风能齿轮箱轴承应用分析

目前，风电齿轮箱是整个风机中非常重要的部件，由于常年受到变载荷及强阵风的冲

击，因此在制造、设计、维护上有别于普通齿轮箱。而国内外的应用实践表明，在风电齿轮箱
的所有零部件里，轴承是最薄弱的环节之一。因此，对轴承进行必要的应用分析是保证齿轮
箱可靠性的重要手段。

　　一风电齿轮箱轴承润滑分析

　　众所周知，风电齿轮箱输入轴的转速一般在

10-20 转/分钟，由于转速比较低，导致输

入轴轴承也就是行星架支撑轴承的油膜形成往往比较难。油膜的作用是在轴承运转时分开两
个金属接触面，避免金属与金属直接发生接触。我们可以引入一个参数

λ 来表征轴承的润滑

效果（

λ 定义为油膜厚度与两接触表面粗糙度之和的比值）。如果 λ 大于 1，说明油膜的厚

度足够分开两个金属表面，润滑效果良好；而如果

λ 小于 1，则说明油膜的厚度不足以完

全分开两个金属表面，润滑效果不理想。由于风电齿轮箱一般都采用

ISOVG320 粘度的循环

润滑油，因此如果发现

λ 小于 1，我们一般只能通过降低轴承滚道及滚子的粗糙度来改善

润滑效果。另外，在齿轮箱设计时，行星架支撑轴承要尽量避免一端轴承的尺寸太小，在实
际的应用分析中我们发现即使寿命满足条件，这种设计也会导致小轴承的线速度非常低，
油膜更加无法形成。

　　二风电齿轮箱轴承承载区分析

　　在运转轴承的滚子中一般只有一部分同时承受载荷，而这部分滚子所在的区域我们称
之为轴承的承载区。轴承承受的载荷大小，运行游隙的大小都会对承载区产生影响。如果承
载区范围太小，滚子在实际的运转中则容易发生打滑现象。对于风电齿轮箱而言，如果主轴
的设计采用双轴承支撑的方案，那么理论上只有扭矩传递到齿轮箱。在这种情况下，经过简
单的受力分析，我们不难发现行星架支撑轴承承受的载荷是比较小的，因此轴承的承载区
往往也比较小，滚子容易发生打滑。目前，在风电齿轮箱设计中行星架支撑轴承一般采用两
个单列圆锥轴承或者两个满滚子圆柱轴承的方案。我们可以通过适当预紧圆锥滚子轴承或者
减小圆柱滚子轴承游隙的方法来提高承载区。

　　另外，对承载区的分析可以帮助我们了解双列轴承是否存在仅有一列承载的问题。目前
很多风电齿轮箱制造商在高速轴上采用圆锥滚子轴承加圆柱滚子轴承的方案，这种方案解
决了传统球轴承加圆柱滚子轴承方案中球轴承容易出现点蚀和剥落的问题，但是这种方案
必须要注意一个问题，那就是要避免双列圆锥滚子轴承发生单列承载的现象。双列圆锥滚子
轴承单列承载危害很大：一方面使得轴承的实际承载能力大大降低，从而导致疲劳寿命急
剧减小，另一方面使得不受力的一列滚子容易处于打滑状态。而通过对承载区的分析，我们
可以了解所选择的双列圆锥滚子轴承是否存在单列承载的问题，并且可以采取针对性的措