根據(jù)了解，現(xiàn)在用于兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的主軸軸承的主要形式有3點(diǎn)支承的軸承設(shè)計(jì)和2點(diǎn)支承的軸承設(shè)計(jì)，其中2點(diǎn)支承的軸承設(shè)計(jì)方案主要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(gè)單列圓錐滾子軸承組合(又分長(zhǎng)軸和短軸這2種設(shè)計(jì)方案)、面對(duì)面的雙列圓錐滾子單軸承以及集成設(shè)計(jì)。

1、球面滾子軸承 +調(diào)心滾子軸承

1.1結(jié)構(gòu)形式

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(gè)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1所示。

圖1 球面滾子軸承+調(diào)心滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

1.2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(shí)依靠扭力臂來承受較小的變形,并且裝配比較簡(jiǎn)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(duì)較大,同時(shí)由于沒有預(yù)緊力，單個(gè)滾子可能存在不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況,從而導(dǎo)致滑動(dòng)，這樣會(huì)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(duì)軸的影響大。

2、球面滾子軸承+圓柱滾子軸承

2.1 結(jié)構(gòu)形式

球面滾子軸承十圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式：一般為主軸被2個(gè)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(gè)主軸軸承共用1個(gè)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2所示。

圖2 球面滾子軸承+圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

2.2 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(shí)依靠扭力臂來承受較小的變形,并且裝配比較簡(jiǎn)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(duì)較大,同時(shí)由于沒有預(yù)緊力，單個(gè)滾子可能存在不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，從而導(dǎo)致滑動(dòng),這樣會(huì)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(gè)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(duì)內(nèi)外圈的同軸度和相對(duì)偏斜較敏感，在設(shè)計(jì)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(duì)較小，因此軸系的整體剛度相對(duì)較低，載荷對(duì)軸的影響較大。

3、雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承

3.1結(jié)構(gòu)形式

雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式：一般為主軸被2個(gè)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(gè)主軸軸承共用1個(gè)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 雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

3.2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(duì)較高，動(dòng)態(tài)載荷對(duì)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(gè)滾子可能存在不轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致滑動(dòng),這樣會(huì)產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命，對(duì)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(huì)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(duì)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。

4、2個(gè)小直徑的單列圓錐滾子軸承

4.1 結(jié)構(gòu)形式

2個(gè)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(gè)圓錐滾子軸承支承，2個(gè)主軸軸承共用1個(gè)軸承室[+]，主軸一般為直徑較小且長(zhǎng)度較長(zhǎng)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4所示。

圖4 2個(gè)小直徑的單列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

4.2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(zhǎng)度比較長(zhǎng)，容易獲得較大的葉尖安全距離(葉尖與塔筒壁的距離);

5)由于2個(gè)軸承一般處于預(yù)緊狀態(tài)，因此軸系的整體剛度相對(duì)較大，在較大的動(dòng)態(tài)載荷作用下,軸系的結(jié)構(gòu)變形相對(duì)較小，能夠承受較大的動(dòng)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(shí)需要將2個(gè)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(gè)軸承座的同心度要求比較高，加工成本較高;

4)傳動(dòng)鏈整體長(zhǎng)度較長(zhǎng),機(jī)艙尺寸不緊湊。

5、2個(gè)大直徑的單列圓錐滾子軸承

5.1 結(jié)構(gòu)形式

2個(gè)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(gè)大直徑的圓錐滾子軸承支承，2個(gè)主軸軸承共用1個(gè)軸承室，主軸一般為直徑較大且長(zhǎng)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5所示。

圖5 2個(gè)大直徑的單列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

5.2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(duì)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(dòng)軸和定軸之間的溫差、溫度變化以及裝配誤差等問題對(duì)軸系的預(yù)緊影響相對(duì)較小，軸承壽命受環(huán)境和裝配誤差影響較小;

6)軸的直徑比較大,而且2個(gè)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(duì)溫度的變化比較敏感,但對(duì)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;

3)軸系裝配較復(fù)雜，裝配工時(shí)較長(zhǎng)。

6、 單軸承

6.1 結(jié)構(gòu)形式

單軸承的結(jié)構(gòu)形式：一般為主軸被 1個(gè)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6所示。

圖6 單軸承的結(jié)構(gòu)形式

6.2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(zhǎng)度短，傳動(dòng)鏈緊湊，機(jī)艙的長(zhǎng)度能設(shè)計(jì)的比較短;

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

4)軸承在兩側(cè)都能進(jìn)行潤(rùn)滑，所以容易潤(rùn)滑。

這種軸承結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有:

1)隨著功率等級(jí)的增加,軸承的直徑會(huì)越來越大，例如6 MW容量等級(jí)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(jià)格比較高;

2)由于軸承直徑較大,因此軸承密封設(shè)計(jì)較困難，常規(guī)設(shè)計(jì)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(dòng)的可能性，而滾子的滑動(dòng)將影響軸承的壽命;

4)滾子類似于圓柱，預(yù)緊力較小時(shí)會(huì)存在扭轉(zhuǎn)的情況，導(dǎo)致所有的載荷作用在1個(gè)轉(zhuǎn)子
單元上，從而導(dǎo)致其損壞。

7、集成設(shè)計(jì)

7.1 結(jié)構(gòu)形式

集成設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式為主軸被2個(gè)單列圓錐滾子軸承承撐,2個(gè)軸承共用1個(gè)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聯(lián)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7所示。

圖7 集成設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式

7.2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(zhǎng)度較短;

3)主軸與齒輪箱采用配合定位，傳動(dòng)鏈整體對(duì)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(rùn)滑,降低主軸潤(rùn)滑的污染情況，改善軸承的潤(rùn)滑,對(duì)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(dòng)的影響;

2)由于主軸承和齒輪箱集成一體,因此主軸承維護(hù)性較差;

3)軸承對(duì)溫度的變化比較敏感,但對(duì)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。