風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主軸連接輪轂和齒輪箱，是低速重載NSK軸承，可靠性方面要求較高，也極易出現(xiàn)故障。為了解決故障多發(fā)現(xiàn)象，需要系統(tǒng)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及失效形式進(jìn)行分析和研究。
1 NSK軸承失效理論體系
首先建立軸承失效的壽命分析體系，包括軸承的載荷分布，潤(rùn)滑油膜建立條件及軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)，軸承的壽命計(jì)算方法及影響因素。
分析軸承載荷，需建立如下傳動(dòng)鏈幾何模型。
傳動(dòng)鏈力學(xué)模型簡(jiǎn)化圖
計(jì)算時(shí)求解結(jié)構(gòu)的平衡方程，即可得到軸承載荷。軸承的潤(rùn)滑理論中，以 Dowson 提出的最小油膜厚度公式
應(yīng)用較為普遍，其表述的油膜最小厚度計(jì)算公式為:
對(duì)于特定軸承而言，軸承的尺寸和材料都是固定的，公式中每個(gè)參數(shù)，U－ 是與接觸面運(yùn)動(dòng)速度、油脂運(yùn)動(dòng)粘度相關(guān)的物
理量，η 是與油脂運(yùn)動(dòng)粘度，Q－z 是與載荷相關(guān)的物理量，Ｒ 是滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)半徑。
由于NSK軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈不動(dòng)，滾子與內(nèi)圈接觸位置線速度相同，假定軸承轉(zhuǎn)速為 n r/min，在可以求得滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)
角速度為:ω = 2πn60Ｒir其中 Ｒi是內(nèi)圈接觸位置半徑，r 是滾子半徑。
通過(guò)滾子速度可以計(jì)算得到 U－ ，油膜厚度與其表面粗糙度的均方根值的比值決定了軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)，即令:
當(dāng) Λ ＜ 1 時(shí)，潤(rùn)滑狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑，1 ＃Λ ＜ 3 時(shí)為混合潤(rùn)滑，Λ 3 時(shí)為流體潤(rùn)滑，一般情況下，Λ 越大潤(rùn)滑狀態(tài)越好。
軸承的壽命模型可根據(jù)損傷理論建立。通過(guò)軸承壽命計(jì)算方法可計(jì)算出當(dāng)前工況下軸承的壽命 Li以及當(dāng)前工況下軸承的轉(zhuǎn)數(shù) ni，于是當(dāng)前工況下軸承的損傷量 Di 也可以計(jì)算得到，對(duì)損傷進(jìn)行累計(jì)就可得到軸承的總損傷。
D = ∑Di = ∑ ni
Li
計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足 D ＜1，若 D ＞1，則軸承壽命不滿足使用要求。
2 現(xiàn)場(chǎng)故障調(diào)查
與此同時(shí)，風(fēng)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障機(jī)進(jìn)行了問(wèn)題排查，現(xiàn)場(chǎng)主要故障形式分析如下:
a、軸承轉(zhuǎn)動(dòng)困難、發(fā)熱;
b、軸承產(chǎn)生振動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出異響;
c、內(nèi)座圈剝落、開裂;
d、外座圈剝落、開裂; e、軸承滾道和滾動(dòng)體產(chǎn)生壓痕。
3 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)考察及對(duì)多臺(tái)失效機(jī)組主軸NSK軸承進(jìn)行拆解分析，得到如下結(jié)論在滾道組織或熱處理硬度不均勻處，表面基體發(fā)生分層變形，造成表層疲勞開裂而脫落，而脫落物混入油脂中進(jìn)一步加速滾道面磨損。表面硬度偏低區(qū)域，無(wú)法承受長(zhǎng)時(shí)間壓力和磨粒磨損，最終造成內(nèi)外圈大面積碾壓剝落，此時(shí)，軸承出現(xiàn)持續(xù)異常升溫現(xiàn)象。
在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察過(guò)程中，同時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)軸承座安裝孔部位有較為嚴(yán)重都螺栓壓痕和銹痕，而且基本朝向一側(cè)。軸承座底部安裝面也會(huì)有異常銹蝕的現(xiàn)象發(fā)生。由此而知，軸承發(fā)生擠壓變形的原因很大程度來(lái)自于軸承座的偏移，使得軸承無(wú)法同心而出現(xiàn)最后的損壞情況。
針對(duì)以上問(wèn)題，可以考慮在軸承座特定位置加裝測(cè)位移裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承座位移情況。利用程序判斷位移量及位移方向。
其次，對(duì)主軸軸承進(jìn)行多點(diǎn)溫度信號(hào)采集。通過(guò)特定程序判斷計(jì)算軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況。同時(shí)，增加主軸部位都自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，通過(guò)定期的油脂加注，改善軸承內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
