[发明专利]一种四点接触球轴承原始接触角的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于风电轴承设计技术领域，尤其涉及到一种四点接触球轴承原始接触角的设计方法。

背景技术

能源供应紧张是世界上各国所面临的普遍问题，风能作为可再生绿色能源受到世界各国的高度重视，风力发电技术也在不断发展，在国内外3兆瓦及以下的风力发电轴承的研究相对比较成熟，对3兆瓦以上的轴承研究尚处于开发研制阶段。在我国风电轴承的研制处于起步阶段,很多关键技术还没有完全掌握。

偏航、变桨轴承是风力发电机组关键部件之一，其结构形式多为内圈或外圈带齿的单排或双排四点接触球轴承。偏航、变桨轴承的性能直接影响到整机的运行状态、效率、寿命等。一般情况下，风电机组在野外高空运行，安装和维护非常不便，并承受冲击载荷，因此要求偏航、变桨轴承要具有足够的强度和承载能力，能够承受联合载荷(轴向力、径向力和倾覆力矩)，同时还要求变桨轴承具有良好的密封性能和较高的可靠性。

承载能力是偏航、变桨轴承十分重要的性能指标，偏航、变桨轴承的静载荷曲线表明了轴承中受载最大的滚动体与滚道接触中心之间的接触变形为给定值时承受静载荷的能力。原始接触角的大小影响轴承的受力、变形和寿命，进一步影响轴承的承载能力。

偏航、变桨轴承的多数结构参数都有明确的取值依据，如轴承的内径、外径、钢球直径和球组节圆直径等在现行标准中大都已经标准化，也可经优化设计进一步取得最佳值。但是轴承零件的另外一部分结构参数取值通常凭借经验，如游隙、沟曲率半径系数、原始接触角等，这些参数对轴承的承载能力和疲劳寿命的影响较大，全凭经验取值显然不可靠，如果遇到新的工况条件，就不知道该如何取值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种四点接触球轴承原始接触角的设计方法，根据该方法设计的原始接触角能够满足四点接触球轴承使用性能要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一步：根据外载荷求出钢球与内外滚道的法向接触载荷及最大接触载荷。

四点接触球轴承在给定结构参数、材料参数及载荷参数的前提下，轴承在受载前，考虑游隙时任意滚动体位置接触对的内外圈沟曲率中心距公式为：

                     (1)

零游隙时内外圈沟曲率中心距公式为：

                           (2)

上述公式中各项参数符号表示含义如下：f_i为内滚道沟曲率半径系数，f_e为外滚道沟曲率半径系数，D_w为滚动体直径，为轴承轴向游隙，为初始位置接触角。

假设外圈固定内圈旋转，外力作用在内圈上。轴承受载后，内圈产生位移，所有接触对的沟曲率中心距均发生了变化：对与单排四点接触球轴承，轴承受载后，接触对k（k=1,2）在位置角处内外圈沟曲率中心距为：

          (3)

上述公式中各项参数符号表示含义如下：分别为内圈承受轴向力、径向力、倾覆力矩时,内圈的轴向位移、径向位移及倾角；为内圈沟曲率中心轨迹半径，；为轴承节圆直径；为钢球位置角，每个球的位置角可表示如下：，Z为单排钢球数(j=1,2,…,Z)。

对于双排四点接触球轴承，轴承受载后任意滚动体位置，接触对k（k=1,2,3,4）在位置角处内外圈沟曲率中心距为：

       (4)

内圈发生位移后，接触对k在位置角处的接触角分别为：

单排四点接触球轴承：

        (5)

双排四点接触球轴承：

       (6)

内圈在外部载荷和所有滚动体载荷的作用下处于平衡状态，内圈的力学平衡方程为：

单排四点接触球轴承：

                (7)

双排四点接触球轴承：

      (8)

上述公式中各项参数符号表示含义如下:为接触对k在位置角处的法向接触载荷，为双排四点接触球轴承两排钢球之间的中心距。

可根据Hertz接触理论，按照下列公式求出，

                     (9)