兆瓦級風電機組變槳軸承設計與技術要求

因此：
　　由于四個滾道中任一滾道出現疲勞破壞時，就可認為整套軸承出現了疲勞破壞，
故有：　，代入上式，則整套軸承的額定壽命L10b 為：

　　2 成品的技術要求
　　2.1 熱處理的技術要求
套圈熱處理采用調質處理，調質硬度260HB ～ 290HB，只有調質硬度超過260HB 時，套圈基體的機械性能才能達到要求。溝道采用中頻表面淬火，硬度HRC57 ～ 62，硬化層成品厚度取決于鋼球直徑，最薄應大于4.5mm ；齒輪采用中頻或高頻表面淬火，硬度HRC50 ～ 60，硬化層厚度取決于齒輪模數，硬化層厚度最薄應大于1.5mm。
　　溝道的熱處理有效硬化層厚度對產品的使用壽命起到至關重要的作用，是產品保持壽命的基礎。由于42CrMo4V 是表面淬火，硬化層與基體之間沒有過度層，因此承受載荷時出現疲勞的位置會在硬化層與基體之間。如果溝道硬化層厚度不足，溝道載荷的作用力就會直接作用到硬化層與基體之間位置，使硬化層與基體之間產生疲勞裂紋，當疲勞裂紋嚴重時會使溝道成片狀脫落，造成軸承損壞。
　　溝道在承受瞬間極限載荷時，由于溝道硬化層厚度不足，屈服強度達不到設計要求，會在溝道與滾動體接觸部位產生塑性變形，壓出痕跡，軸承的旋轉會產生振動。當溝道長時間承受大載荷時，在長時間的運行中，滾動體會緩慢的擠壓溝道，使溝道產生塑性變形，將塑性變形產生的變形量從軟帶位置擠出，在形成凸出，影響軸承的旋轉，嚴重時會卡死軸承。考慮到變槳軸承的可靠性和使用壽命，溝道硬化層厚度要高于普通轉盤軸承的30%。
　　2.2 游隙、旋轉精度與單個溝道的啟動摩擦力矩的要求
　　由于葉片的撓性和風的共同作用，葉片一直處于高頻振動并直接傳導到變槳軸承上。若溝道與鋼球之間存在間隙，在高頻振動的作用下，鋼球和溝道間產生沖擊載荷，沖擊載荷的破壞力要遠遠超過靜載荷，因此變槳軸承采取“負”游隙，即溝道與鋼球之間以預過盈的形式消除鋼球和溝道間產生的沖擊載荷。“負”游隙值的大小取決于過盈量對雙溝道間變形的影響。
　　單溝道啟動摩擦力矩是產品旋轉精度與零件加工精度的最終反映，因為變槳軸承采取“負”游隙單個單溝道啟動摩擦力矩取決于套圈溝道的幾何精度（圓度）和彎曲變形。內外圈溝道圓度長短軸相互位置決定該位置鋼球和溝道間的游隙。為保證變槳軸承的“負”游隙，必須通過改變鋼球尺寸的方法，迫使軸承套圈產生彈性變形，從而保證在整個溝道的任何位置都是“負”游隙，這樣軸承套圈產生彈性變形最大的地方壓力越大啟動摩擦力矩也是最大，反之軸承套圈產生彈性變形最小的地方壓力越小啟動摩擦力矩也是最小。對于套圈彎曲變形，由于內外圈溝道在旋轉時必須在一個平面內，內外圈各自彎曲變形，使得內外圈溝道不在一個平面內，因此變槳軸承旋轉時，迫使軸承套圈產生彈性變形，內外圈溝道在旋轉時在一個平面內；同樣軸承套圈產生彈性變形最大的地方壓力越大啟動摩擦力矩也是最大，反之軸承套圈產生彈性變形最小的地方壓力越小啟動摩擦力矩也是最小。這造成單個單溝道啟動摩擦力矩在一圈范圍內差別很大，影響成品的啟動摩擦力矩。雖然在工作時不需要很高的旋轉精度，但只有嚴格規定旋轉精度才能使套圈在加工時有高的幾何精度和很小的彎曲變形。使得單溝道啟動摩擦力矩在一圈范圍比較均勻，對成品的啟動摩擦力矩控制奠定良好的基礎。
　　單溝道啟動摩擦力矩值的測定是軸承變槳軸承采取“負”游隙的保證。采用傳統測量游隙的方法無法準確測量“負”游隙，只能起到輔助測量的作用，只有通過測量單溝道啟動摩擦力矩值來確定。
　　兩個單溝道啟動摩擦力矩的差值決定兩溝道受力的均勻性，兩個單溝道啟動摩擦力矩的差值大表明兩個單溝道的過盈量差值大。試驗也證明，在工作載荷的條件下，單個單溝道基本滿足工作載荷，但當承受極限載荷時，由于兩個溝道啟動摩擦力矩的差值大即過盈量差值大，溝道啟動摩擦力矩大的（過盈量大）溝道承受載荷大，首先出現溝道疲勞，等到溝道啟動摩擦力矩小（過盈量小）的溝道參與承受載荷時，首先出現疲勞的溝道承載能力將大幅下降，導致軸承的壽命大幅縮短。只有嚴格規定兩個單溝道啟動摩擦力矩的差值才能保證兩個溝道平均分攤的承受載荷，使軸承的承載能力最大化。
　　2.3 成品啟動摩擦力矩的要求
　　成品啟動摩擦力矩由軸承啟動慣性力矩、軸承的動摩擦力矩和軸承密封的靜摩擦力矩構成。密封的靜摩擦力矩作用主要是即保證密封圈的密封壓縮量要能滿足在使用壽命中，軸承的腔內工作壓力保持在0.2MPa，腔內極限壓力達到0.25MPa 又不能使驅動裝置的負荷過大。軸承啟動慣性力矩由軸承質量所決定，軸承啟動慣性力矩、軸承的動摩擦力矩的合成力矩稱為裝配啟動摩擦力矩即未裝密封的成品啟動摩擦力矩。
　　軸承的裝配啟動摩擦力矩是變槳軸承的最重要指標之一，它的重要作用是，在一圈范圍的均勻性決定了變槳驅動裝置工作的穩定性。由于雙排溝道在加工中會出現溝道心距的誤差，這種誤差在裝配后無法檢測，通過有限元分析（FEA）技術對摩擦力矩進行如下分析計算。