如圖1位變槳軸承（四點(diǎn)角接觸球軸承），四點(diǎn)角接觸球軸承常見(jiàn)于變槳風(fēng)力發(fā)電機上，變槳軸承安裝一般采用螺栓緊固于安裝基礎上的方式，其受力和變形情況受螺栓預緊力影響，換句話(huà)說(shuō)，螺栓預緊力影響四點(diǎn)角接觸球軸承的可靠運行。因此分析螺栓預緊力對載荷分布的影響，根據應用場(chǎng)合選擇合適的預緊力和實(shí)現方式具有很重要的意義。

圖1

螺栓預緊力對四點(diǎn)角接觸球軸承載荷分布的影響

1、均布預緊力大小的影響

為了研究均布預緊力大小對軸承載荷分布的影響，在A(yíng)NSYS中用命令流方式分別添加不同螺栓預緊力108、270、449、542、630kN，得到如圖2所示的載荷分布曲線(xiàn)。

圖2不同螺栓預緊力時(shí)接觸載荷分布

由圖8可知，在螺栓預緊力分布均勻的情況下，當預緊力為500kN時(shí)，軸承最大接觸載荷最小。當預緊力低于500kN時(shí)，軸承最大接觸載荷與預緊力成反比，且當預緊力低于270kN時(shí)，隨著(zhù)預緊力減小，最大接觸載荷增幅明顯增大，從87439．31N增大到90469．39N，增幅為3．5％；當預緊力大于500kN時(shí)，軸承最大接觸載荷呈小幅增長(cháng)，從86573．57N增大到86660．15N，增幅為0．1％。由于預緊力過(guò)小時(shí)，在彎矩M作用下，軸承易發(fā)生偏斜，變形加大;在預緊力過(guò)大時(shí)，初始變形增大，從而影響軸承疲勞壽命(見(jiàn)表5)。

圖3不同預緊力下軸承最大接觸載荷

樣本采用M32的10.9級螺栓，屈服極限為900MPa，許用載荷為715kN，因此建議螺栓預緊力為許用載荷的70%。

2、非均布預緊力的影響

在實(shí)際中，常用控制螺栓預緊力的方法均會(huì )產(chǎn)生預緊力誤差，例如感覺(jué)法最大誤差可達40%。預緊力誤差將導致整個(gè)軸承上螺栓預緊力分布不均。為了研究螺栓預緊力分布不均對軸承工作狀態(tài)下載荷分布的影響，選擇如圖4所示螺栓預緊力分布(“●”處螺栓預緊力為700kN，“O”處螺栓預緊力為150kN)。對應滾珠-滾道接觸載荷分布如圖5所示。

圖4螺栓預緊力分布

圖5非均布預緊力時(shí)接觸載荷分布

由圖4可知，螺栓預緊力分布不均對滾珠-滾道最大接觸載荷及其出現位置產(chǎn)生了影響。在螺栓預緊力變化的位置接觸載荷有明顯突變(最大突變發(fā)生在147.5°處，變化量為9505.1N)，加大了接觸載荷分布不均度，從而影響軸承疲勞壽命。因此，在可靠性要求較高的場(chǎng)合，亦采用力矩法等高精度預緊力加載方法。

3、內、外圈預緊力差異的影響

為了分析內、外圈上螺栓預緊力存在差異對滾珠-滾道接觸載荷的影響，分別對內、外圈預緊力為150、700kN和內、外圈預緊力為700、150kN這兩種情況進(jìn)行計算，計算結果如圖6所示。由圖6a可知，內、外圈上螺栓預緊力為150、700kN時(shí)，上、下滾道間接觸載荷差異相比均布預緊力時(shí)增大。在182.15°位置最大，最大接觸載荷差值為26694.96N，其最大接觸載荷為87039.31N。由圖6b可知，內、外圈上螺栓預緊力為700、150kN時(shí)，上、下滾道間接觸載荷差異進(jìn)一步增大。在186.49°位置最大，最大接觸載荷差值為26991.07N，其最大接觸載荷為88612.46N。

圖6內、外圈與激勵有差異時(shí)接觸載荷分布

因此，當內、外圈上螺栓預緊力存在差異時(shí)，上、下滾道接觸載荷分布規律變化不大，但其差異較大，且外圈預緊力小于內圈預緊力時(shí)最大。上、下滾道接觸載荷差異較大，造成上，下滾道壽命差異較大，從而使軸承整體壽命降低，并盡量減小內、外圈預緊力差異。

4、結論

1）在均布螺栓預緊力下，滾珠-滾道接觸載荷隨螺栓預緊力的增加，先逐漸減小后小幅增加，建議螺栓預緊力為許用載荷的70%。

2）在非均布螺栓預緊力下，滾珠-滾道接觸載荷分布波動(dòng)增強，預緊力變化的位置接觸載荷發(fā)生突變。因此，在可靠性要求較高場(chǎng)合，建議采用力矩法等高精度預緊力加載方法。

3）當軸承內、外圈螺栓預緊力存在差異時(shí)，上、下滾道的接觸載荷差異增大，且外圈預緊力小于內圈預緊力時(shí)差異更大，建議外圈螺栓預緊力大于內圈預緊力，且盡量減小差異。

綜上，螺栓預緊力對變槳軸承載荷分布影響很大，適當大小且分布均勻的預緊力，及較小內、外圈預緊力差異是軸承可靠工作的重要保證。