[实用新型]一种风电设备用调心轴承的修形滚子

说明书

一种风电设备用调心轴承的修形滚子，所述修形滚子滚动面的中部区域为半径R的标准球面，滚动面的两侧局部区域为对数修形弧面，两侧的对数修形弧面与标准球面光滑衔接。本实用新型能有效改善轴承内部的应力分布，延长调心滚子轴承的使用寿命，进而极大减小风机的维护成本。经实际应用证明，使用修形滚子的调心滚子轴承，其使用寿命最少可提高10%以上。圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的滚子已实现对数修形，而调心滚子轴承由于其调心性能的特殊性要求，至今未实现滚子的对数修形。本实用新型在保证调心性能的前提下，实现了调心滚子轴承球面滚子的对数修形，这是本实用新型的创造性所在，其意义重大。

技术领域

本实用新型属于轴承领域，主要涉及一种风电设备用调心轴承的修形滚子。

背景技术

轴承是风力发电设备的核心部件之一，往往影响着整个设备的运行。一旦主轴轴承出现问题，动辄需付出上千万的设备维修代价，造成严重的经济损失。调心滚子轴承广泛用作风电设备主轴和增速箱轴承，主轴起支承轮毂及叶片，传递扭矩到增速器的作用，主轴轴承主要承受径向力，其性能优劣不仅影响传递效率，也影响着整个机组的维护成本，所以要求具有良好的调心性能、抗振性能、运转平稳性和长寿命等。近年来，随着风电行业的迅猛发展，对调心滚子轴承的需求量及质量要求不断提高。而调心滚子轴承由于其结构特点难以实现高精度，精度一般最高只能达到P5；如何提高使用寿命成为行业内关注的重点和难点。

调心滚子轴承主要包括内外圈、若干球面滚子、保持架等组件，有的轴承还包括内隔圈、密封件等。球面滚子位于内外圈之间，有自转和公转运动。球面滚子和内外圈滚道具有不同的半径，形成球-球形式的接触，同时由于球面滚子有一定的半径和长度，也形成线接触。所以调心滚子轴承内部的接触比点接触的球轴承、线接触的圆柱和圆锥滚子轴承更为复杂。而轴承的内部接触问题与轴承使用寿命息息相关。

在线接触的圆柱和圆锥轴承领域，滚子端面应力集中问题受到很大关注，通常对圆柱和圆锥滚子轴承中的直线滚子进行不同形式的修形，修形曲线常见的包括圆弧型、对数型等，滚子端部最大修形量一般为几微米到几十微米，修形后的滚子可消除边缘应力集中，整个表面上会形成较均匀的应力分布，可有效提高轴承的使用寿命数倍以上。目前线接触的圆柱和圆锥滚子轴承的修形设计和加工已较为成熟，得到普遍应用。

专利授权号CN103810354B的专利公开了一种圆柱滚子轴承对数修形曲线的优化设计方法，首先将对数修形曲线方程简化变形，针对简化变形的对数修形曲线方程进行处理，使优化设计转化为对简化变形的对数修形曲线方程式中一个参数的优化问题，然后，应用有限元物理仿真方法获得的接触应力的分布规律曲线图，通过对多组对数曲线方程模型的计算分析和接触应力分布规律曲线图对比，优化对数修形曲线方程公式中一个参数，也就是对对数曲线的斜率和修形的凸度量进行优化设计，从而设计出与所受载荷和被修形元件几何形状相对应的最佳修形曲线。该专利用于圆柱滚子或圆锥滚子等柱面滚子的修形设计，而球面滚子与滚道的接触面为球面，同时具备点接触和线接触的复杂接触，上述专利的技术方案并不适用调心滚子的修形。

对于调心滚子轴承，其球面滚子为半径R的标准球面，从未考虑过滚动面修形问题。通常滚子与内外圈滚道的密合度不同，会在球面滚子滚动面两侧与内外圈滚道之间形成一定的间隙，受载时，不会形成滚动体滚动面两侧边缘的应力集中。在轴承承受载荷较大的工况下，根据赫兹接触理论，两球面接触形成的应力分布是中部最大，两侧逐渐减小；而两接触体的半径值差值越大，中部的应力值越大。因此不同的密合度，虽然解决了边缘应力集中，但加大了滚动面中部的接触应力，使原本较大的中部接触应力进一步增大。从而会引起滚动体中部滚动面的早期失效，降低轴承的使用寿命。

另外，对于受载较小的调心滚子轴承，虽不会形成边缘应力集中，但在轴承使用后期，球面滚子中部逐渐磨损，接触应力开始向滚子两端蔓延，最终仍会形成边缘应力集中，这种情况是不能通过调整密合度而得到解决的。

发明内容