風電軸承的設計與制造(中)

目前世界上風電轉盤軸承套圈制造材料大多用42CrMo4, 其具有良好的低周疲勞特性。按照國內標準規定,風電轉盤軸承的套圈通常采用42CrMo制造,傳動系統套圈一般采用ZGCr15或ZGCr15SiMn制造,坯件可鍛制而成。

轉盤軸承制造的一般工藝流程包括:粗車轉盤軸承套圈內外直徑、端面及止口,無齒圈鉆削堵塞孔、錐銷孔,半精車滾道,齒圈粗加工,熱處理,齒圈精加工,精車轉盤軸承套圈端面、滾道、止口、密封槽等,鉆削轉盤軸承安裝孔及無齒圈注油孔,滾道精加工(磨削),裝配。

轉盤軸承的主要技術性能指標有:滾道表面硬度及淬硬層深度,滾道與滾動體曲率比,滾道接觸角,安裝孔的位置度,齒輪中頻淬火硬度及淬硬層深度。其中除了硬度及淬硬層深度參數,其余的參數都與機加工質量有關。車削和磨削是轉盤軸承加工中運用最多的加工手段,車削滾道和磨削滾道(或精車代磨)是決定轉盤軸承制造質量的關鍵工序,轉盤軸承接觸角、滾道中心直徑、間隙的控制也都依賴于這兩道工序。隨著數控技術的發展和廣泛應用,現在的轉盤軸承車、磨設備大都是數控機床,數控加工工藝參數的優化是保證轉盤軸承制造幾何質量的關鍵。設備本身的誤差對轉盤軸承的加工質量影響也非常大,往往需要進行軟件補償。數控立車在加工轉盤軸承滾道時,其非線性幾何誤差對轉盤軸承的接觸角、滾道開口、滾道型面都有非常大的影響。滾道一般是仿形磨削,砂輪的幾何參數將直接復制到滾道上,直接決定了滾道與滾動體的曲率半徑比,因此砂輪的選用非常重要。轉盤軸承滾道截面間隙對轉盤軸承的承載能力影響非常大,砂輪既已選定,對間隙起決定影響的就是轉盤軸承滾道磨削進給量。另外,由于磨削一般安排在滾道熱處理后,因此磨削進給時還必須考慮淬硬層深度,如果磨削量太大,就很有可能使淬硬層深度不足,但是考慮到支承圈在熱處理后應力釋放的變形,精加工余量又不能留得太小,同時精加工余量的留取又直接關系到生產效率和加工精度,因此這一對矛盾在編制工藝時必須要謹慎考慮。

承圈的熱處理包含支承圈的整體正火和調質、滾道淬火、齒面淬火。由于轉盤軸承在實際使用過程中的損壞98%來自滾道的損壞,因此滾道淬火質量對轉盤軸承的承載能力和使用壽命影響很大。轉盤軸承滾道的熱處理參數主要有:表面淬火硬度、淬硬層深度。轉盤軸承滾道表面淬火硬度對其承載能力影響很大,標準中通常以滾道表面硬度55HRC的轉盤軸承靜載荷為額定靜載荷,一般要求滾道表面硬度能達到55～62HRC。

除了靜載荷能力,滾道表面淬火硬度對轉盤軸承的動載荷(壽命)也有相當大的影響,式反映了滾道表面淬火硬度對轉盤軸承壽命的影響。足夠的淬硬層深度h是滾道不發生剝落的重要保證,如果淬硬層深度不足,導致滾道表面以下較軟,很有可能發生滾道壓潰現象。國內定義轉盤軸承淬硬層深度為表面到48HRC的深度,國外一般認為淬硬層深度為表面到50HRC的深度。轉盤軸承在制造時往往會忽略支承圈心部硬度,較高的心部硬度是滾道抗壓潰能力的重要保障,國外一般認為大于110%h深度即算作滾道的心部。目前還沒有轉盤軸承滾道淬硬層深度和心部硬度的無損檢測方法,制造時主要依靠設備來保證。因為接觸橢圓尺寸取決于載荷和接觸體直徑,所以制造時淬硬層深度h也應根據滾動體直徑d制定。國內標準規定的淬硬層深度。

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