舍弗勒：揭秘風電齒輪箱軸承失效原因

    這樣一來會帶來什么樣一個情況呢?我們從軸承的運動學行為看一下它這樣一個失效的機理。從左下角這張圖我們可以看到，剛才提到的上方向的軸承正常承載區域在下部，下方向的軸承正常承載區域在上部，對上部這部分區域的滾子，它在軸承內部的運動學行為狀態是什么樣的呢?對于圓柱軸承為了避免應用的風險，我們通常應用的時候是給它留的正的游隙，由于齒輪箱有這樣一個重量的偏心作用，這個軸承的內外圈有一個相對傾斜的，再加上另外一個作用，就是這個軸承承受了軸向載荷，這個時候滾子在軸承內部就會出現圖上所示的四點接觸情況。尤其是在套圈的檔邊，包括內圈和外圈，以及滾道的兩端，會出現很小的載荷區域。在這么小的載荷區域上，即使施加了力，沒有風力載荷，或者更大的載荷，由于它接觸區域比較小，應力相當高。
    對于這種情況進一步加劇的是什么情況呢?在第一級轉嫁軸承通常應用滿柱原裝的軸承，這是滿足經濟性和設計空間的要求，在上方向，滾子和滾子之間的間隙比較大，這樣一個比較大的間隙，在運動過程中發生一個可能，就是滾子會產生一定的歪斜，會進一步加劇檔邊接觸地方的應力提高。對于這樣一個理論上分析，在我們公司軸承計算的專用軟件里面可以對它進行一個模擬和輸出，左下角是滾子應力的分布圖，右邊這個圖紅色區域是在滾子套圈以及套圈的檔邊接觸的區域。最下邊這個圖是軸承的內圈，因為軸承的內圈承受的是圓周方向的載荷，承載區域是軸承的內圈所有圓周方向都可以出現承載。軸承外圈是由軸承的底部區域承載。但是，我們在分析的結果上可以看到，在套圈的頂部也出現一定的接觸區域，并且接觸區域比較小，這和我們的理論分析是比較切合的。同時，對外圈或者內圈的檔邊我們也可以看到軸承載荷的集中區域。
    基于這樣一個應力的集中就產生了我們一開始看到的檔邊以及滾子的磨損失效，我們找到了這樣一個失效機理，我們就可以進一步想怎么樣避免這樣一個失效，提高齒輪箱的可靠性。從預防措施來說，第一點最好的辦法就是我們選擇更合理的軸承布置。對于這塊我們提到，我們講的這個應用風險存在的工況，僅在這樣一個特定組合情況下產生，就是齒輪箱，行星架，采用圓柱的軸承，主軸或者形式為兩點支撐，和單個軸承支撐的情況。對于主軸軸承，兩點支撐和單個軸承支撐，如果有這種風險，我們在計算的時候可以評估出來，怎么進行改進?我們改善軸承的布置，比如采用定位端，不動端等布置形式。除此之外，我們還可以改善整個系統的載荷特性，來降低軸承的應用風險。比如說我們剛才提到的軸承承受的軸向載荷的貢獻，如果我們在風機的設計當中或者正在運行的風機有面臨這種風險的時候，采用一定的措施降低或者避免這樣的一個軸向載荷，也可以降低應用風險。