编者注：这位成绩单来自RBB工程总裁Rob Budny的网络广播，该咨询工业提供服务。拜尼先生是一名机械工程师，拥有20年的经验，其中11名风力行业。他在一个主要的风力涡轮机OEM度过了8年，在那里他带领机械工程功能。他还是一个关于轴向裂纹故障和风力涡轮机轴承的科学论文的共同作者，赢得了最佳公布纸的2015年Stle Bisson奖。
有兴趣的读者可以观看网络广播：http://goo.gl/h28rtf。所有网络广播幻灯片都可供下载，此处包含一些。
让我们从节距轴承的功能开始，这是允许可变节距的涡轮叶片的位置，并将叶片负荷传输到轮毂。这些载荷包括轴向、径向和力矩分量，它们在方向和大小上不断变化。这对轴承来说是很有挑战性的。
在节距轴承内
桨轴承的架构由内圈，外圈，两排球，笼或垫片组成，以及密封。
该上图显示了典型的俯仰轴承。它们被称为8点接触轴承。图示出轴承的横截面，您可以看到每个球在总共有四个地方接触内部和外圈，因此术语8点接触轴承。
在俯仰轴承应用中存在许多设计挑战。例如,一个
是轴承支撑的叶片将在一个固定的位置花费很长时间。如果一个轴承不移动，那么它就不会形成油膜，这对轴承的性能有负面影响，正如下面所示。
当轴承移动时，运动的幅度非常小，因此轴承可以来回转动。它并不完全旋转，同样，这对油膜有影响。它使轴承难以在球和轴承环之间开油膜。
轴承经受高负荷，这又导致轴承中的高应力。轴承安装在柔性安装结构上，是叶片和毂。因为轴承螺栓固定为不是非常僵硬的结构，所以可以在轴承的内圈和轴承外圈之间获得大的偏转。这对轴承呈现了一些挑战。
你已经暴露在环境中，所以轴承必须承受湿气和研磨材料的环境。轴承也有成本限制。我们都知道，风力涡轮机行业是一个非常敏感的行业，所以任何组件，使其进入涡轮机，它必须以最低可行的成本。
这些是与设计和制造桨轴承相关的一些挑战。例如，音调轴承经验的常见故障模式是什么？
第一个是椭圆溢出。俯仰轴承的设计意图是滚道应完全包含接触椭圆。这是正常接触的示意图，然后我在滚道内显示接触区域的位置。
2016年6月9日，星期四，休斯顿。(尼克·德拉·托雷)
在一些负载条件下，接触椭圆可以在滚道的末端溢出，示意图所示。发生这种情况时，赛道边缘处存在高应力。这可能会产生后果。
这是从椭圆溢出损坏的螺距轴承的一个例子。
2016年6月9日，星期四，休斯顿。(尼克·德拉·托雷)
在球路径的边缘上溢出的触点产生高应力和在该位置开发的突出。
下一种失效模式称为真布林林(上)。这是以布氏硬度测试的发明者詹姆斯·布氏命名的。真正的布氏现象是一种超载现象，由于地下屈服导致表面凹陷。这是这种情况的示意图。当以P, R为代表的球上的载荷超过轴承的承载能力时，轴承的下表面，实际上是轴承下表面的剪应力，导致材料屈服。
屈服并不发生在地表。它实际上发生在地下。真正的布氏凹痕会有凸起的肩部，而且在陨石坑中还会有原始的加工痕迹。
在图像的右侧有一个凹痕。你可以看到，在陨石坑外面你可以看到机加工痕迹在陨石坑里面你也可以看到机加工痕迹。这是一个迹象，你有一个真正的布氏凹痕，这不是一个磨损模式，但它是真正的布氏凹痕。你仍然可以看到陨石坑上的机械痕迹。
还有另一个称为假斑的现象。假吹风是命名的，因为磨损疤痕实际上看起来非常相似，从真正的斑突然缩进。但是，机制是不同的。该机制是一种粘合剂磨损，其发生在边界润滑下。边界润滑是您没有液体膜的地方，但您确实有油中的一些化学添加剂，可提供最小的保护。
左侧出现了假斑块机制的示意图。您有两个联系的组件。你没有润滑油膜，你有一个小的振动幅度。当发生这种情况时，您会产生一种被称为磁铁矿的氧化铁形式。这产生了一种没有凸起的肩膀，并且磨损疤痕中的加工标记磨损。现在这种磨损疤痕是有害的，是产生的碎片。它也是磨蚀性的。
