[发明专利]一种双列四点接触球轴承动载荷承载曲线的设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴承动载荷承载曲线的设置方法，尤其是风电轴承用双列四点接触球轴承动载荷承载曲线的设置方法。

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列或双列四点接触球轴承。偏航轴承和变桨轴承的性能直接影响到整机的运行状态、效率及寿命等。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，并承受联合载荷(轴向力、径向力和倾覆力矩)及冲击载荷，要求偏航轴承、变桨轴承能够满足承载能力的要求。偏航轴承、变桨轴承的动载荷承载曲线表明了风电轴承在给定寿命的前提下所承受动载荷的能力。偏航轴承、变桨轴承客户通常要求风电轴承生产厂家提供风电轴承的动载荷承载曲线。而我国风电轴承厂家提供的动载荷承载曲线都采用简化画法，不能精确的描述风电轴承动载荷的实际情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双列四点接触球轴承动载荷承载曲线的设置方法。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种双列四点接触球轴承动载荷承载曲线的设置方法，包括以下步骤：

第一步：根据外载荷即轴向动载荷                                               、径向载荷和倾覆力矩动载荷，求出双列四点接触球轴承中钢球与内外滚道在各个位置角处的法向接触载荷，具体如下：

双列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，所述双列四点接触球轴承在受外载荷前，考虑轴向游隙时任意钢球位置接触对的内外圈沟曲率中心距A由公式：

（1）

求出；

轴向游隙值为零时，内外圈沟曲率中心距A0由公式：

（2）

求出；

公式（1）和（2）中：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为钢球直径，为初始位置接触角。

假设外圈固定内圈旋转，外载荷作用在内圈上，双列四点接触球轴承受外载荷后，内圈产生位移，所有接触对的沟曲率中心距均发生了变化：轴承受外载荷后任意钢球位置，接触对k(k=1,2,3,4)在位置角处内外圈沟曲率中心距由公式：

（3）求出，公式（3）中，分别为内圈承受轴向动载荷、径向载荷、倾覆力矩动载荷时，内圈的轴向位移、径向位移及倾角；为内滚道沟曲率半径，；为轴承节圆直径；为钢球位置角，每个钢球的位置角可表示如下：，Z为单排钢球数，j=1,2,…,Z。

内圈发生位移后，接触对k在位置角处的接触角由公式：

（4）求出；内圈在外部载荷和法向接触载荷的作用下处于平衡状态，内圈的力学平衡方程为：

（5）

公式(5)中，为接触对k在位置角处的法向接触载荷，为双列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，由公式

（6）

求出，K_n为滚动体与内外圈总的负荷变形常数，可查相关手册计算得到，为任意位置角处，沿接触对k的方向，钢球与内外滚道总的弹性接触变形，其值可由公式

（7）

求出，根据给定轴承几何参数及内圈位移的一个初值，通过公式(1)、(2)、(3)求出A、A₀和，结果代入公式(7)求出；然后由公式(6)求出，由公式(4)求出；把和代入公式(5)，同时令F_r=0，对和进行连续取值，根据公式(5)，采用Newton-Raphson法，求出每组工况(，，F_r)下轴承内圈位移终值，由公式(6)求出轴承各个位置角处的法向接触载荷。

第二步：计算双列四点接触球轴承的额定寿命L₁₀，具体如下：

1、计算套圈的额定动载荷：