趙登利，于良峰，劉勇

(北車風電有限公司 風電裝備研究所，濟南 250022)

1 引言

單列圓錐滾子軸承背對背配對結構不但剛性好，且具有良好的導向精度，同時還可以承受傾覆力矩，因此在風電齒輪箱中得到了越來越廣泛的應用。此種軸承配置方式主要應用于行星輪上，包括傳統(tǒng)行星輪結構[1]以及采用柔性銷軸技術的行星輪結構，其中采用柔性銷軸技術的行星輪結構如圖1所示。

圖1 柔性銷軸技術軸承配置圖

單列圓錐滾子軸承配對后軸向游隙的調整通過配磨內(nèi)隔圈完成，若內(nèi)隔圈由軸承廠家加工并調整好游隙,成本較高且安裝游隙變化較大，因此內(nèi)隔圈的加工及軸向游隙的調整由齒輪箱生產(chǎn)廠家來完成。目前采用此軸承結構配置的風電齒輪箱行星輪均采用負游隙，軸向游隙一般為-0.1～0 mm。此軸承配置雖具有結構簡單，組配靈活的特點[2]，但其安裝過程較復雜，安裝精度將會影響軸承的運轉剛度及使用壽命。

對于車間批量生產(chǎn)，軸向游隙的調整是影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量的關鍵因素，而軸向游隙的調整是通過配磨內(nèi)隔圈來實現(xiàn)的，因此必須尋找一種方便快捷確定內(nèi)隔圈寬度的測量方法。目前各風電齒輪箱廠家對于此軸承結構配置的測量、安裝方法各不相同，在此將對幾種內(nèi)隔圈寬度測量方法進行比較、分析，確定一種準確、快捷的測量安裝方法，并給出行星輪結構的優(yōu)化建議。

2 零游隙確定

當調整一對背對背圓錐滾子軸承的安裝時，必須轉動軸承以使?jié)L子處于正確位置，即內(nèi)組件滾子大端面緊緊壓靠在內(nèi)圈大擋邊上，外圈滾道緊緊壓靠在滾子錐面上[3]，此時即為圓錐滾子軸承的零游隙狀態(tài) 。

如圖2所示，將A,B軸承安裝到位，并將整個行星輪部套放在平臺上，轉動行星輪至運轉平穩(wěn)。此時軸承B滾子大端面緊緊壓靠在內(nèi)圈大擋邊上，而軸承A滾子大端面與內(nèi)圈大擋邊有間隙，用0.1～0.15 mm的塞尺可輕松塞入，因此可以確定此時軸承B處于零游隙狀態(tài),而軸承A處于非零游隙狀態(tài)。

圖2 零游隙狀態(tài)

3 內(nèi)隔圈寬度確定

軸向游隙的調整關鍵是確定零游隙狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度，設零游隙狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度為L0，所需要的游隙為δ0，則內(nèi)隔圈安裝后的寬度L為

L=L0+δ0。

若初始狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度為L1，則內(nèi)隔圈的配磨量ΔL為

ΔL=L1-L。

對于內(nèi)隔圈在零游隙狀態(tài)下的寬度L0的測量，各齒輪箱廠家采用3種不同的測量方法。

3.1 方法1

測量原理如圖3所示，將行星輪部套放在平臺上，取下內(nèi)隔圈，在軸承A上加1個載荷塊(載荷塊的質量和結構設計在此不做介紹)，轉動行星輪至平穩(wěn)狀態(tài)，直接測量上、下兩軸承之間的高度H，H即為零游隙狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度L0。

圖3 方法1測量原理圖

軸承B在行星輪、載荷塊及軸承重力作用下處于零游隙狀態(tài)，但軸承A由于內(nèi)組件圓錐體的自鎖作用，滾子球基面與內(nèi)圈擋邊不能夠完全接觸，存在一定的間隙，處于非零游隙狀態(tài)，此時將高度H作為零游隙狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度L0，測量結果會存在較大的誤差。

3.2 方法2

測量原理如圖4所示，首先在配對的2套軸承中取出任一軸承并做好標識，測量軸承在正、反狀態(tài)下的裝配寬度T1和T2，計算兩者的差值δ1，即δ1=T1-T2，δ1即為圖4b中軸承A在非零游隙狀態(tài)下測量配對軸承軸向游隙產(chǎn)生的誤差值(測量T1，T2時需加上載荷塊)。

圖4 方法2測量原理圖

取出內(nèi)隔圈，在軸承A上加1個載荷塊，使測頭打在載荷塊中心，轉動行星輪至平穩(wěn)狀態(tài)，軸承B處于零游隙狀態(tài)，此時將測量儀表對零位，將行星輪部套移出測量區(qū)域。然后裝入未配磨的內(nèi)隔圈，再次加上載荷塊，并將測量儀表測頭打在載荷塊中心[2]，轉動行星輪至平穩(wěn)狀態(tài)，記錄測量儀表的讀數(shù)δ2，此時可以計算出配對圓錐滾子軸承的軸向游隙Δδ，即Δδ=δ1+δ2，則內(nèi)隔圈在零游隙狀態(tài)下的寬度L0=L1+Δδ。

