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風(fēng)電齒輪箱行星輪組件軸向游隙偏大原因分析

2018-04-25

鄒俊偉，周志欣，曹科名
 （中航工業(yè)湖南南方宇航高精傳動(dòng)有限公司）

　　摘　要：行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為風(fēng)電齒輪箱關(guān)鍵部件，因承受無規(guī)律的風(fēng)力作用及強(qiáng)陳風(fēng)沖擊變載荷作用，所以行星輪系傳動(dòng)時(shí)的均載性水平對提高風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)可靠性具有重要意義，行星輪組件軸向游隙是保證實(shí)現(xiàn)行星輪系中太陽輪浮動(dòng)的前提，是提高行星輪系傳動(dòng)均載性水平、使用壽命的關(guān)鍵。針對行星輪組件軸向游隙偏大問題，分別從測量方式、測量儀表、裝配工藝、軸承內(nèi)外圈高度差4個(gè)方面對行星輪組件軸向游隙的影響進(jìn)行了深入分析，確認(rèn)了軸承內(nèi)外圈高度差對行星輪組件軸向游隙的影響，通過引入軸承內(nèi)外圈高度差因素，解決了行星輪組件軸向游隙偏大問題。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)電軸承；滿裝圓柱滾子軸承；雙列軸承；軸向游隙；測量；高度差

　　1　引言

　　風(fēng)電齒輪箱將葉輪受風(fēng)力作用旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)發(fā)電，是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部件。為滿足發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速需求，風(fēng)電齒輪箱多采用多級行星齒輪傳動(dòng)方式。在風(fēng)電齒輪箱行星輪傳動(dòng)組件中，滿裝圓柱滾子軸承得到廣泛應(yīng)用，因這種軸承完全為了承受重載荷而設(shè)計(jì)的，在同樣寬度下，這種軸承與傳統(tǒng)型帶保持架軸承相比，具有極高的承載能力，尤其是承受較大的徑向載荷，同時(shí)其徑向截面小，可以節(jié)省較大的空間，結(jié)構(gòu)緊湊，行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為風(fēng)電齒輪箱關(guān)鍵部件，具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、功率分流等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)電齒輪箱中廣泛采用。因承受無規(guī)律的風(fēng)力作用及強(qiáng)陳風(fēng)沖擊變載荷作用，所以行星輪系傳動(dòng)時(shí)的均載性水平對提高風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)可靠性具有重要意義，行星輪組件軸向游隙是保證實(shí)現(xiàn)行星輪系中太陽輪浮動(dòng)的前提，是提高行星輪系傳動(dòng)均載性水平、使用壽命的關(guān)鍵。

　　2　問題的提出

　　公司某大型風(fēng)電齒輪箱行星架組件中的行星輪組件結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

　　1個(gè)行星架組件包括3件行星輪組件。1件行星輪組件包括1件行星輪、1件配油環(huán)、2套滿裝雙列圓柱滾子軸。其配合關(guān)系為：行星輪內(nèi)孔與滿裝雙列圓柱滾子軸承外圈為過盈配合，過盈量為（0.03——0.06）mm，配油環(huán)處在兩列圓柱滾子軸承內(nèi)圈之間，配油環(huán)起著分配兩列軸承潤滑用油及控制行星輪組件軸向游隙作用。行星輪組件軸向游隙設(shè)計(jì)要求范圍值為：（0.4——0.6）mm。行星輪組件裝配完成后，測量3個(gè)行星輪組件軸向游隙時(shí)，測量值結(jié)果分別為：1.20mm、1.25mm、1.18mm，則3個(gè)游隙值偏大，不符合設(shè)計(jì)要求。

　　3　原因分析

　　在圖1中設(shè)配油環(huán)厚度值為C，行星輪內(nèi)孔臺階厚度值為H，則易知行星輪組件軸向游隙的保證是由行星輪配油環(huán)厚度值C得以實(shí)現(xiàn)的，如配油環(huán)厚度值C小于等于行星輪孔內(nèi)臺階厚度值C，即C燮H，則行星輪組件軸向游隙為0；如C＞H，則游隙為（C-H）。

