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主軸軸承作為風電機組的核心部件，由于其使用環(huán)節(jié)的惡劣和受載情況的復雜以及安裝的不方便，風電機組對主軸軸承的設計和選型有一定的要求，如果選型不正確會個風電機組帶來故障產(chǎn)生巨大的影響，本公司作為軸承行業(yè)的一站式服務網(wǎng)站，來給大家分享有關風電機組主軸軸承選型的一些方案，希望對風電機組的使用有一定的幫助。
第一種方案：3點支承的軸承方案
3點支承的軸承結構一般為在風輪側設計為獨立軸承室，軸承室內(nèi)安裝1個球面滾子軸承，主軸與齒輪箱采用脹緊套連接，2個圓柱滾子軸承安裝在齒輪箱內(nèi)，而齒輪箱采用扭力臂進行支承，其結構如圖1所示。
圖1 3點支承的軸承結構
3點支承軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點：是軸承本身的設計和制造的難度小，可以承受齒輪箱所要求的較大偏轉角。
其缺點如下：
1）軸向游隙比較大，加載后軸向的定位較差；
2）主軸承上沒有預緊力，加載后軸向位移相對較大，同時由于沒有預緊力，單個滾子可能存在不轉動的情況，從而導致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命；
3）軸向力較大時，雙列的球面滾子軸承變?yōu)橹挥袉瘟惺茌d，使受載列的載荷大小增加；
4）所有的載荷均通過的齒輪箱，影響齒輪箱的壽命
5）軸的尺寸小，載荷對軸的影響大。
第二種方案：2點支承的軸承方案
2點支承的軸承方案是指兩個軸承的組合，可以分為：球面滾子軸承與調(diào)心滾子軸承組合、球面滾子軸承與圓柱滾子軸承組合、雙列圓錐滾子軸承與圓柱滾子軸承組合、2個單列圓錐滾子軸承組合（又可分為長軸和短軸2種設計方案）、面對面的雙列圓錐滾子單軸承以及集成設計。
2.1、球面滾子軸承＋調(diào)心滾子軸承組合
球面滾子軸承＋調(diào)心滾子軸承的結構形式一般為主軸被2個軸承支承，靠近風輪側的主軸承為球面滾子軸承，而靠近齒輪箱側的主軸承為調(diào)心滾子軸承，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接﹐其結構如圖2所示。
圖2 2點支承（球面滾子軸承+調(diào)心滾子軸承）的結構形式
球面滾子軸承＋調(diào)心滾子軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸結構的優(yōu)點是沒有或較少的載荷作用在齒輪箱上，同時依靠扭力臂來承受較小的變形，并且裝配比較簡單。
其缺點如下：
1）軸向游隙比較大，輪轂在軸向的定位不好；
2）主軸承上沒有預緊力，受載后軸向位移相對較大，同時由于沒有預緊力，單個袞子可能存在不轉動的情況。從而導致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命；
3）軸的尺寸小，載荷對軸的影響大。
2.2、球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承
球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承結構形式：
球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承的結構形式一般為主軸被2個軸承支承，靠近風輪側的主軸承為球面滾子軸承，而靠近齒輪箱側的主軸承為圓柱滾子軸承，2個主軸軸承共用1個軸承室，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖3所示。
圖3 2點支承（球面滾子軸承+圓柱滾子軸承）的結構形式
球面滾子軸承＋圓柱滾子軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點是沒有或較少的載荷作用在齒輪箱上，同時依靠扭力臂來承受較小的變形，并且裝配比較簡單。
其缺點如下：
1）軸向游隙比較大，輪轂在軸向的定位不好；
2）主軸承上沒有預緊力，受載后軸向位移相對較大，同時由于沒有預緊力，單個滾子可能存在不轉動的情況，從而導致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命；
3）主機架的尺寸大或由多個部件組成，導致主機架的成本較高和加工較困難；
4）由于圓柱滾子軸承對內(nèi)外圈的同軸度和相對偏斜較敏感，在設計或者裝配不良的情況下，球面滾子軸承的徑向游隙將導致圓柱滾子的損壞；
5）由于軸和軸承的尺寸相對較小，因此軸系的整體剛度相對較低，載荷對軸的影響較大。
2.3、雙列圓錐滾子軸承＋圓柱滾子軸承
雙列圓錐滾子軸承＋圓柱滾子軸承結構形式：
這種結構形式一般為主軸被2個軸承支承，通?？拷L輪側的主軸承為雙列圓錐滾子軸承，而靠近齒輪箱側的主軸承為圓柱滾子軸承，2個主軸軸承共用1個軸承室，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖4所示。
圖4 2點支承（雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承）的結構形式
雙列圓錐滾子軸承＋圓柱滾子軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點主要有：
1）沒有軸向游隙，軸向定位較好；
2）可以通過增加軸承之間的距離來增加承載能力，軸承的可適用范圍較大；
3）軸和軸承的直徑較小，成本較低；
4）由于消除了軸向游間隙，軸系整體剛度相對較高，動態(tài)載荷對其影響較小。
這種軸承結構的缺點主要有：
1）圓柱滾子軸承由于沒有預緊力，單個滾子可能存在不轉動的現(xiàn)象，從而導致滑動，這樣會產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命，對于3MW 以上的機組所用的圓柱滾子軸承，滾子質(zhì)量和慣性力大，圓柱滾子軸承由于沒有預緊力，可能會導致滾子打滑損壞，出現(xiàn)微點蝕的可能性較大；
