主軸軸承作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件，由于其使用環(huán)節(jié)的惡劣和受載情況的復(fù)雜以及安裝的不方便，風(fēng)電機(jī)組對主軸軸承的設(shè)計和選型有一定的要求，如果選型不正確會個風(fēng)電機(jī)組帶來故障產(chǎn)生巨大的影響，中華軸承網(wǎng)（簡稱：華軸網(wǎng)）作為軸承行業(yè)的一站式服務(wù)網(wǎng)站，來給大家分享有關(guān)風(fēng)電機(jī)組主軸軸承選型的一些方案，希望對風(fēng)電機(jī)組的使用有一定的幫助。

第一種方案：3點(diǎn)支承的軸承方案

3點(diǎn)支承的軸承結(jié)構(gòu)一般為在風(fēng)輪側(cè)設(shè)計為獨(dú)立軸承室，軸承室內(nèi)安裝1個球面滾子軸承，主軸與齒輪箱采用脹緊套連接，2個圓柱滾子軸承安裝在齒輪箱內(nèi)，而齒輪箱采用扭力臂進(jìn)行支承，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  3點(diǎn)支承的軸承結(jié)構(gòu)

3點(diǎn)支承軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：是軸承本身的設(shè)計和制造的難度小，可以承受齒輪箱所要求的較大偏轉(zhuǎn)角。

其缺點(diǎn)如下：

1）軸向游隙比較大，加載后軸向的定位較差；

2）主軸承上沒有預(yù)緊力，加載后軸向位移相對較大，同時由于沒有預(yù)緊力，單個滾子可能存在不轉(zhuǎn)動的情況，從而導(dǎo)致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命；

3）軸向力較大時，雙列的球面滾子軸承變?yōu)橹挥袉瘟惺茌d，使受載列的載荷大小增加；

4）所有的載荷均通過的齒輪箱，影響齒輪箱的壽命

5）軸的尺寸小，載荷對軸的影響大。

第二種方案：2點(diǎn)支承的軸承方案

2點(diǎn)支承的軸承方案是指兩個軸承的組合，可以分為：球面滾子軸承與調(diào)心滾子軸承組合、球面滾子軸承與圓柱滾子軸承組合、雙列圓錐滾子軸承與圓柱滾子軸承組合、2個單列圓錐滾子軸承組合（又可分為長軸和短軸2種設(shè)計方案）、面對面的雙列圓錐滾子單軸承以及集成設(shè)計。

2.1、球面滾子軸承＋調(diào)心滾子軸承組合

球面滾子軸承＋調(diào)心滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式一般為主軸被2個軸承支承，靠近風(fēng)輪側(cè)的主軸承為球面滾子軸承，而靠近齒輪箱側(cè)的主軸承為調(diào)心滾子軸承，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接﹐其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 2點(diǎn)支承（球面滾子軸承+調(diào)心滾子軸承）的結(jié)構(gòu)形式

球面滾子軸承＋調(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是沒有或較少的載荷作用在齒輪箱上，同時依靠扭力臂來承受較小的變形，并且裝配比較簡單。

其缺點(diǎn)如下：

1）軸向游隙比較大，輪轂在軸向的定位不好；

2）主軸承上沒有預(yù)緊力，受載后軸向位移相對較大，同時由于沒有預(yù)緊力，單個袞子可能存在不轉(zhuǎn)動的情況。從而導(dǎo)致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命；

3）軸的尺寸小，載荷對軸的影響大。

2.2、球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承

球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)形式：

球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式一般為主軸被2個軸承支承，靠近風(fēng)輪側(cè)的主軸承為球面滾子軸承，而靠近齒輪箱側(cè)的主軸承為圓柱滾子軸承，2個主軸軸承共用1個軸承室，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 2點(diǎn)支承（球面滾子軸承+圓柱滾子軸承）的結(jié)構(gòu)形式

球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是沒有或較少的載荷作用在齒輪箱上，同時依靠扭力臂來承受較小的變形，并且裝配比較簡單。

其缺點(diǎn)如下：

1）軸向游隙比較大，輪轂在軸向的定位不好；

2）主軸承上沒有預(yù)緊力，受載后軸向位移相對較大，同時由于沒有預(yù)緊力，單個滾子可能存在不轉(zhuǎn)動的情況，從而導(dǎo)致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命；

