[發明專利]風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承及其設計方法

在審

• 申請號: 202010876396.1
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111878507A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 孫加鵬;段博志
• 申請（專利權）人: 明陽智慧能源集團股份公司
• 主分類號: F16C19/38
• 分類號: F16C19/38;F16C33/58;F16C33/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝;劉暢

本發明公開了一種風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承及其設計方法，風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承，所述雙列圓錐滾子主軸承包括主列圓錐滾子軸承結構和副列圓錐滾子軸承結構，且所述主列圓錐滾子軸承結構和副列圓錐滾子軸承結構為非對稱式，該主列圓錐滾子軸承結構的承載能力大于副列圓錐滾子軸承結構，兩列圓錐滾子軸承結構共用一個外圈。本發明能夠有效解決傳統雙列圓錐滾子主軸承副滾道承載能力遠大于需求，造成承載能力及成本浪費的問題。

技術領域

本發明涉及風力發電機組軸承的技術領域，尤其是指一種風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承及其設計方法。

背景技術

隨著風電產業的不斷擴張，風電機組的容量、葉輪直徑在逐漸增加，這將需求更強承載能力的傳動鏈，主軸承作為影響傳動鏈承載能力及成本的重要因素之一，其研究具有重要意義。

目前風力發電機組采用的主軸承形式有單軸承形式如三排圓柱滾子軸承、對稱雙列圓錐滾子軸承，以及背對背或面對面安裝成對單列圓錐滾子軸承。使用單主軸承可以縮短傳動鏈尺寸，縮短或去除風力發電機主軸，降低主機重量。由于風機載荷特殊性，雙列圓錐滾子主滾道側所受極限載荷及疲勞載荷遠遠大于副滾道側，傳統對稱雙列圓錐滾子主軸承的主滾道和副滾道具有相同的承載能力，意味著主滾道滿足承載能力需求時，副滾道出現承載能力浪費，進而造成成本的浪費。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承及其設計方法，能夠有效解決傳統雙列圓錐滾子主軸承副滾道承載能力遠大于需求，造成承載能力及成本浪費的問題。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承，所述雙列圓錐滾子主軸承包括主列圓錐滾子軸承結構和副列圓錐滾子軸承結構，且所述主列圓錐滾子軸承結構和副列圓錐滾子軸承結構為非對稱式，該主列圓錐滾子軸承結構的承載能力大于副列圓錐滾子軸承結構，兩列圓錐滾子軸承結構共用一個外圈；其中，所述主列圓錐滾子軸承結構的主滾道內圈與外圈之間設有主滾道保持架，所述副列圓錐滾子軸承結構的副滾道內圈與外圈之間設有副滾道保持架，且所述主滾道保持架和副滾道保持架上分別設有主滾道滾子和副滾道滾子，且兩個滾道內圈之間設有內圈隔片。

進一步，所述主列圓錐滾子軸承結構的滾子直徑、滾子長度、接觸角、滾子修型、滾子空心或實心參數中一項或多項不同于副列圓錐滾子軸承結構。

風電機組非對稱雙列圓錐滾子主軸承的設計方法，包括靜強度設計及疲勞壽命設計兩部分；

首先以非對稱雙列圓錐滾子主軸承的中心為坐標原點建立一個載荷坐標系，假設該非對稱雙列圓錐滾子主軸承僅承受F_x力，則承受正向F_x力外部載荷的滾道為滾道A，另一列滾道為滾道B；

其中，所述靜強度設計部分的具體步驟如下：

11)兩列非對稱滾道滾子受力計算：根據Hertz接觸理論中接觸變形與受力的關系，通過計算兩列非對稱滾道滾子變形從而得出兩列非對稱滾道滾子每個切片滾子的法向力；

12)兩列非對稱滾道滾子Hertz接觸中心應力計算：通過將兩列非對稱滾道滾子每個切片滾子的法向力帶入Hertz接觸中心應力計算公式，分別得出兩列非對稱滾道的最大Hertz接觸應力；

13)滾道靜強度安全系數計算：將兩列非對稱滾道的最大Hertz接觸應力與許用的Hertz接觸應力做比較，得出滾道靜強度安全系數；

所述疲勞壽命設計部分的具體步驟如下：

21)兩列非對稱滾道滾子及套圈當量動載荷計算：通過將兩列非對稱滾道滾子每個切片滾子的法向力代入滾動體當量動載荷公式，得出兩列滾動體的當量動載荷；進而根據兩列滾動體的當量動載荷分別計算出對應的套圈的當量動載荷；