一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承，采用在轴承滚子外沉积复合减摩层的方法，该复合减摩层由通过离子注入与沉积工艺获得掺杂Ti的DLC膜和润滑（MoS2或WS2）膜复合组成，提高轴承滚子基体与DLC膜间的结合能力，增加膜层与基体结合处的强度，降低摩擦系数，在宽温域下具有良好的减摩耐磨性，又因圆柱滚子外表面的复合减摩层与滚道的材料不同，防止变桨轴承运转过程中圆柱滚子与滚道之间在较大接触力并发生相对运动时形成的粘着磨损，变桨轴承的使用寿命提高了10倍以上，同时，也因表面膜层的摩擦系数降低后，使轴承运行过程中产生的噪音变小。使轴承运行过程中产生的噪音变小。

【技术实现步骤摘要】
一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承


[0001]本专利技术涉及风电轴承
，尤其涉及一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承。

技术介绍

[0002]在现代工业中，轴承被广泛应用在各类机械设备中，其主要作用是支承转动零件的运转。近几年随着风电技术不断发展，风力发电机组趋向大兆瓦级发展，其变桨控制系统由集中统一变桨发展到独立控制变桨，变桨轴承是电动变桨系统的重要组成部分，内外圈通过螺栓分别与叶片和轮毂连接，变桨轴承的内圈或外圈带有轮齿，通过与齿轮啮合，带动其旋转变桨。当风向发生变化时，通过变桨驱动电机轴承转动而改变叶片的迎风角，使叶片保持在最佳的迎风状态，由此控制叶片的升力，变桨轴承的作用不仅是变桨，它是叶片与轮毂之间的连接件，因此也肩负着传递载荷的作用，该类轴承在正常运转过程中需要承受较大的轴向、径向载荷和倾覆力矩，且风力发电机组使用工况复杂、尺寸大、实际工作环境恶劣。
[0003]风力发电机工作中的大部分时间内，由于叶片的振动使变桨轴承既承受很大的振动冲击负荷，又经常处于静止不动或处于低速摆动。风力发电机上的交变、振动载荷将使变桨轴承的滚动体和套圈以及轮齿的接触面之间产生微小相对往复运动，滚动体与滚道之间很难形成良好的油膜，润滑油、脂从接触面之间挤压出去，且接触表面之间的相互位移很小以至于润滑油、脂难以重新分布，同时保护钢的自然氧化膜被清除，使金属和金属直接接触，造成干磨擦，引起表面凸起的粘着，产生微动磨损，微动磨损的表现形式是粘着磨损；又因变桨轴承的滚动体和套圈滚道这两种性质相近材料形成的摩擦副之间在较大接触力并发生相对运动时，由于粘着效应造成粘着点处发生剪切断裂，使材料表面剥落或者材料粘着在某一材料上，润滑不好、微观滑动引起的打滑都会加剧粘着磨损；变桨轴承的微动磨损失效在滚道上形成压痕，磨屑与润滑脂混合成膏状物，导致轴承运转的卡阻，严重时微动损伤会继续引发轴承微动裂纹的萌生、扩展，甚至断裂失效，严重制约变桨轴承的运行可靠度和工作寿命。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承，采用在轴承滚子外沉积复合减摩层的方法，该复合减摩层由通过离子注入与沉积工艺获得掺杂Ti的DLC膜和润滑（MoS2或 WS2）膜复合组成，提高轴承滚子基体与 DLC膜间的结合能力，增加膜层与基体结合处的强度，降低摩擦系数，防止圆柱滚子与滚道的粘着磨损，具有更高的耐磨性，提高变桨轴承的使用寿命。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承，包括内圈、外圈、保持架和圆柱滚子，内圈和外圈之间设有两排承受轴向力的轴向圆柱滚子以及一排承受径向力的径向圆柱滚子，轴向圆柱滚子与径向圆柱滚
子均以过盈配合安装在内圈和外圈之间，沿每排圆柱滚子的环向安装有保持架，保持架部分地包裹圆柱滚子，引导圆柱滚子并将其保持在轴承内；保持架采用自润滑材料制成；圆柱滚子的外表面镀有复合减摩层。
[0006]所述圆柱滚子外表面镀的复合减摩层为：掺杂Ti的DLC膜+润滑膜；润滑膜中的矿物微粉不仅粘附在DLC膜表面上，更是有一些超微小粉粒渗入DLC膜的金属或非金属空隙中，DLC膜和润滑膜之间结合紧密形成一体化的复合减摩层。
[0007]所述润滑膜为MoS2或 WS2固体润滑膜。
[0008]其中MoS2或 WS2为纳米级。
