CN116592820A - 一种主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法，主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，后主轴承和前主轴承设于轴承座内，游隙测量装置包括：位移测量传感器和配重调整组件，位移测量传感器用于测量主轴轴承的游隙，位移测量传感器面向前主轴承的内圈大端面设置，配重调整组件用于调平轴承座。通过上述结构能够检测主轴轴承安装的负游隙是否符合技术要求，确保主轴轴承最终组装时的游隙满足设计要求，提升主轴轴承应用的安全性和可靠性，通过位移测量传感器监测主轴轴承在安装过程中后主轴承的变形量，配重调整组件能够调平轴承座，能够使位移测量传感器的检测获取的数据更加准确。

Description

一种主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组主轴轴承安装技术领域，更具体地说，涉及一种主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法。

背景技术

在风力发电机组中，主传动链是风力发电机组的核心部分，其性能的好坏直接影响风机整机成本、机组运行的可靠性和市场竞争力，而主轴轴承是主传动链的核心部件。目前，大型风力发电机组主轴轴承有三种类型：第一类为双列球面滚子轴承，采用球面滚子轴承，不能够抵消轮毂中心联合弯矩对齿轮箱的影响，将导致齿轮箱一级转架前轴承受到弯矩载荷，使得齿轮箱运用工况恶劣；第二类为双列圆锥滚子轴承或三排圆柱滚子轴承，采用双列圆锥滚子或三排圆柱滚子轴承，主轴轴承与齿轮箱紧凑集成于一体，由于尺寸大，不利于运输，经济性差，并且轴承采用油润滑，在长期待机或者运输过程中，容易导致润滑效果差，使得轴承容易磨损失效；第三类为两套单列圆锥滚子轴承，采用两套单列圆锥滚子轴承，其润滑方式为脂润滑的方式，避免了油润滑出现缺油问题，并且双主轴承可以克服轮毂中心弯矩的影响，提升了机组的可靠性。因此，在大兆瓦机组的主轴轴承往往采用两套双列圆锥滚子轴承。

为了提升两套单列圆锥滚子轴承可靠性以及确保轴承的刚度，需要对两套圆锥滚子轴承进行预紧，轴承预紧量的大小将影响轴承的寿命与可靠性。过小的预紧力量将不能够满足轴承的使用要求，容易造成轴承内圈挡边崩边等问题；过大的预紧力将导致轴承润滑不易，轴承载荷变大，将会出现轴承过热等问题。因此，需要对轴承的预紧量进行测量，确保轴承安装符合技术要求。然而，现有技术中轴承预紧量的大小难以检测，难以评估主轴轴承在整个热装过程的安全性。

综上所述，如何提供一种能够准确测量主轴轴承预紧量大小的装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法，该主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法可以在主轴轴承安装过程中对轴承出现的最大预紧力进行监测，评估轴承在整个热装过程的安全性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种主轴轴承的游隙测量装置，所述主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，所述后主轴承和所述前主轴承设于轴承座内，其特征在于，所述游隙测量装置包括位移测量传感器和配重调整组件，所述位移测量传感器用于测量所述主轴轴承的游隙，所述位移测量传感器面向所述前主轴承的内圈大端面设置，所述配重调整组件用于调平所述轴承座。

一种主轴轴承的游隙测量装置，所述位移测量传感器设于固定支架上，所述固定支架的一端设于所述轴承座的端面，所述固定支架的另一端设有所述位移测量传感器。

一种主轴轴承的游隙测量装置，所述配重调整组件沿径向设于所述轴承座，所述配重调整组件包括调整螺杆，所述调整螺杆用于调整所述配重调整组件的重心距离。

一种主轴轴承的游隙测量装置，所述配重调整组件还包括用于提供支撑作用的支撑杆，所述支撑杆的一端设于所述轴承座，所述支撑杆的另一端设于所述配重调整组件。

一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，所述后主轴承和所述前主轴承设于轴承座和主轴之间，所述后主轴承端面设有轴承端盖，所述轴承端盖设有控制预紧力矩的螺栓，其特征在于，所述游隙测量装置包括：获取主轴轴承位置数据的位移测量传感器，调平所述轴承座的配重调整组件；

