变桨距轴承的设计与计算指南

变桨距回转支承的主要功能是能够使叶片旋转，提供控制系统中所要求的不同桨距角；同时能够承受来自叶片的复杂载荷。图10-6所示为变桨距轴承及其安装形式。

在选择变桨距轴承时，主要根据《Guidelinefor the Certification of Wind Turbines Edition 2005》的要求进行设计。

1.变桨距轴承的计算原则与方法

1）轴承尺寸设计的静承载能力和额定寿命要达到最优化。

2）其中静承载能力为极限载荷。

图10-6 变桨距轴承安装形式

3）计算轴承的基本额定寿命应使用当量动载荷，提供载荷谱时，轴承的当量动载荷应为平均当量动载荷。平均当量动载荷P_m由式（10-20）计算。

式中 P_m——平均当量动载荷；

P_d——由设计载荷确定的轴承当量动载荷；

p——寿命指数，对滚子轴承ε=10/3，对球轴承ε=3；

n_i——P_i作用下的循环次数；

N——总循环次数。

4）变桨距轴承静承载能力f_s是指轴承的额定静载荷C₀和当量静载荷P₀的比值，即f_s=C₀/P₀；应不小于1.1。

5）变桨距轴承最大点接触应力最小安全系数γ_m=1.1。

6）计算轴承基本额定寿命和修正额定寿命可使用简化分析，失效率定为10％。寿命修正系数a_DIN应不大于3.8。如果修正系数小于1，则不能使用简化分析。计算得出的修正额定寿命应不小于130000h。

7）计算轴承修正额定寿命时，还需确定下列参数：

①轴承温度；

②润滑油添加剂和黏度；

③保持润滑油质量的措施（润滑油更换时间间隔、润滑油检查等）。

8）为方便数据处理，可按Miner准则对载荷谱进行简化折算，但简化后的载荷等级数不得少于10个，载荷谱折算时所用的寿命指数应与修正额定寿命计算时所用的相同。

9）变载荷下的修正额定寿命，应在载荷分布中的每个载荷等级对应的时间段分别按DIN ISO 281修订4计算轴承综合修正额定寿命。轴承综合修正额定寿命按下式计算

式中 L_nmr——轴承综合修正额定寿命，单位为h；(www.xing528.com)

q_i——第i载荷等级上的时间份额；

L_nmri——第i载荷等级上的轴承修正额定寿命，单位为h。

10）计算轴承额定寿命时，除载荷之外，还要考虑以下影响：

①轴承的内部形貌；

②轴承的工作游隙；

③轴和轴承的变形；

④滚子之间的载荷分布；

⑤沿滚子长度方向的载荷分布，考虑滚子和滚道实际修形量；

⑥实际工作条件下的润滑油黏度和洁净度。

11）计算的轴承综合修正额定寿命应不小于175000小时或不小于风力发电机组的使用寿命。

12）进行轴承额定寿命计算时，若设有滤油系统，则润滑油洁净度按ISO 4406—1999取-/17/14级；若无滤油系统，则应假定润滑油洁净度为-/21/18级。

2.轴承齿轮负载能力计算

1）齿轮的轮齿强度分析依据ISO 6336进行分析；

2）疲劳负载的负载能力的计算根据ISO TR 10495标准来执行。使用Miner法则，并采用表10-2中的安全系数，计算出的疲劳累积损伤率D应满足D≤1。

表10-2 疲劳强度分析的安全系数

3）也可根据载荷/时间分布确定当量载荷（见DIN3990第六章方法三），采用表10-2中的安全系数进行疲劳分析。

4）进行抗齿根断裂、抗齿面点蚀的静强度分析，安全系数按表10-3选取。

表10-3 静态强度分析的安全系数

5）根据ISO TR 10495的要求，要考虑齿轮的交变负荷。

6）叶片轴承的齿轮只是非常小的一部分工作，变桨距系统最大的工作范围一般是90°，疲劳是按照整圆齿轮进行计算的，由此负载的循环周期需要至少乘以因数4。

至于变桨距轴承的具体设计计算方法，可参照本书第八章相关内容。