桨轴承微动磨损分析与沟道参数确定

竖塑!Q鲤二塑丝 CN4l一1148／TH 轴承2010年6期 Bearin92010，No．6 9—12 变桨轴承微动磨损 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与沟道参数确定 王思明1，文鉴恒2，杜海若1，许明恒1 (1．西南交通大学机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，成都610031；2．成都重型轴承研究所，成都610031) 摘要：在交变和振动载荷的作用下，风力发电机组变桨轴承的主要失效形式为钢球和沟道之间的微动磨损。分 析了变桨轴承微动磨损产生的原因、损伤形式及微动运行模式，为降低变桨轴承的微动磨损，通过试验对其沟 道参数的取值进行了研究。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：变桨轴承的沟道曲率半径系数为0．53左右，初始接触角为45。左右时， 可提高变桨轴承的抗微动磨损能力，减缓沟道微动磨损损伤。 关键词：变桨轴承；四点接触球轴承；风力发电机；微动磨损；沟道曲率 中图分类号：THl33．33+1文献标志码：B 文章编号：1000—3762(2010)06一0009—04 FrettingWearAnalysisofWindTurbinePitchBearings andDeterminationofRacewayParameters WANGSi—min91，WENJian—hen92，DUHai一1"1101，XUMing—hen91 (1．SchoolofMechancialEngincefing，SouthwestJiantongUnivemity，Cbengdu610031，China； 2．ChengduHeavy—DutyBearingResearchInstitute，Cbengdu610031，China) Abstract：Underahematingloadandvibrationload。themainfailureformofwindturbinepitchbearingisfrettingwest thatoccursbetweenballandrace．ThecauseanddJ啪agepattemoffrettingwestandmlcromotionmodelwereanalyzed forthepitchbearing．Inordertoreducefrettingdamageofthepitchbearing，thedeterminationofracewayparametemis discussedbasedOiltheresultsoffrettingwearexperiments．Theresultsshowthat∞leetingthegroovecurvaturecoettl— cient8,80．53andinitialcontactangleas45。，thefrettingwearresistanceofthepitchbearingisincreased． Keywords：pitchbearing；fourpointcontactballbearing；windturbine；frettingwear；racewayparameter 变桨轴承采用的结构形式多为内圈带齿或无 齿双排四点接触球轴承⋯。变桨轴承安装于叶片 和轮毂之间，使叶片可以相对其轴线旋转进行变 桨，可起到平稳风力发电机组在额定功率点以上 输出功率等作用【2J。 变桨轴承工作环境恶劣，受力复杂多变。工 作过程中，其承受的通过叶片传递的载荷有：阵风 和湍流引起的随机载荷，风切变、塔影、侧风和偏 航率等引起的气动载荷，叶片重力、惯性力和偏航 等引起的周期载荷，控制系统产生的如刹车、偏 航、变距、脱网等载荷和瞬态气流瞬时载荷口“】。 这些载荷将使变桨轴承承受交变的径向载荷、轴 收稿日期：2009一10—20；修回日期：2010一02—26 作者简介：王思明(1973一)，男，博士生，主要研究方向为 机电液一体化及CAD。E—mail：warn_814@163．com。 向载荷和倾覆力矩。因此，为提高我国风力发电 机轴承的设计水平，使风力发电机组可靠运行，分 析变桨轴承的微动磨损以及沟道参数对损伤的影 响很有意义。 1微动磨损 1．1产生原因 变桨轴承工作中基本处于静止或缓慢摆动状 态。摆动或交变、振动载荷将使变桨轴承的钢球 与沟道接触处以及轮齿接触处产生微小的相对运 动，当接触处的润滑油脂不能及时补充时，就容易 产生微动磨损。同时，风力发电机组通常处在复 杂多变的大气环境中，受气温变化形成的冷凝水、 海风中的盐分、酸雨和腐蚀性气体等的腐蚀，遭受 的微动磨损中伴随有微动腐蚀，加剧了变桨轴承 微动磨损。因此，微动磨损是变桨轴承主要失效 万方数据 ·10· <轴承)2010．No．6 形式[s。】。 1．