[0009]一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承在圆柱滚子外表面制备复合减摩层的方法，包括以下步骤：步骤一、采用轴承钢调制后加工成圆柱滚子，其加工的表面粗糙度为Ra0.1～Ra 0.16
µ
m；步骤二、进行超声波丙酮清洗；步骤三、利用离子注入与沉积工艺在圆柱滚子外表面制备了类金刚石 （DLC）膜，采用中频磁控溅射离子镀装置，其中钛靶一对，另加一个射频石墨靶材，钛靶主要起掺杂作用，加装射频靶作为离子源功率6kw，加热功率18kw，使用带脉冲的偏压电源功率25kw；采用钛靶做过渡层增加基材表面的硬度，该层在基材次表层不小于100nm，温度为200
‑
400℃，厚度不小于500nm；步骤四、再开射频通入C2H2气体沉积偏压在50
‑
200V，真空度在l
‑
2Pa制备DLC膜层；逐渐增加含C的C2H2气体，保持Ti在膜层中的比例在5
‑
15%之间，成膜时间180min，总膜厚5
‑
15um；步骤五、利用球磨法并加温在圆柱滚子DLC膜外表面制备润滑膜，使掺杂Ti的DLC膜和润滑膜融合；转速为 200r/min，加热温度为200
‑
350℃，制备时间为10h—20h，真空10
‑3Pa～10Pa，采用Ar气作为保护气氛。
[0010]三排圆柱滚子变桨轴承的径向力和轴向力由两排圆柱柱滚分别承受，使反力方向与轴承所承受负荷的主力方向一致，因此可以减少圆柱滚子和滚道的接触负荷；保持架部分地包裹全部或部分滚子，并随之运动，用以隔离滚子，并引导子并将其保持在轴承内，保持架采用自润滑材料制成，自润滑保持架可以提供转移膜，起到良好的润滑作用，进一步减小工作时滚子、保持架与内、外圈滚道之间的摩擦。
[0011]粘着效应是圆柱滚子与滚道之间的两滚动表面相互挤压，界面两种材料在分子级别形成粘着结点，并在滚动过程中分离的现象，粘着效应与材料性能、接触状况（尤其是接触作用力大小） 以及环境污染等密切相关，其中滚圆柱子和滚道两材料之间性质越接近粘着效应越明显，影响最大。在圆柱滚子外表面镀有复合减摩层，改变滚动界面的一种材料，圆柱滚子外表面的复合减摩层与滚道的材料不同，有效防止两种性质相近材料形成的摩擦副之间在较大接触力并发生相对运动时形成粘着磨损。
[0012]在圆柱滚子表面镀上复合减摩层则可以直接实现滚子和滚道之间的润滑，易达到稳定润滑状态。通过控制钛掺杂量改变圆柱滚子外表面的DLC膜的硬度和耐磨性能，以提高DLC膜的附着力并降低其内应力。磁控靶可以转换成阴极电弧靶，利用电弧离子镀产生的高度离化的金属钛离子轰击基体表面，提高沉积率和附着力；在圆柱滚子基材表面沉积不少
于5微米的含Ti类金刚石涂层，其拥有良好的抗化学腐蚀性能、高硬度来增强耐磨性，其摩擦系数低于0.08，同时拥有了钢材的高韧性。
[0013]提高材料的耐磨性应该从提高硬度、减小摩擦系数两个方面着手，单纯提高材料的硬度并不一定使材料的耐磨性有很大的提高，类金刚石涂层（DLC）是以碳元素为主要成分，包含石墨（sp2）与金刚石（sp3），它是一种具有优良摩擦性能和较高硬度的非晶体硬质薄膜，它的性能介于金刚石与石墨之间。类金刚石涂层生物相容性好、惰性较高、耐酸碱腐蚀，并且具有良好的抗粘结性能，DLC膜磨损的产物是微小的C，具有固体润滑的作用，能够减小摩擦系数，降低比磨损率。DLC膜在磨损过程中，接触面存在的摩擦变形在DLC膜表面产生微小的C，从而在摩擦配副的接触面上形成一层转移膜，使接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承，其特征在于，包括内圈、外圈、保持架和圆柱滚子，内圈和外圈之间设有两排承受轴向力的轴向圆柱滚子以及一排承受径向力的径向圆柱滚子，轴向圆柱滚子与径向圆柱滚子均以过盈配合安装在内圈和外圈之间，沿每排圆柱滚子的环向安装有保持架，保持架部分地包裹圆柱滚子，引导圆柱滚子并将其保持在轴承内；保持架采用自润滑材料制成；圆柱滚子的外表面镀有复合减摩层。2.根据权利要求1所述的一种低摩擦长寿命的大功率风电三排圆柱滚子变桨轴承，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯健，李彬，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：