所述主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法的步骤包括：

S1，盘动所述轴承座使所述轴承座处于调平位置；

S2，调整所述位移测量传感器和所述前主轴承内圈大端面的距离，当所述位移测量传感器达到预设位置时，固定所述位移测量传感器；

S3，记录所述位移测量传感器的数值为L10，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L11；

S4，热压安装所述后主轴承的内圈；

S5，记录所述位移测量传感器的数值并得出所述位移测量传感器的数值变化量为L2，所述L2为所述前主轴承在热装状态下的负游隙；

S6，等待所述后主轴承的内圈完全冷却，记录所述位移测量传感器的数值为L30，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L31。

一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述步骤S1中所述轴承座处于调平位置的方法为：

每次盘动所述轴承座后，测量所述前主轴承的内圈小端面与所述主轴端面的距离，并且测量八个点，这八个点最大值与最小值的偏差小于或等于0.5毫米，如果连续两次盘动后平均值差距小于或等于0.03毫米，则认为所述轴承座处于调平位置。

一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述预设位置具体为：所述位移测量传感器和所述前主轴承内圈大端面的距离最大值与最小值的偏差小于或等于0.2毫米。

一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述步骤S4之前还包括：对所述轴承端盖与所述后主轴承的高点区域进行预紧，所述高点区域为所述轴承端盖与所述后主轴承接触的区域，所述预紧为通过所述螺栓拧紧至额定拧紧扭矩的50％。

一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述步骤S6之后还包括：将所述螺栓拧紧至额定拧紧扭矩的70％，记录所述位移测量传感器的数值为L40，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L41。

一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述再次记录所述位移测量传感器的数值为L41之后还包括：

将所述螺栓拧紧至额定拧紧扭矩，记录所述位移测量传感器的数值为L50，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L51。

相对于背景技术，本发明所提供的主轴轴承的游隙测量装置，主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，后主轴承和前主轴承设于轴承座内，游隙测量装置包括：位移测量传感器和配重调整组件，位移测量传感器用于测量主轴轴承的游隙，位移测量传感器面向前主轴承的内圈大端面设置，配重调整组件用于调平轴承座。

通过位移测量传感器监测主轴轴承在安装过程中后主轴承的变形量，位移测量传感器可以采用多个，这样能够尽量避免因测量点不足导致的测量不准确，减少数据误差，提高测量数据的准确性。配重调整组件能够调平轴承座，能够使位移测量传感器的检测获取的数据更加准确。

本发明所提供的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，后主轴承和前主轴承设于轴承座和主轴之间，后主轴承端面设有轴承端盖，轴承端盖设有控制预紧力矩的螺栓，游隙测量装置包括：获取主轴轴承位置数据的位移测量传感器，调平轴承座的配重调整组件；主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法的步骤包括：S1，盘动轴承座使轴承座处于调平位置；S2，调整位移测量传感器和前主轴承内圈大端面的距离，当位移测量传感器达到预设位置时，固定位移测量传感器；S3，记录位移测量传感器的数值为L10，盘动轴承座3到5圈后，再次记录位移测量传感器的数值为L11；S4，热压安装后主轴承的内圈；S5，记录位移测量传感器的数值并得出位移测量传感器的数值变化量为L2，L2为前主轴承在热装状态下的负游隙；S6，等待后主轴承的内圈完全冷却，记录位移测量传感器的数值为L30，盘动轴承座3到5圈后，再次记录位移测量传感器的数值为L31。

在轴承端盖的热压安装过程中，由于后主轴承的内圈温度较高，轴承将会发生轴向膨胀，后主轴承挡圈在热压安装过程中，造成轴承实际的负游隙将高于设计值。通过位移测量传感器监测热压安装过程中轴承座的变形量，当后主轴承冷却后，再次记录轴承的变形量，这样能够评估轴承在热压安装时的负游隙是否满足设计要求，是否超出轴承的本身的额定承载力，导致轴承接触应力超出屈服等情况。通过多次盘动轴承座可以确保轴承在预紧过程中轴承滚子受力均匀，防止个别滚子局部受力现象。本申请提供的主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法，能够检测主轴轴承安装的负游隙是否符合技术要求，确保主轴轴承最终组装时的游隙满足设计要求，提升主轴轴承应用的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的主轴轴承安装在轴承座和主轴之间的剖视图；

