軸承軸套松動故障處理及優化探討

毛中保

摘 要：通過風力發電機組軸承定位軸套松動的故障現象、設計結構分析，結合機組情況，設計鎖緊螺母旋緊工裝（一次裝卡、多次旋緊，現場、車間通用）。使用工裝在定位套軸向預緊固的情況下，軸向繼續壓緊0.3～0.4mm，給予軸套一定的預緊力，進一步加強軸承內圈的軸向定位，消除故障。同時依據風電機組常用軸承定位結構，提出優化軸承內圈定位的兩種設計方案，并結合各機型，總結出目前風機設備中常用的、可靠的軸承軸向定位結構，便于設計沿用。

關鍵詞：軸套松動；工裝旋緊；預壓；軸承定位

中圖分類號：TV743 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0044-02

1 故障情況

某風電場巡檢中發現風電機組出現軸承后軸套同主軸旋轉不同步，軸套同主軸、鎖緊螺母之間存在相對運動，磨損。具體情況見圖1、圖2。

2 原因分析

結合故障及設計結構分析，導致故障出現的原因有以下三方面：

（1）軸套同主軸接觸面積小且為間隙配合，在軸承內圈蠕動及鎖緊螺母預壓力不足或消失的情況下，機組旋轉后軸套易出現相對滑動。

（2）裝配過程中鎖緊螺母未緊固，給予軸套的軸向預壓力不足，加快后軸套松動、出現相對滑動。

（3）鎖緊螺母防松裝置未起到防松作用，機組運行后鎖緊螺母松脫。

3 故障處理和優化改進

3.1 故障處理方案

將鎖緊螺母旋緊，加強對軸承內圈的軸向定位，確保軸承內圈、后軸套、鎖緊螺母間緊固。

故障處理時要將鎖緊螺母旋緊，必須在機組上尋找合適的施力點。目前機組上沒有強度足夠的可以借用施力點。因此必須利用機組現有結構制作工裝。在鎖緊螺母同后軸套緊貼、初步旋緊后，再使用工裝將鎖緊螺母再次緊固，對軸套施加一定的軸向預壓力。

3.1.1 工裝設計思路及要求

（1）適合現場及車間裝配使用；

（2）借助前軸承后端蓋安裝螺紋孔安裝固定端，在鎖緊螺母上安裝移動端，在固定端和移動端之間放置施力裝置，通過施力裝置推動螺母旋轉、緊固；

（3）采用薄型千斤作為施力裝置推動鎖緊螺母旋轉。薄型千斤行程有限，在工裝設計上要考慮一次裝卡、多次推進，且多次推進僅需調整工裝、無需操作風機設備。

3.1.2 工裝及使用方法

工裝分為固定板、座板、推板三個主要部分并附帶調整墊板（詳見圖3）。座板上布置有3組推板安裝螺紋孔，每組螺紋孔間距為4°，可確保在不旋轉主軸的情況下往復推進3次，降低了現場操作、調整難度，省時、省力。

固定板通過螺栓固定在相對靜止的前軸承后端蓋上。座板放置在鎖緊螺母的弧面上，用螺栓固定。

主軸旋轉，座板中間位置位于豎直位置時，將主軸剎車、鎖定。試裝推板，確保推板與固定板間的間距在70mm左右。位置合適后用螺栓將推板與座板連接。推板應使用座板上最右側螺紋孔固定，目的是在薄型千斤在推動一個行程后，推板拆卸后可以向左側移動、固定，再進行一次推動。最多可以往復推動3次。推動鎖緊螺母旋轉約12°，軸向推進行程約為7*12°/360°=0.233mm。鎖緊螺母在初步鎖緊的情況下，軸向在推進0.233mm，足以將后軸套同軸承內圈頂緊，加強軸承內圈定位。

現場處理完畢后需在鎖緊螺母和主軸，后軸套和鎖緊螺母間畫防松標記線，便于后期定期檢查是否相對移動；

3.2 針對故障在設計、工藝上改進的思考及建議

故障原因如前所述有三個方面，解決的焦點集中在主軸和軸套的配合、鎖緊螺母的緊固及防松。針對這方面，后續優化改進方案有以下兩種：

方案1：不改變目前軸承內圈的軸向定位結構，優化局部細節設計。調整軸套同軸的配合，加長后軸套同軸的有效接觸長度。優化前、后比對見圖4、圖5。

（1）將后軸套同主軸的間隙配合調整為過渡配合（熱裝），同時增加軸套和主軸的有效接觸長度（19mm調整到63mm），增強后軸套的軸向、徑向定位，降低其軸向移動和在主軸上滑動的風險。

（2）對現有結構無大幅改動，涉及局部微調：1）調整后軸套內孔尺寸，2）優化T型螺紋退刀過渡圓弧。

存在的問題：主軸T型螺紋退刀槽圓角由R120調整到R50會對主軸的強度造成一定影響，需要重新校核。

方案2：優化前軸承內圈軸向定位設計，采用前軸套、鎖緊螺母的形式，取消后軸套（將后軸套和鎖緊螺母做為一體）。優化前、后比對見圖6、圖7。

減少后軸套，降低了失效風險。此種軸承內圈的定位結構在軸承廠家也為推薦常用結構。

存在的問題：鎖緊螺母結構尺寸發生變化，成本和制造工藝性相對提高。

兩種結構上的優化改進在軸承定位方面均較為常用。第一種方案對主軸局部結構有一定改動，需從主軸結構強度進行評估。第二種方案對主軸無改動，鎖緊螺母改動較大，需要考慮其生產成本和工藝性。綜合考慮推薦采用方案2作為后續機組前軸承內圈定位優化改進的方案。

4 結語

此次故障的現象是后軸套松動磨損，但通過對故障分析，原因歸結為軸承軸向定位設計問題。縱觀各種風機軸系中軸承軸向定位設計，常用軸承軸向定位結構有以下兩種（詳見圖8、圖9）：（1）在空間、結構允許的條件下，多采用法蘭止口預壓的結構（兩邊法蘭止口或是一邊檔臺、另一邊法蘭止口）對軸承進行軸向定位；（2）在無條件使用法蘭止口預壓的情況下，可采用軸肩或檔臺加鎖緊螺母的結構形式。此時如果在軸肩、鎖緊螺母和軸承間使用過渡軸套，此時過渡軸套要和同軸承配合的軸采用過渡或小過盈配合，同時保證有充足的接觸面，加強其軸向的定位。這兩種相對可靠、典型的軸承定位結構應在后續的機組設計中首先予以推廣使用，同時需在確保穩定的情況下進行適當的、必要的優化改進。endprint