風(fēng)電機(jī)組主軸及軸承座裝配工藝質(zhì)量控制

黃彥杰

摘要：裝配是制造過(guò)程的最后一個(gè)階段，也是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。對(duì)于不同的產(chǎn)品，裝配過(guò)程不同，裝配精度和裝配質(zhì)量也不同。因此，有必要安排合理的裝配工藝。本文主要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸和軸承座裝置的裝配過(guò)程，詳細(xì)闡述了如何合理裝配，以有效控制其裝配質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：組裝;工藝質(zhì)量控制

引言

裝配是機(jī)械制造和維修中的重要工藝環(huán)節(jié)。它是根據(jù)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和流程，使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆蜋C(jī)器，對(duì)合格的零部件進(jìn)行必要的協(xié)調(diào)和連接的過(guò)程。裝配技術(shù)是機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。裝配工藝的質(zhì)量直接決定著最終產(chǎn)品的質(zhì)量。裝配不是合格零件的簡(jiǎn)單組合。

高質(zhì)量的零件和低質(zhì)量的組裝也可能生產(chǎn)低質(zhì)量的產(chǎn)品;高質(zhì)量組裝可以在低精度零部件的基礎(chǔ)上組裝高質(zhì)量的產(chǎn)品。因此，在研究我單位風(fēng)電機(jī)組主軸和軸承座的裝配時(shí)，綜合多種裝配工藝，制定出適合我單位的合理裝配工藝，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

1主軸軸承類(lèi)型

在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，主軸軸承承受來(lái)自葉輪的推力和彎矩等交變載荷以及葉輪本身的重力載荷，并將復(fù)雜的氣動(dòng)載荷過(guò)濾為發(fā)電機(jī)的純扭矩輸出。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用承載能力大的滾柱軸承。

1.1調(diào)心滾子軸承

調(diào)心滾子軸承由帶球面滾道的外圈、雙滾道內(nèi)圈、保持架和雙列球面滾子組成。由于外圈球面滾道中心與軸承中心一致，具有對(duì)中性能，能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整主軸與軸承座的制造裝配誤差和軸的撓度引起的傾斜。該軸承能承受較大的徑向載荷和雙向軸向載荷，適用于風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈低速端的支撐。

采用帶兩件式調(diào)心滾子軸承的兩點(diǎn)支承傳動(dòng)鏈。前軸承作為游動(dòng)端，只承受徑向力，后軸承作為固定端，同時(shí)承受徑向力和軸向力。這種布置有一個(gè)稍長(zhǎng)的軸系和一個(gè)稍重的傳動(dòng)鏈，但確保了齒輪箱有一個(gè)良好的應(yīng)力環(huán)境，并提高了裝置的可靠性。

1.2圓錐滾子軸承

圓錐滾子軸承的內(nèi)圈和外圈都有錐形滾道，滾子也是錐形的。圓錐延伸，其頂點(diǎn)與軸承軸上的一點(diǎn)相交。因此，軋輥可以在滾道上實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)。圓錐滾子軸承是一種獨(dú)立的軸承。軸承的內(nèi)圈（滾子、保持架和內(nèi)圈）和外圈可以方便地分離和安裝。

在單點(diǎn)支承的傳動(dòng)鏈中，通常使用O形排列的雙列圓錐滾子軸承作為支承。軸承外圈與機(jī)架直接連接，內(nèi)圈過(guò)盈裝配在主軸上，風(fēng)輪載荷通過(guò)軸承傳遞給機(jī)架。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)鏈剛性好，但軸承成本高，多用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

1.3圓柱滾子軸承

圓柱滾子軸承是一種獨(dú)立的軸承，安裝拆卸方便，能承受較大的徑向載荷。這種軸承允許內(nèi)圈軸和外圈軸之間的角度誤差非常小，并且對(duì)軸和軸承座的加工精度和剛度有很高的要求。否則，很容易在滾道的接觸部分產(chǎn)生不均勻的載荷或應(yīng)力集中。對(duì)滾子或滾道的接觸母線(xiàn)進(jìn)行改造后，可以減少應(yīng)力集中的發(fā)生。

圓柱滾子軸承不能承受軸向載荷，通常與X型雙列圓錐滾子軸承結(jié)合使用。為了滿(mǎn)足軸承運(yùn)行精度的要求，前后軸承座整體設(shè)計(jì)制造。這種排列方式對(duì)加工、制造和裝配精度有很高的要求。