　　經(jīng)分析造成行星輪組件軸向游隙偏大原因主要有4個(gè)方面：測量方式、測量儀器、裝配工藝和軸承內(nèi)外圈高度差影響。

　　3.1測量方式

　　行星輪組件軸向游隙測量原理圖，如圖2所示。測量方式是由軸承供應(yīng)商建議并推薦，且公司在其它相似結(jié)構(gòu)行星輪組件軸向游隙測量中成功運(yùn)用，因此可以排除測量方式帶來的游隙值偏大。

　　3.2測量儀表

　　為排除測量儀表的原因，分別用3個(gè)百分表測量3次，測量結(jié)果值未發(fā)生顯著變化，因此可以排除測量儀表帶來的游隙值偏大。

　　3.3裝配工藝

　　行星輪組件裝配前如未清理配油環(huán)端面上的高點(diǎn)或異物，則會(huì)造成行星輪組件軸向游隙偏大。針對裝配工藝原因可能造成游隙值不符合設(shè)計(jì)要求的問題，裝配工藝作了嚴(yán)格的技術(shù)要求，如存在高點(diǎn)或異物則需清理，配油環(huán)配磨后其端面平行度誤差不超過0.02mm。出現(xiàn)問題后，經(jīng)確認(rèn)裝配過程符合裝配工藝技術(shù)要求，因此可以排除裝配原因帶來的游隙值偏大。

　　3.4軸承內(nèi)外圈高度差

　　為排除軸承內(nèi)外圈高度差對行星輪組件軸向游隙的影響，假設(shè)軸承內(nèi)外圈存在Δh的高度差，如圖3所示。

　　由圖1，圖3分析可知，配油環(huán)Z終厚度值C=H+（0.4——0.6）mm是基于軸承內(nèi)外圈高度差很少，即高度差0.03mm，否則需要考慮軸承內(nèi)外圈高度差對配油環(huán)Z終厚度值的影響，即對軸承游隙的影響。軸承結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。造成軸承內(nèi)外圈高度差的原因有：（1）內(nèi)外圈擋邊厚度不相等（T1≠T2）而寬度相等（B1=B2）或相差不超過0.03mm；（2）T1=T2或相差不超過0.03mm，而B1≠B2；（3）T1≠T2，B1≠B2。無論是哪種原因，按圖3所示方式均能準(zhǔn)確測量出超過0.03mm的內(nèi)外圈高度差。

 　　由表1可知3個(gè)行星輪組件中，未考慮軸承內(nèi)外圈高度差時(shí)，理論計(jì)算出行星輪組件軸向游隙Z小值應(yīng)為0.52mm，Z大值應(yīng)為0.63mm；當(dāng)考慮軸承內(nèi)外圈高度差時(shí)，由式（1）知，行星輪組件軸向游隙值的范圍應(yīng)該為（1.19~1.30）mm，與表1游隙值測量結(jié)果是吻合的。為使行星輪組件軸向游隙值符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)式（1）將配油環(huán)厚度值減少，減少配油環(huán)厚度值后所對應(yīng)的游隙值，如表2所示。

 　　相對表1中C1、C2、C3相應(yīng)減少了0.77mm、0.63mm、0.77mm，游隙值相應(yīng)減少了0.75mm、0.66mm、0.74mm。3個(gè)行星輪組件軸向游隙值符合設(shè)計(jì)要求，使問題得到了解決。雖然配油環(huán)厚度減少量與相應(yīng)游隙減少量存在（0.01——0.03）mm的誤差，這是由于測量過程中的誤差是無法避免的。因此可以得出上述對游隙值偏大原因分析是完全正確的，即設(shè)計(jì)軸承游隙值時(shí)必須考慮軸承內(nèi)外圈高度差，裝配前須對每列軸承內(nèi)外圈高度差進(jìn)行測量。

　　5　總結(jié)

　　針對風(fēng)電增速齒輪箱行星輪組件軸向游隙測量值偏大問題，從游隙測量方式、測量儀器、裝配工藝，軸承內(nèi)外圈高度差4個(gè)原因方面作了分析，尤其對軸承內(nèi)外圈高度差對游隙影響進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步推導(dǎo)出了配油環(huán)Z終厚度值的計(jì)算公式，并驗(yàn)證了其正確性。軸承具有類型多而使用領(lǐng)域廣泛的特點(diǎn)，在使用軸承時(shí)，盡可能多了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，以便正確使用，減少不必要的損失，從而提高軸承使用壽命。

來源：《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造》2017年第1期