这是一个节距轴承的例子。你可以看到一些错误的布氏标记，用箭头突出显示。假布伦林磨损疤痕可以看起来像一个真正的布伦林压痕，但它实际上是非常不同的东西。
我想谈论的下一个失败模式是困扰腐蚀，其实际上是一个类似的失败模式到假斑点。这个名字源于腐蚀腐蚀疤痕的外观，看起来像生锈。烦恼腐蚀是一种严重的粘合剂磨损形式，其在完全非悬浮的条件下发生。
这是腐蚀的突变的原理图。它开始作为假吹风，但磁铁矿碎片搭起并充当大坝，以便没有润滑剂可以回到接触区。此时，两个表面上的氧化物层已经磨损并产生钢钢接触。产生一种氧化铁的形式，称为赤铁矿，其颜色为橙色。
这里有一个固定齿轮的例子，它已经从微动腐蚀损坏，在那里相同的现象影响内部组件的节距轴承以及。
微动腐蚀具有很高的磨损速率。这是非常有害的。它还会产生大量的磨料，所以产生的磨损疤痕本身是非常具有破坏性的，就像磨损碎片一样，它被捕获在润滑脂中，然后导致磨损遍及轴承的其余部分。
磨损疤痕本身可以作为失效的起始点，而且，磨损碎片也具有很强的研磨性。
宏图是下一个故障模式。这是滚筒路径上的横向轴承的横向轴承的例子。
宏针可以具有若干根原因。地下剪切应力会导致裂缝，最终会表面和聚结。您还可以在轴承关键位置存在非金属夹杂物，这将导致宏观。或者您可以具有表面缺陷，PSO是点源原点，或者GSC，即几何应力集中，可以用作裂缝启动位点。
所有这些根本原因都会影响节距轴承，但表面缺陷原因将是最常见的。当滚子路径表面发生故障时，轴承就完全失效了。
另一种失效模式:轴承环裂纹。这些轴承环有孔，用于润滑脂配件或用于操作功能。这些孔洞的存在起到应力上升的作用。它们增加了轴承环的公称应力。这些特征会引发裂缝，从而导致轴承失效。
这里有一个例子，轴承外圈与裂纹和裂纹开始在螺纹孔。同样，这里再次是另一个轴承外圈与螺纹孔，导致裂纹发展。
确定轴承健康的最佳方法是通过润滑脂分析。润滑脂分析可以提供俯仰轴承劣化的最先进的警告。当采集润滑脂样品时，可以解释尺寸，形状和磨损颗粒量以确定轴承中的严重程度和磨损类型。
这是润滑脂样品的一个例子。
在这个测试中，从轴承上取下一定量的润滑脂，并将其推过一个过滤贴片。计算粒子的数量和大小。左边的这个数字来自正常情况下的轴承。右边的数字是同样数量的油脂，遵循同样的程序，但你可以看到磨损颗粒的数量要多得多它们的尺寸也要大得多。
就预防失败而言，越往上游走，你就越能预防失败。让我们从设计师采购规范开始。这真的可以成为防范破产的第一层保护措施。考虑需要一个完全灵活的分析，包括轮毂和叶片的影响。
历史上，制造商通常会对轴承中的应力状态进行分析。但是它们会假设轮毂和叶片是刚性的，当然，它们不是刚性的。这些结构的顺应性影响轴承中的应力。我建议考虑对轴承进行完全灵活的分析。
这里是一个例子的一个节距轴承轮毂，包括合规轮毂的分析。
我还建议需要制造公差敏感性研究。该8点接触轴承需要极端精度，因此轴承的所有8个点都接触。在制造公差允许容差的变化的范围内，应研究它们并包括对轴承中应力的影响。我建议您考虑将其放入设计师采购规范，用于音高轴承。
这是这样的分析的一个例子。还要考虑限制设计师采购规范中的接触压力，并限制椭圆溢出的程度。理想情况下，您不会允许任何椭圆泄漏，但如果您选择这样做，则限制椭圆泄漏的程度和负载条件的数量。
最后，密封要求。一款井功能密封件保持油脂并保持水和污染物。伴随图像（在设计/采购规范中上方和右下）提供了来自SKF Kaydon的密封的示例。它被称为H密封，并效果良好地反应内部压力对润滑脂。这有助于将轴承加压并吹扫润滑脂。它还容忍内圈和外圈之间的相对大的偏转，并且当轴承暴露于高负载和大的偏转时，将润滑脂保持在并保持污染物。
