根據了解，現在用于兆瓦級風(fēng)電機組的主軸軸承的主要形式有3點(diǎn)支承的軸承設計和2點(diǎn)支承的軸承設計，其中2點(diǎn)支承的軸承設計方案主要分為球面滾子軸承與調心滾子軸承組合、球面滾子軸承與圓柱滾子軸承組合、雙列圓錐滾子軸承與圓柱滾子軸承組合、2個(gè)單列圓錐滾子軸承組合(又分長(cháng)軸和短軸這2種設計方案)、面對面的雙列圓錐滾子單軸承以及集成設計。

1、球面滾子軸承 +調心滾子軸承

1.1結構形式

球面滾子軸承+調心滾子軸承的結構形式：一般為主軸被2個(gè)軸承支承，靠近風(fēng)輪側的主軸承為球面滾子軸承，而靠近齒輪箱側的主軸承為調心滾子軸承，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接其結構如圖1所示。

圖1 球面滾子軸承+調心滾子軸承的結構形式

1.2結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有或較少的載荷作用在齒輪箱上同時(shí)依靠扭力臂來(lái)承受較小的變形并且裝配比較簡(jiǎn)單。

其缺點(diǎn)如下:

1)軸向游隙比較大，輪轂在軸向的定位不好;

2)主軸承上沒(méi)有預緊力受載后軸向位移相對較大同時(shí)由于沒(méi)有預緊力，單個(gè)滾子可能存在不轉動(dòng)的情況從而導致滑動(dòng)，這樣會(huì )產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命;

3)軸的尺寸小，載荷對軸的影響大。

2、球面滾子軸承+圓柱滾子軸承

2.1 結構形式

球面滾子軸承十圓柱滾子軸承的結構形式：一般為主軸被2個(gè)軸承支承，靠近風(fēng)輪側的主軸承為球面滾子軸承，而靠近齒輪箱側的主軸承為圓柱滾子軸承，2個(gè)主軸軸承共用1個(gè)軸承室，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖2所示。

圖2 球面滾子軸承+圓柱滾子軸承的結構形式

2.2 結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有或較少的載荷作用在齒輪箱上同時(shí)依靠扭力臂來(lái)承受較小的變形并且裝配比較簡(jiǎn)單。

其缺點(diǎn)如下:

1)軸向游隙比較大，輪轂在軸向的定位不好;

2)主軸承上沒(méi)有預緊力，受載后軸向位移相對較大同時(shí)由于沒(méi)有預緊力，單個(gè)滾子可能存在不轉動(dòng)的情況，從而導致滑動(dòng)這樣會(huì )產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命;

3)主機架的尺寸大或由多個(gè)部件組成，導致主機架的成本較高和加工較困難;

4)由于圓柱滾子軸承對內外圈的同軸度和相對偏斜較敏感，在設計或者裝配不良的
情況下球面滾子軸承的徑向游隙將導致圓柱滾子的損壞;

5)由于軸和軸承的尺寸相對較小，因此軸系的整體剛度相對較低，載荷對軸的影響較大。

3、雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承

3.1結構形式

雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承的結構形式：一般為主軸被2個(gè)軸承支承，通?？拷L(fēng)輪側的主軸承為雙列圓錐滾子軸承，而靠近齒輪箱側的主軸承為圓柱滾子軸承，2個(gè)主軸軸承共用1個(gè)軸承室，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖3所示。

圖3 雙列圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承的結構形式

3.2結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)沒(méi)有軸向游隙，軸向定位較好;

2)可以通過(guò)增加軸承之間的距離來(lái)增加承載能力，軸承的可適用范圍較大;

3)軸和軸承的直徑較小，成本較低;

4)由于消除了軸向游間隙，軸系整體剛度相對較高，動(dòng)態(tài)載荷對其影響較小。

這種軸承結構的缺點(diǎn)主要有：

1)圓柱滾子軸承
由于沒(méi)有預緊力，單個(gè)滾子可能存在不轉動(dòng)的現象，從而導致滑動(dòng)這樣會(huì )產(chǎn)生非常大的尖峰載荷，影響軸承的壽命，對于3MW以上的機組所用的圓柱滾子軸承，滾子質(zhì)量和慣性力大圓柱滾子軸承由于沒(méi)有預緊力可能會(huì )導致滾子打滑損壞，出現微點(diǎn)蝕的可能性較大;

2)主機架的尺寸大，軸承室加工精度要求相對較高或由更多部件組成，主機架成本較高;

3)裝配比較復雜；

4)軸承座的同心度等幾何公差要求比較高。

4、2個(gè)小直徑的單列圓錐滾子軸承

4.1 結構形式

2個(gè)小直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式：一般為主軸被2個(gè)圓錐滾子軸承支承，2個(gè)主軸軸承共用1個(gè)軸承室[+]，主軸一般為直徑較小且長(cháng)度較長(cháng)的結構，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接其結構如圖4所示。

圖4 2個(gè)小直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式

4.2結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)沒(méi)有軸向游隙，軸向定位較好;

2)可以通過(guò)增加軸承之間的距離來(lái)增加承載能力，軸承的可適用范圍較大;

3)軸承的直徑比單軸承的小容易制造，成本低;

4)由于主軸系的長(cháng)度比較長(cháng)，容易獲得較大的葉尖安全距離(葉尖與塔筒壁的距離);

