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)和連接的過程。裝配技術(shù)是機(jī)電產(chǎn)品開發(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主軸軸承類型

在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行過程中，主軸軸承承受來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)圈過盈裝配在主軸上，風(fēng)輪載荷通過軸承傳遞給機(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)行過程中產(chǎn)生過大的熱脹應(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為線膨脹系數(shù)。軸承鋼線膨脹系數(shù)約為12.5×10-6/℃;d為軸承外徑，mm。

4結(jié)語

不同軸承類型的傳動(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]洛陽軸研科技股份有限公司.全國滾動(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.