3）主機(jī)架的尺寸大或由多個部件組成，導(dǎo)致主機(jī)架的成本較高和加工較困難；

4）由于圓柱滾子軸承對內(nèi)外圈的同軸度和相對偏斜較敏感，在設(shè)計或者裝配不良的情況下，球面滾子軸承的徑向游隙將導(dǎo)致圓柱滾子的損壞；

5）由于軸和軸承的尺寸相對較小，因此軸系的整體剛度相對較低，載荷對軸的影響較大。

2.3、雙列圓錐滾子軸承＋圓柱滾子軸承

雙列圓錐滾子軸承＋圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)形式：

這種結(jié)構(gòu)形式一般為主軸被2個軸承支承，通?？拷L(fēng)輪側(cè)的主軸承為雙列圓錐滾子軸承，而靠近齒輪箱側(cè)的主軸承為圓柱滾子軸承，2個主軸軸承共用1個軸承室，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 2點(diǎn)支承（雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承）的結(jié)構(gòu)形式

雙列圓錐滾子軸承＋圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1）沒有軸向游隙，軸向定位較好；

2）可以通過增加軸承之間的距離來增加承載能力，軸承的可適用范圍較大；

3）軸和軸承的直徑較小，成本較低；

4）由于消除了軸向游間隙，軸系整體剛度相對較高，動態(tài)載荷對其影響較小。

這種軸承結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有：

1）圓柱滾子軸承由于沒有預(yù)緊力，單個滾子可能存在不轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命，對于3MW 以上的機(jī)組所用的圓柱滾子軸承，滾子質(zhì)量和慣性力大，圓柱滾子軸承由于沒有預(yù)緊力，可能會導(dǎo)致滾子打滑損壞，出現(xiàn)微點(diǎn)蝕的可能性較大；

2）主機(jī)架的尺寸大，軸承室加工精度要求相對較高或由更多部件組成，主機(jī)架成本較高；

3）裝配比較復(fù)雜；

4）軸承座的同心度等幾何公差要求比較高。

2.4、2個小直徑的單列圓錐滾子軸承

2個小直徑的單列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式：

2個小直徑的單列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式一般為主軸被2個圓錐滾子軸承支承，2個主軸軸承共用1個軸承室，主軸一般為直徑較小且長度較長的結(jié)構(gòu)，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 2支承（2個小直徑的單列圓錐滾子軸承）的結(jié)構(gòu)形式

2個小直徑的單列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1）沒有軸向游隙，軸向定位較好；

2）可以通過增加軸承之間的距離來增加承載能力，軸承的可適用范圍較大；

3）軸承的直徑比單軸承的小，容易制造成本低；

4）由于主軸系的長度比較長，容易獲得較大的葉尖安全距離(葉尖與塔簡壁的距離）；

5）由于2個軸承一般處于預(yù)緊狀態(tài)，因此軸系的整體剛度相對較大，在較大的動態(tài)載荷作用下，軸系的結(jié)構(gòu)變形相對較小，能夠承受較大的動態(tài)載荷。

這種軸承結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有：

1）主機(jī)架的尺寸大或由更多部件組成，主機(jī)架成本較高；

2）裝配時需要將2個軸承調(diào)節(jié)至一定的預(yù)緊量，因此裝配比較復(fù)雜；

3）2個軸承座的同心度要求比較高，加工成本較高；

4）傳動鏈整體長度較長，機(jī)艙尺寸不緊湊。

2.5、2個大直徑的單列圓錐滾子軸承

2個大直徑的單列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式：

2個大直徑的單列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式一般為主軸被2個大直徑的圓錐滾子軸承支承，2個主軸軸承共用1個軸承室，主軸一般為直徑較大且長度較短的結(jié)構(gòu)，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

 圖6 2點(diǎn)支承（2個大直徑的單列圓錐滾子軸承）的結(jié)構(gòu)形式

2個大直徑的單列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)軸承一般處于預(yù)緊狀態(tài)，沒有軸向游隙，軸向定位較好，且預(yù)緊力比較容易施加；

