专利名称：风力发电机主轴主轴承装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电机组，特别涉及大型风力发电机主轴的主轴承。
背景技术：
风力发电作为一种清洁的可再生能源，日益受到世界各国的重视。早期的风力发电机主轴配置上采用一个轴承，为了满足单轴承的设计要求，通常采用三排圆柱滚子轴承。该轴承的设计类似于回转支承，一列滚动体(类似于圆柱滚子轴承)承受所有的径向力，另外两列滚动体(类似于圆柱滚子推力轴承)承受系统中的双向轴向力。该轴承的两列滚动体在轴承做整圈旋转时，滚动体的两个端面不能达到同样的线速度而致滑动摩擦、发热，故该轴承不能满足日益走向大功率化的风力发电机的需求。截至目前，风力发电机双主轴滚动轴承的主流配置设计，世界上仍然采用两个双列调心滚子轴承分别作为定位和浮动轴承，成为主轴轴承的联合支承；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，这两个轴承有分别的轴承座。 从滚动轴承设计规范讲，双列调心滚子轴承承受的轴向力只能是径向力的15%到20% ；在某些应用中，这个比值虽然可以达到30%甚至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；但风力发电机主轴固定端轴承的受力比例(轴向力比径向力)一般在60%左右，这会导致只有一列承受径向力及轴向力，而另一列滚子不受力，这样会带来很多问题，包括承载能力降低，寿命降低，滚子端面和挡边接触发热等问题，轴承无法按照原来设计的方式进行运转。目前，一些公司提出了双列圆锥滚子轴承加单列圆柱滚子轴承的新方案，即是在固定端使用轻预紧的双列圆锥滚子轴承(此乃“主轴承”)，在浮动端使用单列圆柱滚子轴承(此乃“辅轴承”)。
图1为现有技术主轴主轴承的结构示意图它由两列相等接触角的圆锥滚子轴承B3和圆锥滚子轴承A 6进行“面对面”组配，一个对称(球心为两列轴承内套圈接触面与主轴轴线的交点)球面套7的内柱面以两侧的压环2将两列圆锥滚子轴承联成一体；这两列轴承的内套圈由主轴4的台肩4-1与卡环5紧固起来；球面套7与轴承座8 为球面铰接；键1限制球面套7与轴承座8绕主轴4轴线的相对转动。其实，这种布置并没有解决主轴主轴承的两列滚子载荷悬殊的问题首先，对称球面铰的调心作用，确保了两列轴承的径向载荷相等，即将主轴承总径向载荷Ptl平均分配给两列轴承，即Pa=Pb=Pq/2，而主轴的轴向载荷也都由轴承A承担；由于轴向力Ftl很大(如上述，一般可达径向力的60%左右)，轴承A的所有受力件及其相联的压环(含紧固件)都将发生弹性变形，致使主轴沿轴力Ftl方向移动，结果是轴承A在全部承担轴向力Ftl的同时， 还要与轴承B均担总径向力，载荷毫无削减；而轴承B安装时的“轻预紧”将因主轴的移动而消失，起不到改善受力状态的作用；这样，或者因为轴承A的载荷大，或者因为轴承B的径向游隙大，都会造成它们最不利受力元件的过早疲劳失效，导致整个主轴轴承的短命。统计数据显示风力发电机主轴轴承70%以上达不到预期寿命；在投产4-5年后就发生故障的不为鲜见；20年的寿命预期，可望而不可及。发明内容本实用新型的目的，就是改变传统的轴承组配方式，提供一种风力发电机主轴主轴承装置，解决主轴承的两列滚子载荷悬殊的问题，使每套轴承、每列滚子的载荷分配趋于均衡，近于等寿命设计，突破受力元件的‘高负载、低寿命’的瓶颈；同时，应用冗余设计原则，可在线转换轴承外套圈的工作区域；达到提高轴承整体使用寿命的目的，并在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构优化、模块化。