紀(jì)云巧

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 工程中心，遼寧 瓦房店 116300）

1 前言

風(fēng)電齒輪箱將葉片產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)發(fā)電，是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部件。為滿足發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速需求，風(fēng)電齒輪箱多采用多級行星齒輪傳動方式。在風(fēng)電齒輪箱行星輪傳動組件中，無外圈滿裝圓柱滾子軸承得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)檫@種軸承完全是為了承受重載荷而設(shè)計(jì)的，具有極高的承載能力，尤其在外圈為斜齒輪的情況下，除了承受較大的徑向力，還要承受較大的軸向載荷。因此行星輪系軸承的可靠性對提高風(fēng)電齒輪箱傳動可靠性具有重要意義。

2 軸承結(jié)構(gòu)簡介

為某用戶齒輪箱行星輪提供的圓柱滾子軸承，見圖 1。此圓柱滾子軸承無外圈，采用的是一體黃銅保持架。保持架內(nèi)引導(dǎo)，同時采用外側(cè)帶鎖點(diǎn)結(jié)構(gòu)，滾子從保持架外徑處通過鎖點(diǎn)裝入保持架與內(nèi)圈滾道之間。

圖1 圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)簡圖

d1——內(nèi)圈擋邊的直徑

Dw——滾動體直徑

3 軸承失效原因分析

圖 2 所示為典型的軸承失效狀態(tài)。

圖2 軸承失效圖

從上圖可以看出軸承的主要失效形式為滾動體及套圈擋邊大塊材料掉落，初步分析受到了較強(qiáng)的軸向力。而由于行星輪軸承外圈為斜齒輪的原因，行星輪軸承本身就承受了很強(qiáng)的軸向分力。應(yīng)客戶要求，對于行星輪軸承內(nèi)圈擋邊高度系數(shù)取 0.4*Dw，以此來提高軸承的軸向承載能力，但依然出現(xiàn)材料掉落的失效形式，因此，對行星輪軸承進(jìn)行 Ansys 分析。分析結(jié)果如下：

以 RNN4256 為例，當(dāng)擋邊高度系數(shù)為 0.4* Dw，即 d1= φ386.4mm 時，從圖 3 可以明顯看出擋邊外徑仍然處于載荷區(qū)內(nèi)。

圖3 擋邊外徑處于載荷區(qū)內(nèi)

當(dāng)取擋邊高度系數(shù)為 0.45*Dw，即 d1= φ392mm 時，從圖 4 可以明顯看到擋邊外徑處于載荷區(qū)外。

圖4 擋邊外徑處于載荷區(qū)外

4 軸承設(shè)計(jì)改進(jìn)

為了減小滾子與軸承擋邊的軸向應(yīng)力，除了增大內(nèi)圈擋邊直徑外，同時對內(nèi)圈擋邊及滾動體端面進(jìn)行修形改進(jìn)，進(jìn)而減小了軸承的溫升。

改進(jìn)措施：圓柱滾子端面由直端面改為弧端面，同時套圈擋邊由直擋邊改為帶角度擋邊，見圖 5。

圖5 滾子端面和套圈擋邊的改進(jìn)

滾子端面的弧度與斜擋邊中間橢圓標(biāo)記位置處接觸。滾動體端面采用直端面與弧端面的區(qū)別可以通過 Ansys 進(jìn)行模擬分析，分析結(jié)果如下。

由圖 6 可以看出，當(dāng)滾動體端面為直端面時，套圈擋邊與滾動體端面的接觸痕跡為很窄的一段圓弧，擋邊的最大接觸應(yīng)力為 894MPa。

圖6 滾動體端面為直端面

當(dāng)滾動體端面為弧端面時，套圈擋邊與滾動體端面的接觸范圍在一個橢圓內(nèi)，擋邊的最大接觸應(yīng)力為 251MPa，見圖 7。

圖7 滾動體端面為弧端面

通過對比可知，對滾動體端面進(jìn)行球面修形設(shè)計(jì)后，在軸承實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸承套圈擋邊的受力將會明顯降低，同時接觸方式的改變也減小了軸承的溫升。

5 結(jié)束語

對于行星輪軸承，尤其是外徑帶斜齒輪的行星輪軸承，低速重載，同時承受軸向分力，因此設(shè)計(jì)行星輪軸承時必須要考慮軸承擋邊的強(qiáng)度，同時要考慮行星輪軸承易發(fā)熱的情況。針對軸承的實(shí)際運(yùn)行工況對軸承進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，從而降低軸承失效的幾率。