2主軸軸承多剛體動(dòng)力學(xué)模型的建立

2.1主軸軸承動(dòng)力學(xué)模型的生成

用UG對(duì)230/670CA/W33的調(diào)心滾子軸承進(jìn)行建模，以X_T格式導(dǎo)入Adams。模型導(dǎo)入后，設(shè)置系統(tǒng)單位為MMKS，設(shè)置重力加速度，將內(nèi)圈、外圈、保持架分別命名，將滾子進(jìn)行編號(hào)，最后設(shè)置調(diào)心滾子軸承的材料屬性。

2.2約束的添加

Adams/View中通過(guò)在各個(gè)構(gòu)件之間添加不同的約束模擬現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組主軸軸承實(shí)際運(yùn)行條件，設(shè)置外圈固定，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，滾子與內(nèi)外圈及保持架之間添加接觸。

2.3接觸力的定義

滾子與內(nèi)外圈及保持架之間為接觸約束，Adams對(duì)零部件間的接觸力定義為零部件間的碰撞力。AdamS中計(jì)算碰撞力的方法有兩種：一是恢復(fù)系數(shù)法;二是沖擊函數(shù)法。本文要得到比較準(zhǔn)確的碰撞力，因此選用沖擊函數(shù)法。接觸力分為兩部分：正壓力和摩擦力。正壓力用impact函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，摩擦力用coulomb法進(jìn)行計(jì)算。

impact函數(shù)的表達(dá)式為

δ≤δ0（7）

δ>δ0

式中，K為剛度系數(shù);δ0為兩碰撞物體間初始距離;δ為實(shí)際碰撞過(guò)程中的實(shí)際距離;Cmax為最大阻尼系數(shù);e為碰撞指數(shù);d為刺入深度。

2.4碰撞參數(shù)的設(shè)定

由Adams沖擊函數(shù)定義可知，求解碰撞力需要確定剛度系數(shù)K、最大阻尼系數(shù)Cmax、碰撞指數(shù)e、阻尼系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的刺入深度d。

2.4.1剛度系數(shù)K

調(diào)心滾子軸承屬于線(xiàn)接觸，由赫茲接觸理論得

Kj=7.86×104l8/9（N·mm-10/9）式中，l為滾子有效長(zhǎng)度。

2.4.2碰撞指數(shù)e

碰撞指數(shù)e反映材料的非線(xiàn)性程度，對(duì)于金屬其推薦值為1.3～1.5。

2.4.3最大阻尼系數(shù)Cmax

最大阻尼系數(shù)Cmax表示碰撞的能量損失，通常設(shè)為剛度系數(shù)K的0.1%～1%。

3與軸承座間的配合對(duì)軸承的影響

調(diào)心滾子主軸軸承外圈為靜止套圈，受局部載荷，一般采用間隙配合，允許外圈在載荷作用下產(chǎn)生微量的圓周滑動(dòng)，以緩慢改變其承載區(qū)域，使套圈滾道表面圓周方向均勻受力。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于摩擦，外圈溫度高于軸承座，兩者間由于材料線(xiàn)膨脹系數(shù)的不同及溫差的影響而使間隙值發(fā)生變化。軸承與軸承座之間的配合應(yīng)保證不會(huì)在軸承運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的熱脹應(yīng)力，由溫差引起的兩者間隙值變化量可由下式估算：

ΔST=（0.1～0.15）ΔTαd.式中：ΔST為溫差引起的間隙值變化量，mm;ΔT為外圈與環(huán)境溫差，℃;α為線(xiàn)膨脹系數(shù)。軸承鋼線(xiàn)膨脹系數(shù)約為12.5×10-6/℃;d為軸承外徑，mm。

4結(jié)語(yǔ)

不同軸承類(lèi)型的傳動(dòng)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行條件及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)選擇配置。對(duì)兩點(diǎn)支撐式傳動(dòng)鏈調(diào)心滾子主軸軸承的靜力學(xué)分析、軸承選型計(jì)算、軸承與周邊結(jié)構(gòu)件的匹配設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，可為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司.全國(guó)滾動(dòng)軸承產(chǎn)品樣本：第2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]楊校生.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場(chǎng)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.