本发明专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承，包括轴承外圈、轴承内圈和两排滚子；其特征在于：调心滚子轴承上靠近风轮侧的一排滚子的长度小于另一排滚子的长度。轴承设计方法，包括：a.建立坐标系；b.利用计算主轴受力；c.计算调心滚子轴承受力；d-1.计算接触应力；d-2.取下限值；d-3.取上限值；d-4.利用差值法进行计算；d-5.计算满足|-|<3/100且|-|<3/100的比例系数，设计出符合要求的轴承。本发明专利技术的轴承和轴承计算方法，有效减小了滚子与滚道的接触应力，采用有限元和差值算法，将两排滚子接触应力的差值控制在较小的3%以内，解决了滚子受力不均衡问题，降低了故障率，提高轴承使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，更具体的说，尤其涉及一种应用于兆瓦级风电机组上的两滚子不相等的风力发电机主轴调心滚子轴承及其设计方法。
技术介绍
风能资源作为一种清洁的可再生能源，在全世界广泛存在，资源丰富，取之不竭，用之环保。风能发电因此具有安全、清洁的特点，可为人类提供长期稳定的能源供应。目前，主要发达国家、发展中国家，都已经将发展风能发电技术作为国策和应对新世纪能源挑战的重要手段。传动链是风力发电机组的核心部分，而主轴轴承是支撑传动链正常运转的关键部件，主轴轴承性能直接决定风电机组运行的可靠性，主轴轴承的设计是传动链设计的重要组成部分。调心滚子轴承具有承载能力强，制造简单，装配工艺性好的特点，目前，商业运行的兆瓦级风电机组多采用双列球面滚子轴承形式，并且两列滚子规格相同，但是，由于风电机组均为水平轴机组，在机组运行过程中，风轮受到的推力极大，该推力载荷则全部由主轴轴承承担。由于双列调心滚子轴承本身的设计特点，在上风向收到推力时，下风向侧的滚子受载远大于上风向侧，根据现场测试，两列滚子的受力差别至少在3倍以上，前后两列滚子受力不均衡性，后排滚子及其滚道的磨损较为严重，严重影响了机组的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种应用于兆瓦级风电机组上的两滚子不相等的风力发电机主轴调心滚子轴承及其设计方法。本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承，风力发电机包括接受风能的风轮、用于传递动力的主轴以及设置于主轴上的轴承座组成，轴承座组成包括起承载作用的调心滚子轴承，调心滚子轴承包括轴承外圈、轴承内圈和两排滚子；其特征在于调心滚子轴承上靠近风轮侧的一排滚子的长度小于另一排滚子的长度。主轴用于将风轮的转动传递到齿轮箱的输入端，调心滚子轴承设置在轴承座组成上，保证主轴能够自由转动。由于调心滚子轴承不仅受压力作用，还受由风轮产生的强大推力作用，致使远离风轮端的一排滚子极易磨损；因此将远离风轮侧的滚子长度设计为大于另一排滚子的长度，可有效增加整个调心滚子轴承的耐磨性能，延长使用寿命。本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承，所述轴承内圈上设置的与两排滚子相配合滚道宽度不等，与大尺寸滚子相配合的滚道宽度大于与小尺寸滚子相配合的滚道宽度。两排滚子的尺寸不相等，易于加工出与滚子长度相适应的滚道。本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承，所述轴承外圈上设置有润滑油槽，润滑油槽偏向小尺寸滚子的一侧。润滑油槽设置于两排滚子之间的轴承外圈上。本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承，所述轴承座组成还包括轴承端盖、轴承座、密封圈和密封支撑圈；轴承座位于调心滚子轴承的外围，轴承端盖、密封圈和密封支撑圈位于调心滚子轴承的两侧。本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承的设计方法，风力发电机包括风轮、起增速作用的齿轮箱以及用于连接风轮与齿轮箱的主轴，调心滚子轴承设置于主轴上，调心滚子轴承上靠近风轮侧的滚子长度小于靠近齿轮箱侧的滚子长度；其特征在于，轴承设计方法包括以下步骤a.建立坐标系，以风轮与主轴的交点为原点建立竖直平面内的二维坐标系，该坐标系是不随风轮转动的静止坐标系；b.