舍弗勒：揭秘风电齿轮箱轴承失效原因

    除此之外，包括我们提到的从应用分析来降低齿轮箱的失效风险，包括前行轮轴承的应用它的打滑导致的早期失效，我们现在推广的应用是不带外圈的轴承设计，我们讲整合式轴承设计。右下角红框圈出来的是我们提到的失效模式，就是在行星架轴承档边的失效。我们可以看到，目前我们齿轮箱最典型的设计就是一级行星，加两级平行轴，包括两级行星加两级平行轴这样的设计形式。在这样的设计当中考虑的成本和设计空间通常在第一级行星架的位置我们应用的轴承有圆柱轴承，也有圆锥轴承。但是，过去很多应用里面，我们看到比较多的满装的应用，这么一个应用，我们应用这么多年，在1.5MW到2MW的范围内它的风险是非常低的。但是随着齿轮箱设计的增大，如果我们把这种设计简单的放大，我们就看到了一个新的风险，这一块就看到了对圆柱轴承套餐档边和滚子发生的磨损失效。图片左边的小图片是滚子的断裂，这种情况继续发生下去，就是整个轴承的破坏失效，最终导致齿轮箱的失效。
    这种情况是怎么发生的呢?针对这样的情况，我们可以采取哪些手段避免来提高我们齿轮箱的可靠性呢?针对这一点，我从这样一个机理出发，最终抛砖引玉提出一点预防措施这样的建议。我们讲要考虑轴承的载荷特性，我们就要考虑轴承所载的工况，第一级的行星架载荷来源不是来自于齿轮箱的扭力，或者力矩，它的来源更多和主轴，包括齿轮箱箱体的支撑相关的这样一个系统性模型来分析的。那我们就需要考虑到风级主轴轴承的布置形式对它的载荷是什么样一个影响。我们常见的装机主轴承布置形式有三种，第一、三点支撑，这个图片上主轴轴承有一个轴承，另外是齿轮箱内部的轴承进行支撑。对这样一个设计，作为这样一个传动模型，宏观来看，它是一个两点支撑，主轴是作为一个定位端，整个齿轮箱以扭力臂这个位置作为一个浮动端的设计。从主轴到齿轮箱箱体，这个力的传递就是第一级行星架轴承。从这个系统模型来看，这个行星架轴承承受的载荷是风力载荷，对这种设计，我们对轴承的考核是尤其关键的，尤其是它的承载能力和寿命。我们必须建立如图所示的系统模型才能对轴承进行考核，这时候需要施加的载荷就是风力载荷以及一些部件的制作。
    对于这种情况是不存在我们今天要提到的第二点载荷区域风险的，因为两个轴承承受的间相载荷都是比较大的，方向也是一致的，这个大家可以做一个对比。
    追轴轴承的第二种和第三种控制形式是两点支撑和单个轴承支撑。这两种设计有一个共同点，从理论上讲，如果主机的传动系统设计的是达到我们理想情况，主轴轴承承受了所有的风力载荷，包括间相载荷，轴向载荷，以及弯距。对于齿轮箱第一级轴承它的载荷在哪里呢?如图所示，整个齿轮箱的重量通过第一级转嫁轴承传到主轴上，最终释放到机架上。通常对于齿轮箱箱体本身的重心相对于我们轴承的位置，它是一个偏心的，再加上整个传动系统有一个倾角，这两个轴承承受的载荷是呈对角曲线的。上方向的轴承承载区域在下部，下方向的轴承承载区域在上部。因为齿轮箱这样一个纵向分离，我们上方向的轴承还需要承受一个轴向载荷。这种载荷有一个特点，由于齿轮箱的动力本身很轻，这两个轴承的间相载荷是很小的。