13092187002
18662083226
18662083226
如圖1位變槳軸承（四點(diǎn)角接觸球軸承），四點(diǎn)角接觸球軸承常見于變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，變槳軸承安裝一般采用螺栓緊固于安裝基礎(chǔ)上的方式，其受力和變形情況受螺栓預(yù)緊力影響，換句話說，螺栓預(yù)緊力影響四點(diǎn)角接觸球軸承的可靠運(yùn)行。因此分析螺栓預(yù)緊力對載荷分布的影響，根據(jù)應(yīng)用場合選擇合適的預(yù)緊力和實現(xiàn)方式具有很重要的意義。
圖1
螺栓預(yù)緊力對四點(diǎn)角接觸球軸承載荷分布的影響
1、均布預(yù)緊力大小的影響
為了研究均布預(yù)緊力大小對軸承載荷分布的影響，在ANSYS中用命令流方式分別添加不同螺栓預(yù)緊力108、270、449、542、630kN，得到如圖2所示的載荷分布曲線。
圖2不同螺栓預(yù)緊力時接觸載荷分布
由圖8可知，在螺栓預(yù)緊力分布均勻的情況下，當(dāng)預(yù)緊力為500kN時，軸承最大接觸載荷最小。當(dāng)預(yù)緊力低于500kN時，軸承最大接觸載荷與預(yù)緊力成反比，且當(dāng)預(yù)緊力低于270kN時，隨著預(yù)緊力減小，最大接觸載荷增幅明顯增大，從87439．31N增大到90469．39N，增幅為3．5％；當(dāng)預(yù)緊力大于500kN時，軸承最大接觸載荷呈小幅增長，從86573．57N增大到86660．15N，增幅為0．1％。由于預(yù)緊力過小時，在彎矩M作用下，軸承易發(fā)生偏斜，變形加大;在預(yù)緊力過大時，初始變形增大，從而影響軸承疲勞壽命(見表5)。
圖3不同預(yù)緊力下軸承最大接觸載荷
樣本采用M32的10.9級螺栓，屈服極限為900MPa，許用載荷為715kN，因此建議螺栓預(yù)緊力為許用載荷的70%。
2、非均布預(yù)緊力的影響
在實際中，常用控制螺栓預(yù)緊力的方法均會產(chǎn)生預(yù)緊力誤差，例如感覺法最大誤差可達(dá)40%。預(yù)緊力誤差將導(dǎo)致整個軸承上螺栓預(yù)緊力分布不均。為了研究螺栓預(yù)緊力分布不均對軸承工作狀態(tài)下載荷分布的影響，選擇如圖4所示螺栓預(yù)緊力分布(“●”處螺栓預(yù)緊力為700kN，“O”處螺栓預(yù)緊力為150kN)。對應(yīng)滾珠-滾道接觸載荷分布如圖5所示。
圖4螺栓預(yù)緊力分布
圖5非均布預(yù)緊力時接觸載荷分布
由圖4可知，螺栓預(yù)緊力分布不均對滾珠-滾道最大接觸載荷及其出現(xiàn)位置產(chǎn)生了影響。在螺栓預(yù)緊力變化的位置接觸載荷有明顯突變(最大突變發(fā)生在147.5°處，變化量為9505.1N)，加大了接觸載荷分布不均度，從而影響軸承疲勞壽命。因此，在可靠性要求較高的場合，亦采用力矩法等高精度預(yù)緊力加載方法。
3、內(nèi)、外圈預(yù)緊力差異的影響
為了分析內(nèi)、外圈上螺栓預(yù)緊力存在差異對滾珠-滾道接觸載荷的影響，分別對內(nèi)、外圈預(yù)緊力為150、700kN和內(nèi)、外圈預(yù)緊力為700、150kN這兩種情況進(jìn)行計算，計算結(jié)果如圖6所示。由圖6a可知，內(nèi)、外圈上螺栓預(yù)緊力為150、700kN時，上、下滾道間接觸載荷差異相比均布預(yù)緊力時增大。在182.15°位置最大，最大接觸載荷差值為26694.96N，其最大接觸載荷為87039.31N。由圖6b可知，內(nèi)、外圈上螺栓預(yù)緊力為700、150kN時，上、下滾道間接觸載荷差異進(jìn)一步增大。在186.49°位置最大，最大接觸載荷差值為26991.07N，其最大接觸載荷為88612.46N。
圖6內(nèi)、外圈與激勵有差異時接觸載荷分布
因此，當(dāng)內(nèi)、外圈上螺栓預(yù)緊力存在差異時，上、下滾道接觸載荷分布規(guī)律變化不大，但其差異較大，且外圈預(yù)緊力小于內(nèi)圈預(yù)緊力時最大。上、下滾道接觸載荷差異較大，造成上，下滾道壽命差異較大，從而使軸承整體壽命降低，并盡量減小內(nèi)、外圈預(yù)緊力差異。
4、結(jié)論
1）在均布螺栓預(yù)緊力下，滾珠-滾道接觸載荷隨螺栓預(yù)緊力的增加，先逐漸減小后小幅增加，建議螺栓預(yù)緊力為許用載荷的70%。
2）在非均布螺栓預(yù)緊力下，滾珠-滾道接觸載荷分布波動增強(qiáng)，預(yù)緊力變化的位置接觸載荷發(fā)生突變。因此，在可靠性要求較高場合，建議采用力矩法等高精度預(yù)緊力加載方法。
3）當(dāng)軸承內(nèi)、外圈螺栓預(yù)緊力存在差異時，上、下滾道的接觸載荷差異增大，且外圈預(yù)緊力小于內(nèi)圈預(yù)緊力時差異更大，建議外圈螺栓預(yù)緊力大于內(nèi)圈預(yù)緊力，且盡量減小差異。
綜上，螺栓預(yù)緊力對變槳軸承載荷分布影響很大，適當(dāng)大小且分布均勻的預(yù)緊力，及較小內(nèi)、外圈預(yù)緊力差異是軸承可靠工作的重要保證。
"
