实际的选择过程中，主要是对复合锂基润滑剂加以采用。同时风力发发电机转盘轴承在润滑的过程中，更要保证润滑剂有着一定的抗磨性能、抗低温性能以及热稳定性。风力发电机转盘轴承密封的过程中，就要对转盘轴承内部的润滑剂进行保护，并将回转阻力矩减少，密封材料对丁晴橡胶加以采用，采取唇形密封方式，风力发电机转盘轴承的防腐处理过程主要是对对其轴承进行喷砂处理，Z后对其进行热喷涂处理。
结语：
总而言之，风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中，就要做好风力发电机转盘轴承的选型设计工作，保证风力发电机运行的过程中有着较高的寿命和可靠性，并对CAD系统加以借用，提高转盘轴承相关参数的精准测试，并保证转盘轴承的高质量，做好风力发电机转盘轴承的润滑工作、密封工作和防腐工作。
参考文献：
[1]王扬.风力发电机组转盘轴承疲劳寿命的研究[D].华北电力大学，2012.
[2]王思明.风力发电机变桨轴承微动磨损研究[D].西南交通大学，2011.
[3]贾文强.风电转盘轴承的设计[J].机械工程与自动化，2014，04：100-101+103.
风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中首先要进行选型和寿命分析，然后借助于现代化的CAD技术进行实施。
（一）风力发电机转盘轴承的选型
风力发电机转盘轴承主要有单双列四点接触球、三排滚子以及交叉滚子等几种结构，其中单列四点接触球结构加工成本Z低，同时也有相对较高的综合性能。双列四点接触球结构有相对较长的使用寿命、较强的承载能力和较小的回转阻力，但是却有相对较大的磨损量和较低的运动精度。交叉滚子结构有相对较高的精度和较长的寿命。三排滚子结构的静承载能力相对较高。
（二）风力发电机转盘轴承的寿命计算
风力发电机转盘轴承的使用寿命在实际的计算过程中，由于其尺寸相对较大、转速相对较低。而风力发电机转盘轴承寿命计算的过程中主要采取转盘轴承承载力曲线法以及当量动载荷法两种方法。承载能力曲线法在实际的计算过程中，就要保证转盘轴承的规格转型有着一定的承载力，将载荷和实际载荷的比值解出，进而得到转盘轴承的基本寿命，在对风力发电机转盘轴承的寿命进行求解的过程中，就要结合工况的实际情况对转盘轴承寿命进行综合性的分析。当量动载荷法在实际的求解过程中，首先就要对额定动载荷容量进行求解，对寿命的调整系数以及当量的动载荷进行确定，Z后就要对转盘轴承的寿命进行计算。
（三）风力发电机转盘轴承中CAD技术的应用
风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中，更要结合CAD技术，将转盘轴承的CAD系统进行优化，借助于FEN方法做好转盘轴承的处理工作，将轻载区域减少，并保证载荷有着均匀的分布，对转盘轴承的可靠性和寿命进行综合性的评估，并对轮毂和塔筒的刚性进行充分的考虑。
总而言之，风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中，就要做好转盘轴承的选型设计，寿命的计算，同时也要应用现代化先进科学技术，对风力发电机转盘轴承系统的科学性和技术性进行强化。
三、风力发电机转盘轴承的制造分析
风力发电机转盘轴承制造的过程中，其基本的工艺流程则是首先就要对粗车转盘轴承套圈内外的直径进行确定，并做好端面和止口工作，无齿圈钻削堵塞孔以及锥销孔，做好半精车滚道和齿圈的粗加工和热处理，并对齿圈进行精加工。
支撑圈机在实际的加工过程中，其转盘轴承主要有滚道表面硬度和淬硬层深度技术性能指标以及滚道和滚动体曲率比性能指标，同时其性能指标往往还包含安装孔的位置度和滚道接触角等性能指标。车削和磨削作为风力发电机转盘轴承加工中重要的一种加工手段，直接决定者转盘轴承制造的质量，滚道主要是仿形磨削，滚道热处理之后对其进行磨削，并对磨削量进行合理的把握。支撑圈热处理的过程中，就要做好支撑圈整体正火和调质的处理，同时也要做好滚道的淬火以及齿面的淬火处理，其热处理的主要参数有表面淬火的硬度和淬硬层的深度两种，当其滚道硬度相对较大的过程中，其静载荷对比系数也就相对越大。套圈再生合计的热处理过程中，千欧平面挠曲对于平面度变形有着一定的影响作用，径向对圆度的变形有着一定的影响作用，当套圈的直径过大的过程中，就要对压淬和压冷的方法加以采用，采取模具加压的方式对其变形进行控制。
风力发电机转盘轴承制造过程中，其润滑、封装和防腐的过程同样也是其制造过程的关键所在，在对转盘轴承进行润滑的过程中，就要将回转阻力矩减少，并将转盘轴承的使用寿命延长，对脂润滑和油润滑方式加以采用，而风力发电机转盘轴承润滑剂在实际的选择过程中，主要是对复合锂基润滑剂加以采用。同时风力发发电机转盘轴承在润滑的过程中，更要保证润滑剂有着一定的抗磨性能、抗低温性能以及热稳定性。风力发电机转盘轴承密封的过程中，就要对转盘轴承内部的润滑剂进行保护，并将回转阻力矩减少，密封材料对丁晴橡胶加以采用，采取唇形密封方式，风力发电机转盘轴承的防腐处理过程主要是对对其轴承进行喷砂处理，Z后对其进行热喷涂处理。
结语：
总而言之，风力发电机转盘轴承在实际的设计过程中，就要做好风力发电机转盘轴承的选型设计工作，保证风力发电机运行的过程中有着较高的寿命和可靠性，并对CAD系统加以借用，提高转盘轴承相关参数的精准测试，并保证转盘轴承的高质量，做好风力发电机转盘轴承的润滑工作、密封工作和防腐工作。
参考文献：
[1]王扬.风力发电机组转盘轴承疲劳寿命的研究[D].华北电力大学，2012.
[2]王思明.风力发电机变桨轴承微动磨损研究[D].西南交通大学，2011.
[3]贾文强.风电转盘轴承的设计[J].机械工程与自动化，2014，04：100-101+103.
来源：《中国科技博览》，2014（34）