2损伤形式 根据文献[7]可以推断，在变桨轴承中发生的 微动磨损与普通微动磨损一样包括两种情况：(1) 钢球在沟道接触表面上小幅反复相对滑动，造成 沟道表面的机械损伤；(2)钢球和沟道在较大的接 触压力和微动的共同作用下，在接触表面产生裂 纹。在微动反复作用下，裂纹扩展并最终形成剥 落。裂纹的产生是因为局部疲劳所致，也是微动 磨损的机理之一。实际中，接触滑动磨损与局部 接触疲劳在微动过程中存在一种竞争机制¨J。微 动磨损最终会在变桨轴承沟道上产生伪布氏压痕 或蚀坑，使轴承转动摩擦阻力增大，并引起卡阻使 变桨困难。而微动产生疲劳裂纹将加速变桨轴承 的失效，大大降低轴承的使用寿命。 1．3微动运行模式 外部载荷的随机性决定了变桨轴承沟道上微 动运行模式的不确定性。不同位置的钢球与沟道 间发生的微动磨损也不尽相同，并且微动磨损过 程中还有润滑脂和腐蚀气体的参与，增加了微动 磨损过程的复杂性。 以双列四点接触球轴承为例分析接触表面的 微动运行模式。文献[9]指出，只要钢球与沟道的 接触角不为零，在内沟道或外沟道中通常都会存 在钢球的自旋运动。因此，变桨轴承在叶片产生 的摆动或交变、振动载荷作用下，其钢球和沟道之 间的微动运行模式比较复杂。从严格意义上来 说，变桨轴承钢球和沟道之间除了存在切向微动、 径向微动、滚动微动和扭动微动组成的复合微动 外(图1a)，还有由于叶片的扭转振动或变桨过程 中的往复摆动，使钢球在沟道接触表面发生往复 Heathcote滑动(差动滑动)而引起的微动¨0l，如图 lb所示。事实上，由于变桨轴承中润滑脂的存在， 变桨轴承钢球和沟道之间发生的是有润滑脂参与 的以上几种形式的复合微动。 2沟道参数的确定 下面从往复Heathcote滑动微动磨损和径向 与切向组成的复合微动磨损两方面来分别讨论四 点接触球式变桨轴承的沟道曲率半径系数和初始 接触角的取值。 2．1 沟道曲率半径系数 向心球轴承的沟道曲率半径系数f=0．515— 0．525u¨。而对于四点接触球转盘轴承的密合度 n一转动幅度；D一位移幅度 (a)钢球在沟道上相对运动形式 黏着区 滑动区 (b)接触面上往复差动滑动 图1 变桨轴承微动运行模式示意图 通常为[12】： 咖=等一0．96。 式中：币为该轴承的密合度；仉为钢球直径；r为 套圈沟道曲率半径。 则该轴承的沟道曲率半径系数为： 厂=者一O．52。 二tD 文献[13]表明，球轴承沟道曲率半径的增大 对减小其微动磨损有很大影响。在对钢球直径为 7．94mln，沟道曲率半径为4．02—4．21nlln的轴承 进行差动滑动形成的微动磨损试验得出，沟道曲 率半径为4．21nlln，即沟道曲率半径系灯=0．53 时，在钢球和沟道接触中心处没有发现磨损。说 明少量增加内、外沟道曲率半径可以大大减缓沟 道微动磨损引起的失效。所以在保证接触应力小 于许用接触应力的情况下，可减小微动磨损的最 佳沟道曲率半径要比普通轴承沟道曲率半径稍大 一些。 另外，由于润滑脂为半固体，流动性差，当沟 道曲率半径较小时，轴承的密合度较大；因此，润 滑脂很难进入接触表面，并易在微动的自我清洗 作用下被清除出接触区域。而且轴承沟道曲率半 径较小也不利于减小变桨轴承的转动摩擦力矩。 因此，从减缓变桨轴承微动磨损角度出发，其沟道 曲率半径系数可取在0．53左右。 2．2初始接触角 四点接触球转盘轴承的初始接触角一般取 45。，但为了提高轴向载荷的承载能力，也可取较 大的接触角(60。一70。)n2I。根据理论计算，四点 卜 万方数据 王思明等：变桨轴承微动磨损分析与沟道参数确定 接触球转盘轴承在初始接触角为600左右对轴向 载荷的承载能力最大¨4。。 为研究变桨轴承不同初始接触角下对微动磨 损的影响，设计了如图2所示的微动磨损试验装 置。钢球试样直径40mm，材料GCrl5，硬度62 HRC；平板试样取变桨轴承用材料42CrMo，尺寸 70tnln×30mill×20mm，整体淬火硬度58—60 HRC，粗糙度R．=0．8mm。0分别采用450，600两 种倾角进行加载试验。试验前在平板试样上均匀 涂抹一次变桨轴承专用润滑油。加载力在1一lO kN之间进行正弦变化，频率为10Hz，以模拟变桨 轴承在风力发电机组上工作时受到的交变载荷， 载荷交变运行105次。 一60HRC的42CrMo试样来说，倾角为450时比倾 角为60。时的微动磨损量小，也即抗复合微动磨损 能力强。这是因为试验中的微动磨损损伤是切向 和径向微动分量共同作用的结果。倾角较小时， 以切向滑动微动磨损为主。随着倾角的增加，径 向微动磨损作用增强，即微动疲劳裂纹产生的机 率增大，材料以疲劳剥落形式出现，这种形式的损 伤要比切向滑动微动损伤更严重[1引。 分析变桨轴承的接触角和上述试验的倾角0 受力方向可知，与接触角600左右相比，变桨轴承 初始接触角为450左右时可减少微动疲劳裂纹产 生和扩展的机会，从而减缓沟道材料的疲劳剥落， 增加轴承的疲劳寿命。综合考虑变桨轴承的抗微 动磨损与承载能力，初始接触角最好在45。一60。 内取偏小值。 力 3 结论 1一液压系统恬塞；2—平板试样央具；3一平板试样；4一球试样； 5—球试样央具；6一载荷传感器 图2轴承微动磨损模拟试验装置示意图 加载试验完成后，用光学显微镜对45。