计算主轴在坐标原点处的受力，设巧为由风轮所受推力产生的作用力，巧为由风轮和主轴部件的重力产生的作用力，根据公式计算出巧的大小； F1 = IcfPV2(I) 其中，Cf为推力系数力空气密度，V为风速；推力系数Cf根据推力系数曲线取平均风速对应值，风速r可取年平均风速简化计算；c.计算调心滚子轴承受力，设调心滚子轴承中心所受的推力和压力分别为^和A，齿轮箱在竖直方向对主轴产生的作用力为巧;由4 =巧、A =巧+巧计算出调心滚子轴承所受的推力和压力；d.调心滚子轴承设计，设靠近风轮一侧的为前排滚子，长度为Zs ;靠近齿轮箱一侧的为后排滚子，长度为& ;前排滚子和后排滚子与滚道的接触应力分别为I和匕；设比例系数4 : m ;按照以下步骤计算出A的大小d-l.计算滚子与滚道的接触应力，当取具体数值的情况下，根据调心滚子轴承的轴承内圈直径、轴承外圈直径、轴承宽度、推力足和压力A，计算出接触应力[4和6 ；d-2.取下限值，取一组前、后排滚子长度值石和11,根据步骤d-l中的计算方法计算前、后排滚子与滚道的接触应力U1、F1,调整Z1和巧的大小，使％ > F1，记录4 = X1 / Y1中為的值；d-3.取上限值，取一组前、后排滚子长度值尤2和& ,根据步骤d-l中的计算方法计算前、后排滚子与滚道的接触应力％、匕，调整12和/2的大小，使>r2，记录為=Z2 /r2中為的值；d-4.取a = (4 + 4)/2，根据為=X3 / ,计算芩和A的值，根据步骤d-i中的计算方法计算前、后排滚子与滚道的接触应力％、G ;若U3<G,则取為=(為+為)/2 ;若％ >r则取為=(為+為)，依次类推；d-5.在步骤d-4中，比例系数為=Xj / Fi时，计算对应的接触应力是否满足I Ui - Fj I〈3 Ui /100且 -^ I〈3 Vi /100，记录满足条件的為值，根据石和K值确定轴承滚子大小，设计出符合要求的轴承。本专利技术的计算方法，可以利用有限元算法计算滚子与滚道的接触应力，利用插值法确定两排滚子的比例系数，设计出两排不同规格的滚子，使前后两排滚子所受的接触应力尽可能相等，接触应力的差值在较小的接触应力3%以内认为满足设计要求。步骤d采用插值法进行计算，取较大的滚子比例系数為和较小的滚子比例系数為，使前后两排滚子接触应力出现大小相反的状态，取為与為的均值4再比较在比例系数為下轴承前后两排滚子接触应力状态；若為下与為下两排滚子的接触应力状态相同，则取為与為的均值为比例系数4反之则取為与為的均值为比例系数I以此类推，直到轴承前后两排滚子接触应力的差值在较小的接触应力3%以内。本专利技术的有益效果是本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承，根据轴承前、后排滚子受力不相等的特点，将调心滚子轴承设计为前排滚子小、后排滚子大，可有效减小滚子与滚道的接触应力，避免了以往由于后排滚子受力大而磨损严重的现象；降低了故障率，提高轴承使用寿命。润滑油槽偏向滚子尺寸小的一侧，且滚道的宽度与滚子的大小成正比。本专利技术的风力发电机主轴调心滚子轴承的设计方法，通过对调心滚子轴承受力情况的定性定量分析，采用有限元和差值算法计算出合理的前后排滚子长度，并将两排滚子接触应力的差值控制在较小接触应力的3%以内，使得两排滚子的使用寿命基本一致，有效提高了轴承使用寿命。附图说明图1为现有风力发电机主轴用调心滚子轴承的结构示意 图2为本专利技术的调心滚子轴承的结构示意 图3为本专利技术的风电机组传动链的结构示意图及受力分析 图4为本专利技术中调心滚子轴承的受力分析 图5为本专利技术中轴承座组成的结构示意图。图中1轴承外圈，2前排滚子，3后排滚子，4轴承内圈，5轴承外圈，6前排滚子，7后排滚子，8轴承内圈，9风轮，10主轴，11轴承座组成，12齿轮箱，13轴承端盖，14轴承座，15调心滚子轴承，16密封圈，17密封支撑圈，18锁母。具体实施例方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图I所示，给出了现有风力发电机主轴用调心滚子轴承的结构示意图，其包括轴承外圈I、轴承内圈4、前排滚子2、后排滚子3 ;本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于良峰，周传海，吕超，葛春丽，李刚强，
申请(专利权)人：济南轨道交通装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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