保持架要求，在螺距轴承中保持架有很多问题，所以规格应该要求保持架，应该评论保持架的强度，以及保持架的许用应力。
下一行保卫将是制造质量。与您的制造商合作，确保元件几何的准确性。
例如，考虑伴随图像中的8点接触轴承的横截面。两个球相互独立，每个球在四个位置接触内环和外环，共八个位置。在球的尺寸、球径的位置、球径的几何形状方面所要求的精度，都必须是极其精确的，否则轴承将不会在设计的八个地方接触。
这里的另一个图像显示了一个失败的螺距轴承。上面一行完全没有损坏，而下面一行则完全剥落。在这种情况下，行间距不正确，所以只有一排球承载负载。轴承由于制造精度问题而失效。
制造质量相关问题的另一个例子示出了填充孔（上图，右）需要将球安装到轴承中所需的特征。为了制造这种填充孔，不能硬化该轴承区域。因此，轴承图需要填充孔周围的该区域被释放，因此接触应力低。而且，填充孔将位于轴承的相对低应力区域中。在这种情况下，没有发生，轴承在填充孔附近的软位置处施加。
另一个重要的制造质量相关项目准确地设置了预载荷。这些轴承预加载并执行它们的意图，必须正确设置预加载。这些轴承也是感应热处理。它实际上是一种敏感而气质的过程容易出错。因此，您必须确保制造商对热处理过程具有良好的过程控制。
最后,装配清洁度。磨料磨损是节距轴承的一大杀手，所以在它甚至被搬到现场之前，在工厂里建造一个清洁的轴承是很重要的。这些是与生产质量相关的问题。如果您与您的制造商合作，他们可以帮助确保您得到的任何螺距轴承将给您良好的，长期的服务。
选择润滑脂
这可能是您可以做到最重要的事情，以帮助提高已经在服务中的音高轴承的可靠性。在选择润滑脂方面，有关思考的重要事项将包括基础油粘度，油的趋势与润滑脂分离，润滑脂泵，低温粘度，机械稳定性，以及持续的，且肯定尤其不是最不重要的，但是抵抗烦恼和假吹风。润滑脂有各种各样的烦躁和假斑斑，问题是螺距轴承的主要杀伤者之一。挑选良好的润滑脂是非常重要的，这是防止烦恼和假吹风的润滑脂。
可以做一些测试来帮助表征微动阻力。例如，埃克森美孚开发的Riffel测试。
图片右边的图是经过Riffel测试的试样和测试产生的深度。测量表征润滑脂性能的磨损疤痕的程度。还有一个ASTM标准测试测试微动电阻。
最后，自动油管系统是另一个与润滑相关的项目。随附的自动油管示意图来自SKF。这是手动润滑过程或自动润滑过程的示意图。手动润滑过程用红色表示。手动润滑油会加入大量的润滑脂，但相对较少，而自动润滑系统会不断地加入少量的新鲜润滑脂，这使得沥青轴承接触区域的润滑脂更有可能被清洁。
在未来的设计趋势方面，风力涡轮机OEM和轴承制造商都明白，随着转子越来越长，负载正在上升，我们正在达到8点接触轴承的限制在风力涡轮机中使用的能力。正在考虑来自Kaydon的一个设计。它是两排角接触球轴承。这种设计对制造公差敏感得多。每个球只在两个地方接触内外环。它对制造公差敏感，它允许更长的接触椭圆，使其对椭圆溢出不太敏感。
类似的概念使用滚轮而不是球。滚筒带的负载能力比滚珠轴承更高。
更多资源
有关这个主题的更多信息，请查看RBB Engineering网站资源页。它有我们会议上的技术论文和报告，可以免费下载。你不需要提供任何信息。它们都列在我们主页的资源链接上。我们还与GearTech的Bob Errichello在gearboxfailure.com．它可能是互联网上齿轮和轴承可靠性信息的最全面的来源。我们在那里有很多信息，很多资源，我们出售其中的一些，但绝大多数都可以免费下载。
我建议的其他良好资源将是AWEA推荐的O和M实践，RP 814风力涡轮机沥青轴承润滑脂采样和程序，这是相当不错的，ASTM标准D7690，如何进行油脂和油颗粒分析．
了下:可再生能源
