[发明专利]由最大滚动体负荷设置偏航轴承动载荷承载曲线的方法

说明书

技术领域

本发明属于风电轴承设计技术领域，尤其涉及到一种由最大滚动体负荷设置偏航轴承动载荷承载曲线的方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，世界范围的能源短缺、环境恶化问题日益突出。风力发电作为一种对绿色、环保、洁净可再生能源的利用方式越来越受到各国政府的重视。欧美一些发达国家利用风能进行发电的历史较长，风力发电技术十分成熟；目前，国外主流风力发电机型的功率为兆瓦级，最高已达7兆瓦。

最近几年，我国开始引进国外大中型风力发电设备，但对相关技术的消化吸收十分有限，零部件的配套能力差，这些严重制约了我国对风能的有效利用以及风力发电设备技术的国产化进程。

偏航轴承是风力发电机组偏航系统的关键部件，其结构形式为单排四点接触球转盘轴承。我国相关轴承企业涉足偏航轴承设计、制造的时间不长，尚未完全掌握这类轴承的设计、分析和应用技术，风力发电机组主机生产企业对配套国产偏航轴承的信心不足，仍倾向于使用进口轴承。

承载能力是偏航轴承十分重要的性能指标，偏航轴承的动载荷承载曲线表明了轴承在给定寿命的前提下承受动载荷的能力。动载荷承载曲线是对偏航轴承进行选型计算的依据，轴承用户通常要求轴承生产企业提供轴承的承载曲线。国外知名轴承公司，如：德国的Rothe Erde、德国的INA、德国的IMO、瑞典的SKF、法国的ROLLIX等公司在提供转盘轴承产品目录的时候，均提供了完善的承载曲线图。

我国多数偏航轴承生产企业不能提供轴承的承载曲线图，少数企业借用类似结构的工程机械用转盘轴承的承载曲线来作为偏航轴承选型的依据，这类动载荷承载曲线由两条直线组成，不能真实反映偏航轴承的动载荷承载能力。

对于偏航轴承这类单排四点接触球结构形式转盘轴承的动载荷承载曲线，在国内尚未见到相关报道。

按照国内外轴承技术领域的惯例，偏航轴承的动载荷承载曲线用于表示轴承的额定寿命为30000转时的承载能力，在此条件下轴承所能承受的联合作用的轴向动载荷和倾覆力矩动载荷用于绘制动载荷承载曲线。

依据风电偏航轴承外部载荷与滚动体负荷之间的平衡条件，偏航轴承的轴向动载荷计算公式为Fa＝Q_max·Z·sinα·Ja(ε1，ε2)，倾覆力矩动载荷计算公式为M＝Q_max·Z·dm·sinα·Jm(ε1，ε2)，所述公式中各项参数符号表示的含义如下：

Q_max——最大滚动体负荷

Z——滚动体数量

α——接触角

dm——轴承节圆直径

Ja(ε1，ε2)——轴向动载荷积分系数

Jm(ε1，ε2)——倾覆力矩动载荷积分系数

ε1、ε2——滚动体负荷分布范围系数，其中ε1中的“1”对应于内圈的上半滚道、外圈的下半滚道与滚动体之间的接触，ε2中的“2”对应于内圈的下半滚道、外圈的上半滚道与滚动体之间的接触。

根据轴承疲劳寿命理论，偏航轴承的额定寿命计算公式为L＝[(Qeμ1/Qci1)^10/3+(Qeμ2/Qci2)^10/3+(Qev1/Qce1)^10/3+(Qev2/Qce2)^10/3]^-9/10，所述公式中各项参数符号表示的含义如下：

Qci1、Qci2——内圈滚道额定滚动体负荷

Qce1、Qce2——外圈滚道额定滚动体负荷

Qeμ1、Qeμ2——内圈滚道当量滚动体负荷

Qev1、Qev2——外圈滚道当量滚动体负荷

以上符号中的标记“1”和“2”所代表的含义如上所述。

上述公式中内圈滚道额定滚动体负荷计算公式为

Qci＝357.8·bm·λ·η·[2·fi/(2·fi-1)]^0.41·(1-γ)^1.39/(1+γ)^1/3·(γ/cosα)^0.3·Dw^1.4·Z^-1/3

其中γ＝Dw·cosα/dm。

上述公式中外圈滚道额定滚动体负荷计算公式为

Qce＝357.8·bm·λ·η·[2·fe/(2·fe-1)]^0.41·(1+γ)^1.39/(1-γ)^1/3·(γ/cosα)^0.3·Dw^1.4·Z^-1/3