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种风力发电机主轴主轴承装置，包括两列对称设置的圆锥滚子轴承B和圆锥滚子轴承A，所述圆锥滚子轴承B和圆锥滚子轴承A的内套圈套装在主轴上，并通过主轴台肩和卡环固接，所述圆锥滚子轴承B和圆锥滚子轴承A的外套圈与球面套的内柱面连接，所述球面套的外球面与轴承座的内球面铰接，所述球面套与所述轴承座之间设有键；其特征在于所述圆锥滚子轴承B的接触角小，所述圆锥滚子轴承A的接触角大；所述球面套的一侧端固定有压紧环，所述球面套的另一端设有挡边，所述圆锥滚子轴承B和所述圆锥滚子轴承A通过所述压紧环及挡边与所述球面套连接成一体；所述球面套的球心O1相对于所述圆锥滚子轴承B和圆锥滚子轴承A的对称面与主轴轴线的交点&向左偏离；所述压紧环上沿周向均布压缩弹簧；所述球面套的另一侧端与传动件固接。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果1.主轴承采用不等接触角(角度由计算确定)的两个单列圆锥滚子轴承“面对面” 组配，且位置特定；2.采用了一个“非对称”的球面套，其外球面与轴承座的内球面为“球面铰”滑动配合，其内柱面借助于其挡边和压紧环将两个单列圆锥滚子联为一体，成为一个独立的装置；3. “非对称”球面套可带动主轴承的不等接触角的两个单列圆锥滚子轴承的外套圈在轴承座内在线绕主轴轴线转动(180°或3个120° )；4.在压紧环上，沿周向均布压缩弹簧，对非承受轴向力侧轴承的外套圈施以“恒压力”式预紧；5.按照滚动轴承理论，注重载荷对寿命的影响对于线接触滚子轴承，其疲劳寿命的计算公式为(“滚动轴承分析计算与应用罗继伟等机械工业出版社2009. 6”)
权利要求1. 一种风力发电机主轴主轴承装置，包括两列对称设置的圆锥滚子轴承BC3)和圆锥滚子轴承A(6)，所述圆锥滚子轴承BC3)和圆锥滚子轴承A(6)的内套圈套装在主轴(4)上， 并通过主轴台肩和卡环(5)固接，所述圆锥滚子轴承B(3)和圆锥滚子轴承A(6)的外套圈与球面套(7)的内柱面连接，所述球面套(7)的外球面与轴承座(8)的内球面铰接， 所述球面套(7)与所述轴承座(8)之间设有键(1)；其特征在于所述圆锥滚子轴承B(3) 的接触角小，所述圆锥滚子轴承A(6)的接触角大；所述球面套(7)的一侧端固定有压紧环 O)，所述球面套(7)的另一端设有挡边(7-1)，所述圆锥滚子轴承B C3)和所述圆锥滚子轴承A (6)通过所述压紧环( 及挡边(7-1)与所述球面套(7)连接成一体；所述球面套(7) 的球心O1相对于所述圆锥滚子轴承B(3)和圆锥滚子轴承A(6)的对称面与主轴轴线的交点 O2向左偏离；所述压紧环(2)上沿周向均布压缩弹簧⑶；所述球面套(7)的另一侧端与传动件(8)固接。专利摘要风力发电机主轴主轴承装置，涉及风力发电机组。解决主轴承的两列滚子载荷悬殊的问题。本实用新型的特征在于圆锥滚子轴承B的接触角小，圆锥滚子轴承A的接触角大；球面套的一侧端固定有压紧环，球面套的另一端设有挡边，圆锥滚子轴承B和圆锥滚子轴承A通过压紧环及挡边与球面套连接成一体；球面套的球心O1相对于圆锥滚子轴承B和圆锥滚子轴承A的对称面与主轴轴线的交点O2向左偏离；压紧环上沿周向均布压缩弹簧；球面套的另一侧端与传动件固接。本实用新型可应用于大装机容量的各类风力发电机组上。
文档编号F03D11/00GK202012567SQ201120053260
公开日2011年10月19日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者吴国华, 肖永刚, 郭愈, 郭李婷, 郭李艳, 郭溪泉 申请人:郭溪泉