风电轴承的设计与制造(中)

目前世界上风电转盘轴承套圈制造材料大多用42CrMo4, 其具有良好的低周疲劳特性。按照国内标准规定,风电转盘轴承的套圈通常采用42CrMo制造,传动系统套圈一般采用ZGCr15或ZGCr15SiMn制造,坯件可锻制而成。

转盘轴承制造的一般工艺流程包括:粗车转盘轴承套圈内外直径、端面及止口,无齿圈钻削堵塞孔、锥销孔,半精车滚道,齿圈粗加工,热处理,齿圈精加工,精车转盘轴承套圈端面、滚道、止口、密封槽等,钻削转盘轴承安装孔及无齿圈注油孔,滚道精加工(磨削),装配。

转盘轴承的主要技术性能指标有:滚道表面硬度及淬硬层深度,滚道与滚动体曲率比,滚道接触角,安装孔的位置度,齿轮中频淬火硬度及淬硬层深度。其中除了硬度及淬硬层深度参数,其余的参数都与机加工质量有关。车削和磨削是转盘轴承加工中运用最多的加工手段,车削滚道和磨削滚道(或精车代磨)是决定转盘轴承制造质量的关键工序,转盘轴承接触角、滚道中心直径、间隙的控制也都依赖于这两道工序。随着数控技术的发展和广泛应用,现在的转盘轴承车、磨设备大都是数控机床,数控加工工艺参数的优化是保证转盘轴承制造几何质量的关键。设备本身的误差对转盘轴承的加工质量影响也非常大,往往需要进行软件补偿。数控立车在加工转盘轴承滚道时,其非线性几何误差对转盘轴承的接触角、滚道开口、滚道型面都有非常大的影响。滚道一般是仿形磨削,砂轮的几何参数将直接复制到滚道上,直接决定了滚道与滚动体的曲率半径比,因此砂轮的选用非常重要。转盘轴承滚道截面间隙对转盘轴承的承载能力影响非常大,砂轮既已选定,对间隙起决定影响的就是转盘轴承滚道磨削进给量。另外,由于磨削一般安排在滚道热处理后,因此磨削进给时还必须考虑淬硬层深度,如果磨削量太大,就很有可能使淬硬层深度不足,但是考虑到支承圈在热处理后应力释放的变形,精加工余量又不能留得太小,同时精加工余量的留取又直接关系到生产效率和加工精度,因此这一对矛盾在编制工艺时必须要谨慎考虑。

承圈的热处理包含支承圈的整体正火和调质、滚道淬火、齿面淬火。由于转盘轴承在实际使用过程中的损坏98%来自滚道的损坏,因此滚道淬火质量对转盘轴承的承载能力和使用寿命影响很大。转盘轴承滚道的热处理参数主要有:表面淬火硬度、淬硬层深度。转盘轴承滚道表面淬火硬度对其承载能力影响很大,标准中通常以滚道表面硬度55HRC的转盘轴承静载荷为额定静载荷,一般要求滚道表面硬度能达到55～62HRC。

除了静载荷能力,滚道表面淬火硬度对转盘轴承的动载荷(寿命)也有相当大的影响,式反映了滚道表面淬火硬度对转盘轴承寿命的影响。足够的淬硬层深度h是滚道不发生剥落的重要保证,如果淬硬层深度不足,导致滚道表面以下较软,很有可能发生滚道压溃现象。国内定义转盘轴承淬硬层深度为表面到48HRC的深度,国外一般认为淬硬层深度为表面到50HRC的深度。转盘轴承在制造时往往会忽略支承圈心部硬度,较高的心部硬度是滚道抗压溃能力的重要保障,国外一般认为大于110%h深度即算作滚道的心部。目前还没有转盘轴承滚道淬硬层深度和心部硬度的无损检测方法,制造时主要依靠设备来保证。因为接触椭圆尺寸取决于载荷和接触体直径,所以制造时淬硬层深度h也应根据滚动体直径d制定。国内标准规定的淬硬层深度。

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