3.3 方法3

測量原理如圖5所示，將行星輪部套放在平臺上，取下內(nèi)隔圈，軸承A在上部，轉動行星輪至平穩(wěn)狀態(tài)，測量行星輪上端面到軸承B內(nèi)圈端面的高度H1;然后翻轉行星輪，使軸承B位于上部，轉動行星輪至平穩(wěn)狀態(tài)，測量行星輪端面至軸承A內(nèi)圈端面的高度H2。假設行星輪的寬度為K，則零游隙狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度L0為

圖5 方法3測量原理圖

L0=H1+H2-K。

對比上述3種測量方法發(fā)現(xiàn)，方法1雖然測量過程簡單，但是存在較大的測量誤差，并且載荷塊質量的不同對測量結果有很大的影響。方法2消除了上部軸承在非零游隙狀態(tài)測量時軸向游隙的誤差，但需測量δ1，整個測量過程較長，前后2次測量時儀表產(chǎn)生的誤差不可忽略。測量方法3相對于前2種方法，測量數(shù)據(jù)較少，且整個測量過程產(chǎn)生的誤差較小，更適合于車間批量化生產(chǎn)應用。

4 誤差分析及應對措施

對比上述測量方法并結合行星輪部件的安裝過程，分析方法3測量過程中產(chǎn)生的誤差并給出應對措施。

方法3測量過程中，測量數(shù)據(jù)K，H1和H2時，由于行星輪兩端面及軸承內(nèi)圈端面存在端面跳動及平行度公差，測量過程會產(chǎn)生一定的誤差，一般情況下行星輪端面跳動小于0.03 mm，軸承端面相對于內(nèi)孔的垂直度更小，因此測量時可采用多點測量取平均值的方法。安裝時為提高生產(chǎn)效率并保證測量的準確性，可以取4～6點進行測量，取其平均值作為K，H1和H2的最終測量值。

另外為方便H1，H2的測量，設計行星輪時要保證軸承內(nèi)圈端面低于行星輪端面，即軸承端面與行星輪端面存在一定高度差γ，如圖6所示。

圖6 行星輪結構優(yōu)化

因軸承外圈與行星輪內(nèi)孔為過盈配合，安裝時通過加熱行星輪進行熱裝，在行星輪冷卻過程中，軸承外圈端面與行星輪內(nèi)孔擋邊會存在一定的間隙，現(xiàn)場安裝實測的間隙值約為0.02～0.05 mm，此間隙的存在將會影響配對軸承的軸向游隙值。在軸承外圈安裝到位緩慢冷卻過程中，可通過施加壓力的方法使軸承外圈端面與行星輪內(nèi)孔擋邊端面緊密接觸，如圖7所示。單個行星輪上施加重物或2個或以上行星輪疊加在一起，可以保證行星輪冷卻過程中軸承外圈端面與行星輪內(nèi)孔擋邊緊密接觸，提高安裝質量。

圖7 行星輪部套安裝過程改進圖

5 計算實例

以2套32040圓錐滾子軸承組成的背對背配對安裝軸承為例，說明軸承安裝過程以及內(nèi)隔圈寬度的確定過程。32040軸承寬度T=70 mm,行星輪寬度K=170 mm,內(nèi)孔擋邊寬度K1=60 mm。背對背安裝要求軸向游隙為-0.1～0 mm。

將軸承內(nèi)、外圈做好配對標識，加熱行星輪至一定溫度并將兩軸承外圈裝入行星輪內(nèi)孔，保證軸承外圈端面緊靠行星輪內(nèi)孔擋邊，按照圖7的要求放置行星輪部套直至行星輪冷卻下來。用塞尺檢查軸承外圈端面與行星輪內(nèi)孔擋邊是否存在間隙，若間隙過大需重新進行安裝。

將行星輪部套放在測量平臺上，按方法3的要求進行測量。測量K，H1和H2時在圓周均布6測點取平均值，測量后的結果分別為170.12，115.05和115.02 mm，則零游隙狀態(tài)下內(nèi)隔圈的寬度L0=H1+H2-K=59.95 mm，軸向游隙要求為-0.1～0 mm，則最終安裝內(nèi)隔圈的寬度L=L0+δ0=59.85～59.95 mm,即安裝內(nèi)隔圈的寬度在59.85～59.95 mm范圍內(nèi)即可滿足配對軸承軸向游隙的要求。若內(nèi)隔圈的初始寬度L1=61 mm，則內(nèi)隔圈需磨去ΔL=L1-L=1.05～1.15 mm。

6 結束語

通過對行星輪安裝過程及測量過程的分析可以發(fā)現(xiàn)，方法3測量準確快捷，在提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量上具有重要意義。另外在行星輪部套設計時，須考慮后續(xù)產(chǎn)品的安裝及測量的方便性，并采取相應的優(yōu)化措施。