和60。 两种倾角下平板试样微动磨痕进行观察，观察结 果如图3和图4所示。 图3 45。试样微动磨痕表面光学显微形貌 图4 600试样微动磨痕表面光学显微形貌 对比图3和图4可见，倾角为45。的试样上的 磨痕面积虽然比倾角为60。的试样要大；但后者接 触表面中心材料剥落严重。这说明对于硬度为58 (1)在交变载荷和振动载荷作用下，变桨轴承 的钢球与沟道之间要发生往复Heathcote滑动、径 向和切向等复杂的复合微动磨损。 (2)变桨轴承沟道曲率半径系数应比普通轴 承沟道曲率半径系数稍大一些(0．53左右)，而 其初始接触角应在45。附近取值，这样有利于提 高变桨轴承的抗微动磨损能力，减缓沟道微动磨 损损伤。 参考文献： [1]孙立明，陈原，宋丽．风力发电机组关键轴承设 计技术[J]．轴承，2008(特刊)：49—54． [2]宋海辉．风力发电技术及工程[M]．北京：中国水利 出版社，2009． [3]廖明夫，CaschR，TweleJ．风力发电技术[M]．西安： 西北工业大学出版社，2009． [4]TonyBurton，DavidSharpe，NickJenkins，eta1．Wind ’EnergyHandbook[M]．JohnWaey＆SonsLtd．，2(105． [5]ErrichellRobert．AnotherPerspective：FalseBrinelling andFrettingCorroeion[J]．Tribology＆Lubrication Technology，2004，60(4)：34—36． [6]赵联春，季英昌，刘日宣，等．风力发电机轴承润滑脂 抗微动磨损性能评价及分析[J]．轴承，2008(特 刊)：151—154． [7]何明鉴．机械构件的微动疲劳[M]．北京：国防工业 出版社，1994． [8]周仲荣．关于微动磨损与微动疲劳的研究[J]．中国 机械工程，2000，11(10)：1146—1150． [9]HarrisTA．RollingBearingAnalysis[M]．3rd．New 万方数据 堡塑!Q塑=三!丝 CN41—1148／TH 轴承2010年6期 Bearin92010，No．6 12—14 基于ANSYS的平地机用向心关节轴承的改进 王虎奇‘，李春青“，申其芳‘，苏荣君4 (f-西工学院a．机械工程系．b．汽车工程系，广西柳州545006) 摘要：针对某国产160马力平地机上的GE60ES向心关节轴承使用中经常出现外圈碎裂的现象，对该轴承的工 作特点及承载特性进行了分析；利用软件，建立关节轴承有限元计算模型，计算出了径向载荷和轴向载荷下轴 承的应力分布云图。可知外圈油槽处有明显的应力集中，通过取消外圈上的油槽使轴承外圈应力分布均匀，解 决了轴承外圈碎裂问题。 关键词：向心关节轴承；平地机；有限元分析；改进 中图分类号：THl33．33；0241．82文献标志码：B 文章编号：1000—3762(2010)06一{)012—03 ImprovementofSphericalPlainBearingsonGraderBasedonANSYS WANGHu—qi‘，LIChun—Qing‘，SHENQi—Fang‘，SURong—Jun‘ (a．MechanicalEIlginceringInstitute；b．AutomotiveEngineeringInstitute， Guan函University0fTechnology，Liuzhou545006，China) Abstract：Aimedatthebmaking0fouterringfrequentlyoccurredintheapplication0fradialsphericalplainbearirIg GE60ESusedinsx锄derhingejoint，theload．conditionsal'osumupby血eanalysisofstructuralandloadingcharacteri8- 6c0fthebearing．Finiteelementcalculationmodelofthebeatingisfoundedandim8h哪distributinggraphisealculat- edbyANSYS．Theresultsshowthatobrviousstressconcentrationislocatedatthelubricatinggrooveofouterring．Abol- ishingthegroovemakethe8tIe髓distributionintheouterringsmooth。eliminatingbreakingoftheouterring． Keywords：radialsphericalplainbeaiing；grader；finiteelementanalysis；improveddesign 1 平地机用关节轴承的工作特点及 结构 平地机广泛用于公路、铁路、机场、停车场等 收稿日期：2009—12—23；修回Et期：2010—04—06 作者简介：王虎奇(1971一)，男，湖南长沙人，副教授，研究 方向为工程结构系统优化设计。