舍弗勒：揭秘風電齒輪箱軸承失效原因

    除此之外，包括我們提到的從應用分析來降低齒輪箱的失效風險，包括前行輪軸承的應用它的打滑導致的早期失效，我們現在推廣的應用是不帶外圈的軸承設計，我們講整合式軸承設計。右下角紅框圈出來的是我們提到的失效模式，就是在行星架軸承檔邊的失效。我們可以看到，目前我們齒輪箱最典型的設計就是一級行星，加兩級平行軸，包括兩級行星加兩級平行軸這樣的設計形式。在這樣的設計當中考慮的成本和設計空間通常在第一級行星架的位置我們應用的軸承有圓柱軸承，也有圓錐軸承。但是，過去很多應用里面，我們看到比較多的滿裝的應用，這么一個應用，我們應用這么多年，在1.5MW到2MW的范圍內它的風險是非常低的。但是隨著齒輪箱設計的增大，如果我們把這種設計簡單的放大，我們就看到了一個新的風險，這一塊就看到了對圓柱軸承套餐檔邊和滾子發生的磨損失效。圖片左邊的小圖片是滾子的斷裂，這種情況繼續發生下去，就是整個軸承的破壞失效，最終導致齒輪箱的失效。
    這種情況是怎么發生的呢?針對這樣的情況，我們可以采取哪些手段避免來提高我們齒輪箱的可靠性呢?針對這一點，我從這樣一個機理出發，最終拋磚引玉提出一點預防措施這樣的建議。我們講要考慮軸承的載荷特性，我們就要考慮軸承所載的工況，第一級的行星架載荷來源不是來自于齒輪箱的扭力，或者力矩，它的來源更多和主軸，包括齒輪箱箱體的支撐相關的這樣一個系統性模型來分析的。那我們就需要考慮到風級主軸軸承的布置形式對它的載荷是什么樣一個影響。我們常見的裝機主軸承布置形式有三種，第一、三點支撐，這個圖片上主軸軸承有一個軸承，另外是齒輪箱內部的軸承進行支撐。對這樣一個設計，作為這樣一個傳動模型，宏觀來看，它是一個兩點支撐，主軸是作為一個定位端，整個齒輪箱以扭力臂這個位置作為一個浮動端的設計。從主軸到齒輪箱箱體，這個力的傳遞就是第一級行星架軸承。從這個系統模型來看，這個行星架軸承承受的載荷是風力載荷，對這種設計，我們對軸承的考核是尤其關鍵的，尤其是它的承載能力和壽命。我們必須建立如圖所示的系統模型才能對軸承進行考核，這時候需要施加的載荷就是風力載荷以及一些部件的制作。
    對于這種情況是不存在我們今天要提到的第二點載荷區域風險的，因為兩個軸承承受的間相載荷都是比較大的，方向也是一致的，這個大家可以做一個對比。
    追軸軸承的第二種和第三種控制形式是兩點支撐和單個軸承支撐。這兩種設計有一個共同點，從理論上講，如果主機的傳動系統設計的是達到我們理想情況，主軸軸承承受了所有的風力載荷，包括間相載荷，軸向載荷，以及彎距。對于齒輪箱第一級軸承它的載荷在哪里呢?如圖所示，整個齒輪箱的重量通過第一級轉嫁軸承傳到主軸上，最終釋放到機架上。通常對于齒輪箱箱體本身的重心相對于我們軸承的位置，它是一個偏心的，再加上整個傳動系統有一個傾角，這兩個軸承承受的載荷是呈對角曲線的。上方向的軸承承載區域在下部，下方向的軸承承載區域在上部。因為齒輪箱這樣一個縱向分離，我們上方向的軸承還需要承受一個軸向載荷。這種載荷有一個特點，由于齒輪箱的動力本身很輕，這兩個軸承的間相載荷是很小的。