[发明专利]风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承及其设计方法

说明书

本发明公开了一种风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承及其设计方法，风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承，所述双列圆锥滚子主轴承包括主列圆锥滚子轴承结构和副列圆锥滚子轴承结构，且所述主列圆锥滚子轴承结构和副列圆锥滚子轴承结构为非对称式，该主列圆锥滚子轴承结构的承载能力大于副列圆锥滚子轴承结构，两列圆锥滚子轴承结构共用一个外圈。本发明能够有效解决传统双列圆锥滚子主轴承副滚道承载能力远大于需求，造成承载能力及成本浪费的问题。

技术领域

本发明涉及风力发电机组轴承的技术领域，尤其是指一种风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承及其设计方法。

背景技术

随着风电产业的不断扩张，风电机组的容量、叶轮直径在逐渐增加，这将需求更强承载能力的传动链，主轴承作为影响传动链承载能力及成本的重要因素之一，其研究具有重要意义。

目前风力发电机组采用的主轴承形式有单轴承形式如三排圆柱滚子轴承、对称双列圆锥滚子轴承，以及背对背或面对面安装成对单列圆锥滚子轴承。使用单主轴承可以缩短传动链尺寸，缩短或去除风力发电机主轴，降低主机重量。由于风机载荷特殊性，双列圆锥滚子主滚道侧所受极限载荷及疲劳载荷远远大于副滚道侧，传统对称双列圆锥滚子主轴承的主滚道和副滚道具有相同的承载能力，意味着主滚道满足承载能力需求时，副滚道出现承载能力浪费，进而造成成本的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承及其设计方法，能够有效解决传统双列圆锥滚子主轴承副滚道承载能力远大于需求，造成承载能力及成本浪费的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承，所述双列圆锥滚子主轴承包括主列圆锥滚子轴承结构和副列圆锥滚子轴承结构，且所述主列圆锥滚子轴承结构和副列圆锥滚子轴承结构为非对称式，该主列圆锥滚子轴承结构的承载能力大于副列圆锥滚子轴承结构，两列圆锥滚子轴承结构共用一个外圈；其中，所述主列圆锥滚子轴承结构的主滚道内圈与外圈之间设有主滚道保持架，所述副列圆锥滚子轴承结构的副滚道内圈与外圈之间设有副滚道保持架，且所述主滚道保持架和副滚道保持架上分别设有主滚道滚子和副滚道滚子，且两个滚道内圈之间设有内圈隔片。

进一步，所述主列圆锥滚子轴承结构的滚子直径、滚子长度、接触角、滚子修型、滚子空心或实心参数中一项或多项不同于副列圆锥滚子轴承结构。

风电机组非对称双列圆锥滚子主轴承的设计方法，包括静强度设计及疲劳寿命设计两部分；

首先以非对称双列圆锥滚子主轴承的中心为坐标原点建立一个载荷坐标系，假设该非对称双列圆锥滚子主轴承仅承受F_x力，则承受正向F_x力外部载荷的滚道为滚道A，另一列滚道为滚道B；

其中，所述静强度设计部分的具体步骤如下：

11)两列非对称滚道滚子受力计算：根据Hertz接触理论中接触变形与受力的关系，通过计算两列非对称滚道滚子变形从而得出两列非对称滚道滚子每个切片滚子的法向力；

12)两列非对称滚道滚子Hertz接触中心应力计算：通过将两列非对称滚道滚子每个切片滚子的法向力带入Hertz接触中心应力计算公式，分别得出两列非对称滚道的最大Hertz接触应力；

13)滚道静强度安全系数计算：将两列非对称滚道的最大Hertz接触应力与许用的Hertz接触应力做比较，得出滚道静强度安全系数；

所述疲劳寿命设计部分的具体步骤如下：

21)两列非对称滚道滚子及套圈当量动载荷计算：通过将两列非对称滚道滚子每个切片滚子的法向力代入滚动体当量动载荷公式，得出两列滚动体的当量动载荷；进而根据两列滚动体的当量动载荷分别计算出对应的套圈的当量动载荷；