E-mall：gxwhq@163．伽。 大面积场地的整平作业，也用于农田整地、路堤整 形及林区道路的整修等作业。某国产160马力平 地机采用车架分体式结构，分前车架与后车架。 前、后车架通过铰接销轴和关节轴承连接，该结构 布置有助于灵活转向，提高作业效率。 铰接部位是整个平地机的关键承载部位，其 结构如图1所示，前、后车架的工作载荷都会传递 至铰接处。铰接部位的承载最终靠向心关节轴承 York：JohnWacyandSons．Inc．，1991． [10]uQi—j恤，ShimaMasayuki，YamamotoTakashi，eta1． StudyonFrettingWearofRoilingBe丽ng(Part4)一 EffectsofVariousFactomonFrettingWear[J]．Journal ofJapaneseSocietyofTribolngists，1995，40(12)：1029 —1036． [11】万长森．滚动轴承的分析方法[M]．北京：机械工业 出版社，1987． [12]徐立民，陈卓．回转支承[M]．合肥：安徽科学技术 出版社。1988． [13]ShimaM．DesignEffectsOntheFrettingWearBehav． iourofBallBearings[J]．TribolngyInternation，1997。 30(10)：773—778． [14]林砺宗．大型四点角接触球轴承刚度分析[J1．轴承， 1993(5)：2-5． [15]周仲荣，朱曼昊．复合微动磨损[M]．上海：上海交通 大学出版社，2004． (编辑：温朝杰) 万方数据 变桨轴承微动磨损分析与沟道参数确定 作者： 王思明， 文鉴恒， 杜海若， 许明恒， WANG Si-ming， WEN Jian-heng， DU Hai-ruo， XU Ming-heng 作者单位： 王思明,杜海若,许明恒,WANG Si-ming,DU Hai-ruo,XU Ming-heng(西南交通大学,机械工程 学院,成都,610031)， 文鉴恒,WEN Jian-heng(成都重型轴承研究所,成都,610031) 刊名： 轴承 英文刊名： BEARING 年，卷(期)： 2010，(6) 被引用次数： 0次 参考文献(15条) 1.周仲荣;朱旻昊 复合微动磨损 2004 2.孙立明;陈原;宋丽 风力发电机组关键轴承设计技术 2008(特刊) 3.Harris T A Rolling Bearing Analysis 1991 4.周仲荣 关于微动磨损与微动疲劳的研究[期刊论文]-中国机械工程 2000(10) 5.何明鉴 机械构件的微动疲劳 1994 6.赵联春;季英昌;刘日宣 风力发电机轴承润滑脂抗微动磨损性能评价及分析 2008(特刊) 7.Errichell Robert Another Perspective:False Brinelling and Fretting Corrosion 2004(04) 8.Tony Burton;David Sharpe;Nick Jenkins Wind Energy Handbook 2005 9.廖明夫;Gasch R;Twele J 风力发电技术 2009 10.宋海辉 风力发电技术及工程 2009 11.林砺宗 大型四点角接触球轴承刚度分析 1993(05) 12.Shima M Design Effects on the Fretting Wear Behaviour of Ball Bearings 1997(10) 13.徐立民;陈卓 回转支承 1988 14.万长森 滚动轴承的分析方法 1987 15.LI Qi-jun;Shima Masayuki;Yamamoto Takashi Study on Fretting Wear of Rolling Bearing (Part 4)- Effects of Various Factors on Fretting Wear 1995(12) 相似文献(1条) 1.期刊论文 汪洪.胡宝成.陈原.WANG Hong.HU Bao-cheng.CHEN Yuan 变桨轴承空载摩擦力矩的有限元分析计算 - 轴承2011(2) 以有限元分析方法为基础,介绍了风力发电机变桨轴承在空载和钢球预过盈的情况下摩擦力矩的计算方法,进而研究了安装单排钢球和双排钢球空载 变桨轴承摩擦力矩比值的理想值,结果表明,变桨轴承空载时理想的摩擦力矩比小于2,大致为1.3～1.4. 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_zc201006003.aspx 授权使用：洛阳工学院（河南科技大学）(wflskd)，授权号：9f8de6cb-e25f-490c-9aea-9ee5009101b5 下载时间：2011年5月16日