2)可以通過增加軸承之間的距離來增加承載能力，軸承的可適用范圍較大；

3）軸承的直徑比單軸承的小，容易制造﹐成本相對單軸承低；

4）安全裕度大，方便進(jìn)行大葉片的開發(fā)；

5)由于該種配置一般選用較小的滾子接觸角小，因此動軸和定軸之間的溫差﹑溫度變化以及裝配誤差等問題對軸系的預(yù)緊影響相對較小，軸承壽命受環(huán)境和裝配誤差影響較??；

6)軸的直徑比較大，而且2個軸承之間的間距比較小，所以軸系整體剛度比較大，結(jié)構(gòu)變形較小。

這種軸承結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有：

1)主機(jī)架的尺寸大或由更多部件組成，軸承室加工精度要求較高，主機(jī)架成本較高；

2)軸承對溫度的變化比較敏感，但對于主軸軸承，由于轉(zhuǎn)速比較低，溫度變化比較小，所以影響也比較??；

3）軸系裝配較復(fù)雜，裝配工時較長。

2.6、單軸承

單軸承的結(jié)構(gòu)形式：

單軸承的結(jié)構(gòu)形式一般為主軸被1個大直徑的圓錐滾子軸承支承，主軸一般為直徑大且比較短的結(jié)構(gòu)。齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 2點(diǎn)支承（單軸承）的結(jié)構(gòu)形式

單軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1）沒有軸向游隙，軸向定位較好；

2）主軸的長度短，傳動鏈緊湊﹐機(jī)艙的長度能設(shè)計的比較短；

3）軸承滾子及滾道直徑均較大，且軸長度較短，所以軸系整體剛度大，載荷引起的結(jié)構(gòu)變形?。?/p>

4）軸承在兩側(cè)都能進(jìn)行潤滑，所以容易潤滑。

這種軸承結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有：

1）隨著功率等級的增加，軸承的直徑會越來越大，例如6MW容量等級的機(jī)組單軸承的軸承外徑達(dá)到3.6 m，很少有軸承廠家能夠加工制造，因此價格比較高；

2）由于軸承直徑較大，因此軸承密封設(shè)計較困難，常規(guī)設(shè)計不能達(dá)到較好密封效果，軸承密封成本較高；

3）軸承的滾子比較大，存在滑動的可能性，而滾子的滑動將影響軸承的壽命；4)滾子類似于圓柱，預(yù)緊力較小時會存在扭轉(zhuǎn)的情況，導(dǎo)致所有的載荷作用在1個轉(zhuǎn)子單元上，從而導(dǎo)致其損壞。

2.7、集成設(shè)計

集成設(shè)計結(jié)構(gòu)形式：

集成設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式為主軸被2個單列圓錐滾子軸承承撐，2個軸承共用1個軸承室，齒輪箱和主軸之間采用過盈配合或花鍵聯(lián)接，軸承室與齒輪箱的箱體通過螺栓連接在一起，也就是說主軸系與齒輪箱集成在一起，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 2點(diǎn)支撐（集成設(shè)計）的機(jī)構(gòu)形式

集成設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

這種軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1）軸系一般處于預(yù)緊狀態(tài)，因此無軸向游隙，軸向定位較好；

2）主軸系與齒輪箱集成在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)艙長度較短；

3）主軸與齒輪箱采用配合定位，傳動鏈整體對中較好；

4）扭矩以外的力通過軸承室直接傳遞至主機(jī)架，不經(jīng)過齒輪箱，因此齒輪箱只承受純扭矩作用；

5）因?yàn)辇X輪箱與主軸系集成為一體，所以主軸承可采用油潤滑，降低主軸潤滑的污染情況，改善軸承的潤滑，對軸承的壽命有利。

這種軸承結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有：

1）主機(jī)架與齒輪箱的聯(lián)接方式除了考慮載荷傳遞外，需要減振﹐降低齒輪箱振動的影響；

2）由于主軸承和齒輪箱集成—體，因此主軸承維護(hù)性較差；

3）軸承對溫度的變化比較敏感，但對于主軸軸承，由于轉(zhuǎn)速比較低，溫度變化比較小，所以影響也比較小。