風電齒輪箱行星輪軸承跑圈失效論述

沈峰

摘要：本文主要講述了風電齒輪箱行星輪軸承跑圈失效的相關內容，重點對行星輪軸承跑圈造成的后果以及具體的情況開展了分析。風電齒輪箱當中的行星輪軸承發生跑圈的情況，會對齒輪箱的正常運轉產生影響。通過對上述內容分析以及討論，以期將風電齒輪箱當中行星輪軸承跑圈的情況避免，保證其正常運行。

關鍵詞：風電齒輪箱;行星輪軸承;使用壽命

1 風電齒輪箱行星輪風電齒輪箱跑圈情況

當前，雙饋型齒輪箱是市場當中主要的風電齒輪箱，其既可以是兩級平行級加一級行星級結構，也可以是一級平行級加兩級行星級結構。在行星輪當中，一個最重要的零件就是行星輪軸承，如果行星輪軸承比較可靠，那么整個齒輪箱就可以保持穩定。有很多的案例都是在研究齒輪故障，已經解決了很多的問題，但是只有很少的案例是針對行星輪軸承來討論的。在二零一五年的時候，在風電機組運行過程中，逐漸暴露出了齒輪箱軸承跑圈問題。軸承跑圈一般是指軸承的外圈和軸承的軸承座或者軸和軸承的內圈間出現了不同幅度的相對位移。在齒輪箱運行階段，如果行星齒輪軸承出現跑圈的現象，會對變速箱造成一定的損害，如果情況不是很嚴重的話，就會對軸承的使用壽命產生影響，但是如果情況比較嚴重的話，那么就會對整個齒輪箱的正常運轉產生影響。根據相關的統計可以了解，在十萬臺中國的裝機運轉機組當中，有百分之十以上都會發生跑圈故障問題，其既可以在雙饋電機型機組中出現，而且也有可能在對主傳動系統軸承使用比較少的直驅機組當中發生。在國外的廠商當中也會有軸承跑圈的問題存在。軸承跑圈問題會帶來較多的損失，將電機組的運行維修成本提高。在將風電齒輪箱拆解后，能夠全面了解和掌握一級行星傳動機構失效的誘發因素，行星輪軸承外圈對行星輪發生軸向移動，行星輪軸承在一級行星架當中將一個環槽磨出，在將其割開之后，對槽開展檢測工作，槽寬約為十四毫米，槽深約為七十五毫米，其具體情況如表1所示：

2 風電齒輪箱行星輪軸承跑圈分析

2.1 宏觀分析

行星輪的軸承外圈位置發生了轉移，可以從拆除的軸承外圈看出來圓柱段和軸承外圈的滾珠擋邊產生了斷裂的情況，這樣就無法定位軸承的外圈。在擋邊的圓角處，裂紋的源頭一般會在斷口位置具有比較明顯的疲勞擴展區，同時在行星輪軸承內外壁會出現不同程度的磨損現象，在外壁會出現明顯的軸向滑動痕跡，在內壁滾珠也會出現比較明顯的軸向竄動痕跡。從結構方面進行研究發現，誘發行星輪軸承失效的原因如下：（1）行星輪軸承外圈擋邊所產生的疲勞強度無法對這種多重疲勞的作用承受，因為在擋邊當中的最大受力區域比較薄，外圈擋邊和圓柱體間過渡圓角比較小，從而出現應力集中現象。（2）在兩個軸承內圈間未按照要求安裝隔套，并且在對行星輪銷軸進行安裝的時候，可能會導致右邊的軸承內圈向左邊移動的情況發生，所以無法保證軸承軸向的游隙，進而出現無軸向游隙工作，誘發軸承對附加的軸向力承受。在工作的過程當中，一旦受熱，可能會導致軸承具有更加惡劣的受力情況。（3）和行星輪軸承的潤滑油孔數量與潤滑油孔尺寸相結合，如果潤滑油量達到每分鐘三十升的時候，潤滑油的值和計算的值大致相同。潤滑油量比較大時，將會加快軸承外圈冷卻，這樣就會在行星輪和軸承外圈間產生比較大的溫差，大大降低了軸承內孔和外圈間的過盈量，將軸承外圈打滑的現象加劇。

2.2 微觀分析

通過使用斷口掃描電鏡分析以及化學成分分析等方法分析軸承外圈失效的地方，對行星輪軸承失效的原因從微觀的方面分析。斷口呈現的是比較規則的弧形面，在這當中會產生比較明顯的疲勞弧線特征，而且在局部呈現出比較典型的放射棱線，其屬于疲勞開裂比較明顯的特征。在對放射棱線的收斂方向進行分析發現，裂紋一般是從擋邊凹槽處開始。可以從掃描電鏡分析當中得出，斷口最后的斷裂區具有比較粗糙的表面，有撕裂棱線存在，其具體情況如表2所示。

3 總結

綜上，通過研究風電齒輪箱行星輪軸承的相關內容，并分析軸承外圈的宏觀結構以及微觀結構，可以將行星輪軸承失效的原因找到。但是這種行星輪系統當中出現結構偏載的現象沒有辦法避免，所以在對其設計的過程當中，需要對無外圈軸承結構以及柔性銷軸結構設計，減少這些情況的發生，保證行星輪軸承運行的穩定性。

參考文獻：

[1] 鄒俊偉，周志欣，曹科名等.風電齒輪箱行星輪組件軸向游隙偏大原因分析[J].機械設計與制造，2017（01）.

[2] 曾雨田，李金庫，胡云波等.風電齒輪箱行星輪軸承跑圈失效分析[J].機械工程師，2019（04）.

（作者單位：南京高速齒輪制造有限公司）