滚珠轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析

随着风力发电机功率的不断提高，以往在主轴支撑结构中使用较多的调心滚子轴承正在逐渐地被滚珠轴承

方案所取代。常见的滚珠轴承方案有三种，分别是双列滚珠轴承+圆柱滚子轴承方案，两个单列滚珠轴承配合使用方案以及一个超大滚珠轴承方案。这三种方案具有一定的共性，但又各自具有不同的特点，因此适用于不同的主轴设计思路。本文通过比较的方法阐述了这三种滚珠轴承方案的特点以及在轴承选型分析时需要注意的关键点。

双列滚珠轴承+圆柱滚子轴承方案
1．布置结构
这种方案被广泛地应用于兆瓦级风机的主轴支撑结构中，常见的布置形式有两种：滚珠轴承布置于上风向位置，圆柱滚子轴承布置于下风向位置；滚珠轴承布置于下风向位置，圆柱滚子轴承布置于上风向位置。无论哪一种布置形式，一般滚珠轴承都作为固定端支撑而承受轴向力，而圆柱滚子轴承则作为浮动端吸收轴向热膨胀。滚珠轴承被布置于上风向时，由于其不仅要承受很大的径向力还要承受轴向力，所以轴承所需的承载能力要远远大于下风向的圆柱滚子轴承。因此轴承的成本相对较高，但是滚珠轴承可以采用预紧也即负游隙从而使得轮毂端的刚性得到提高。
2．游隙及锥角的选择
这种方案比较常见的组合是NU/NNU型圆柱滚子轴承加上双内圈型滚珠轴承，有时也会采用NJ型圆柱滚子轴承。双列滚珠轴承其两排滚子间的载荷分配一般都不是均匀的，承受外部轴向力的一列受力要大很多，相应地疲劳寿命也会小很多，适当减小游隙可以在一定程度上避免这种情况的发生。图1和图2所示为某1.5MW风机同一工况下不同游隙所形成的承载区比较。这种方案采用的滚珠轴承的锥角一般都比较小，原因在于相同尺寸下缩小锥角可以提高轴承的径向承载能力。另外，轴承采用小的锥角可以减少双列滚珠轴承发生单列承载情况的概率。

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