2）主機架的尺寸大，軸承室加工精度要求相對較高或由更多部件組成，主機架成本較高；
3）裝配比較復雜；
4）軸承座的同心度等幾何公差要求比較高。
2.4、2個小直徑的單列圓錐滾子軸承
2個小直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式：
2個小直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式一般為主軸被2個圓錐滾子軸承支承，2個主軸軸承共用1個軸承室，主軸一般為直徑較小且長度較長的結構，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖5所示。
圖5 2支承（2個小直徑的單列圓錐滾子軸承）的結構形式
2個小直徑的單列圓錐滾子軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點主要有：
1）沒有軸向游隙，軸向定位較好；
2）可以通過增加軸承之間的距離來增加承載能力，軸承的可適用范圍較大；
3）軸承的直徑比單軸承的小，容易制造成本低；
4）由于主軸系的長度比較長，容易獲得較大的葉尖安全距離(葉尖與塔簡壁的距離）；
5）由于2個軸承一般處于預緊狀態(tài)，因此軸系的整體剛度相對較大，在較大的動態(tài)載荷作用下，軸系的結構變形相對較小，能夠承受較大的動態(tài)載荷。
這種軸承結構的缺點主要有：
1）主機架的尺寸大或由更多部件組成，主機架成本較高；
2）裝配時需要將2個軸承調(diào)節(jié)至一定的預緊量，因此裝配比較復雜；
3）2個軸承座的同心度要求比較高，加工成本較高；
4）傳動鏈整體長度較長，機艙尺寸不緊湊。
2.5、2個大直徑的單列圓錐滾子軸承
2個大直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式：
2個大直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式一般為主軸被2個大直徑的圓錐滾子軸承支承，2個主軸軸承共用1個軸承室，主軸一般為直徑較大且長度較短的結構，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖6所示。
圖6 2點支承（2個大直徑的單列圓錐滾子軸承）的結構形式
2個大直徑的單列圓錐滾子軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點主要有：
1)軸承一般處于預緊狀態(tài)，沒有軸向游隙，軸向定位較好，且預緊力比較容易施加；
2)可以通過增加軸承之間的距離來增加承載能力，軸承的可適用范圍較大；
3）軸承的直徑比單軸承的小，容易制造﹐成本相對單軸承低；
4）安全裕度大，方便進行大葉片的開發(fā)；
5)由于該種配置一般選用較小的滾子接觸角小，因此動軸和定軸之間的溫差﹑溫度變化以及裝配誤差等問題對軸系的預緊影響相對較小，軸承壽命受環(huán)境和裝配誤差影響較??；
6)軸的直徑比較大，而且2個軸承之間的間距比較小，所以軸系整體剛度比較大，結構變形較小。
這種軸承結構的缺點主要有：
1)主機架的尺寸大或由更多部件組成，軸承室加工精度要求較高，主機架成本較高；
2)軸承對溫度的變化比較敏感，但對于主軸軸承，由于轉速比較低，溫度變化比較小，所以影響也比較?。?/p>
3）軸系裝配較復雜，裝配工時較長。
2.6、單軸承
單軸承的結構形式：
單軸承的結構形式一般為主軸被1個大直徑的圓錐滾子軸承支承，主軸一般為直徑大且比較短的結構。齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖7所示。
圖7 2點支承（單軸承）的結構形式
單軸承結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點主要有：
1）沒有軸向游隙，軸向定位較好；
2）主軸的長度短，傳動鏈緊湊﹐機艙的長度能設計的比較短；
3）軸承滾子及滾道直徑均較大，且軸長度較短，所以軸系整體剛度大，載荷引起的結構變形小；
4）軸承在兩側都能進行潤滑，所以容易潤滑。
這種軸承結構的缺點主要有：
1）隨著功率等級的增加，軸承的直徑會越來越大，例如6MW容量等級的機組單軸承的軸承外徑達到3.6 m，很少有軸承廠家能夠加工制造，因此價格比較高；
2）由于軸承直徑較大，因此軸承密封設計較困難，常規(guī)設計不能達到較好密封效果，軸承密封成本較高；
3）軸承的滾子比較大，存在滑動的可能性，而滾子的滑動將影響軸承的壽命；4)滾子類似于圓柱，預緊力較小時會存在扭轉的情況，導致所有的載荷作用在1個轉子單元上，從而導致其損壞。
2.7、集成設計
集成設計結構形式：
集成設計的結構形式為主軸被2個單列圓錐滾子軸承承撐，2個軸承共用1個軸承室，齒輪箱和主軸之間采用過盈配合或花鍵聯(lián)接，軸承室與齒輪箱的箱體通過螺栓連接在一起，也就是說主軸系與齒輪箱集成在一起，其結構如圖8所示。
圖8 2點支撐（集成設計）的機構形式
集成設計結構的優(yōu)缺點：
這種軸承結構的優(yōu)點主要有：
1）軸系一般處于預緊狀態(tài)，因此無軸向游隙，軸向定位較好；
2）主軸系與齒輪箱集成在一起，結構緊湊，機艙長度較短；
3）主軸與齒輪箱采用配合定位，傳動鏈整體對中較好；
4）扭矩以外的力通過軸承室直接傳遞至主機架，不經(jīng)過齒輪箱，因此齒輪箱只承受純扭矩作用；
5）因為齒輪箱與主軸系集成為一體，所以主軸承可采用油潤滑，降低主軸潤滑的污染情況，改善軸承的潤滑，對軸承的壽命有利。
這種軸承結構的缺點主要有：
1）主機架與齒輪箱的聯(lián)接方式除了考慮載荷傳遞外，需要減振﹐降低齒輪箱振動的影響；
2）由于主軸承和齒輪箱集成—體，因此主軸承維護性較差；
3）軸承對溫度的變化比較敏感，但對于主軸軸承，由于轉速比較低，溫度變化比較小，所以影響也比較小。
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