5)由于2個(gè)軸承一般處于預緊狀態(tài)，因此軸系的整體剛度相對較大，在較大的動(dòng)態(tài)載荷作用下軸系的結構變形相對較小，能夠承受較大的動(dòng)態(tài)載荷。

這種軸承結構的缺點(diǎn)主要有：

1)主機架的尺寸大或由更多部件組成，主機架成本較高;

2)裝配時(shí)需要將2個(gè)軸承調節至一定的預緊量因此裝配比較復雜;

3)2個(gè)軸承座的同心度要求比較高，加工成本較高;

4)傳動(dòng)鏈整體長(cháng)度較長(cháng)機艙尺寸不緊湊。

5、2個(gè)大直徑的單列圓錐滾子軸承

5.1 結構形式

2個(gè)大直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式：一般為主軸被2個(gè)大直徑的圓錐滾子軸承支承，2個(gè)主軸軸承共用1個(gè)軸承室，主軸一般為直徑較大且長(cháng)度較短的結構，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接其結構如圖5所示。

圖5 2個(gè)大直徑的單列圓錐滾子軸承的結構形式

5.2結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)軸承一般處于預緊狀態(tài)，沒(méi)有軸向游隙，軸向定位較好，且預緊力比較容易施加;

2)可以通過(guò)增加軸承之間的距離來(lái)增加承載能力軸承的可適用范圍較大;

3)軸承的直徑比單軸承的小容易制造，成本相對單軸承低;

4)安全裕度大，方便進(jìn)行大葉片的開(kāi)發(fā);

5)由于該種配置一般選用較小的滾子接觸角小，因此動(dòng)軸和定軸之間的溫差、溫度變化以及裝配誤差等問(wèn)題對軸系的預緊影響相對較小，軸承壽命受環(huán)境和裝配誤差影響較小;

6)軸的直徑比較大而且2個(gè)軸承之間的間距比較小，所以軸系整體剛度比較大結構變形較小。

這種軸承結構的缺點(diǎn)主要有：

1)主機架的尺寸大或由更多部件組成，軸承室加工精度要求較高，主機架成本較高;

2)軸承對溫度的變化比較敏感但對于主軸軸承，由于轉速比較低，溫度變化比較小，所以影響也比較小;

3)軸系裝配較復雜，裝配工時(shí)較長(cháng)。

6、 單軸承

6.1 結構形式

單軸承的結構形式：一般為主軸被 1個(gè)大直徑的圓錐滾子軸承支承，主軸一般為直徑大且比較短的結構，齒輪箱和主軸之間的連接采用脹緊套或螺栓聯(lián)接，其結構如圖6所示。

圖6 單軸承的結構形式

6.2結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)沒(méi)有軸向游隙，軸向定位較好;

2)主軸的長(cháng)度短，傳動(dòng)鏈緊湊，機艙的長(cháng)度能設計的比較短;

3)軸承滾子及滾道直徑均較大，且軸長(cháng)度較短，所以軸系整體剛度大，載荷引起的結構變形小;

4)軸承在兩側都能進(jìn)行潤滑，所以容易潤滑。

這種軸承結構的缺點(diǎn)主要有:

1)隨著(zhù)功率等級的增加軸承的直徑會(huì )越來(lái)越大，例如6 MW容量等級的機組單軸承的軸承外徑達到3.6 m很少有軸承廠(chǎng)家能夠加工制造因此價(jià)格比較高;

2)由于軸承直徑較大因此軸承密封設計較困難，常規設計不能達到較好密封效果，軸承密封成本較高;

3)軸承的滾子比較大存在滑動(dòng)的可能性，而滾子的滑動(dòng)將影響軸承的壽命;

4)滾子類(lèi)似于圓柱，預緊力較小時(shí)會(huì )存在扭轉的情況，導致所有的載荷作用在1個(gè)轉子
單元上，從而導致其損壞。

7、集成設計

7.1 結構形式

集成設計的結構形式為主軸被2個(gè)單列圓錐滾子軸承承撐2個(gè)軸承共用1個(gè)軸承室，齒輪箱和主軸之間采用過(guò)盈配合或花鍵聯(lián)接，軸承室與齒輪箱的箱體通過(guò)螺栓聯(lián)接在一起，也就是說(shuō)主軸系與齒輪箱集成在一起其結構如圖7所示。

圖7 集成設計的結構形式

7.2結構的優(yōu)缺點(diǎn)

這種軸承結構的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)軸系一般處于預緊狀態(tài)因此無(wú)軸向游隙，軸向定位較好;

2)主軸系與齒輪箱集成在一。起，結構緊湊，機艙長(cháng)度較短;

3)主軸與齒輪箱采用配合定位，傳動(dòng)鏈整體對中較好;

4)扭矩以外的力通過(guò)軸承室直接傳遞至主機架，不經(jīng)過(guò)齒輪箱，因此齒輪箱只承受純扭矩作用;

5)因為齒輪箱與主軸系集成為一體，所以主軸承可采用油潤滑降低主軸潤滑的污染情況，改善軸承的潤滑對軸承的壽命有利。

這種軸承結構的缺點(diǎn)主要有:

1)主機架與齒輪箱的聯(lián)接方式除了考慮載荷傳遞外，需要減振，降低齒輪箱振動(dòng)的影響;

2)由于主軸承和齒輪箱集成一體因此主軸承維護性較差;

3)軸承對溫度的變化比較敏感但對于主軸軸承由于轉速比較低，溫度變化比較小，所以影響也比較小。