图2为图1中Ι区的局部放大图；

图3为本发明所提供的配重调整组件安装在轴承座的示意图；

图4为本发明所提供的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法的流程图。

其中：

1-后主轴承、2-前主轴承、3-轴承座、4-位移测量传感器、5-配重调整组件、51-调整螺杆、52-支撑杆、6-固定支架、7-主轴、8-轴承端盖、9-螺栓、10-风轮盘、11-挡圈。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本申请实施例提供的主轴轴承的游隙测量装置，可参考说明书附图1至附图3，主轴轴承包括：后主轴承1和前主轴承2，后主轴承1和前主轴承2设于轴承座3内，游隙测量装置包括位移测量传感器4和配重调整组件5，位移测量传感器4用于测量主轴轴承的游隙，位移测量传感器4面向前主轴承2的内圈大端面设置，配重调整组件5用于调平轴承座3。

需要说明的是，本申请提供的具体实施例中轴承座3为一个整体，后主轴承1和前主轴承2均采用圆锥滚子轴承，且前主轴承2内径尺寸大于后主轴承1。风轮盘10与主轴7连接，挡圈11与主轴7过盈配合，前主轴承2的内圈与主轴过盈配合连接，前主轴承2内圈的大端面与挡圈11轴向贴合，前主轴承2的外圈安装在轴承座3上，前主轴承2外圈的大端面与轴承座3的台阶面贴合。后主轴承1与主轴7过盈配合连接，后主轴承1的外圈安装于轴承座3上，后主轴承1外圈的大端面与轴承座3的台阶面贴合。后主轴承1和前主轴承2需要在轴向上保持负游隙，通过在后主轴承1的端面增加轴承端盖8，轴承端盖8通过在螺栓9实现预紧作用，预紧作用之后的轴承端盖8与后主轴承1内圈底端大端面紧密贴合。

为了让轴承端盖8在预紧过程中保持精确位置，保证轴承的负游隙在规定的设计范围。通过位移测量传感器4检测后主轴承1内圈的大端面在安装过程中的位置变化实现对主轴轴承负游隙的测量，配重调整组件5能够调平轴承座3，能够使位移测量传感器4的检测获取的数据更加准确。并且位移测量传感器4可以设置多个，这样能够尽量避免因测量点不足导致的测量不准确，减少数据误差，提高测量数据的准确性。位移测量传感器4和配重调整组件5可以通过螺纹连接固定，这样当主轴轴承安装完成并且轴承的负游隙符合规定后，位移测量传感器4和配重调整组件5可以进行快速拆除。

位移测量传感器4设于固定支架6上，固定支架6的一端设于轴承座3的端面，固定支架6的另一端设有位移测量传感器4。固定支架6用于固定位移测量传感器4的位置，固定好的位移测量传感器4在圆周方向上与前主轴承2内圈大端面的距离相等。位移测量传感器4可以通过螺纹连接固定在固定支架6上，为了方便位移测量传感器4固定在指定位置，固定支架6可以根据实际情况设置为折线形。

如说明书附图3所示，配重调整组件5沿径向设于轴承座3，配重调整组件5包括调整螺杆51，调整螺杆51用于调整配重调整组件5的重心距离。转动调整螺杆51使得配重调整组件5的重心改变，这样能够调平轴承座3，进而使得位移测量传感器4测量的数据更加准确。

配重调整组件5还包括用于提供支撑作用的支撑杆52，支撑杆52的一端设于轴承座3，支撑杆52的另一端设于配重调整组件5。支撑杆52与调整螺杆51之间形成倾斜角度，能够为径向延伸出来的配重调整组件5提供支撑力，使得配重调整组件5的结构稳定，转动调整螺杆51时也更加平稳。

如说明书附图4所示，本申请实施例提供的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，后主轴承和前主轴承设于轴承座和主轴之间，后主轴承端面设有轴承端盖，轴承端盖设有控制预紧力矩的螺栓，游隙测量装置包括：获取主轴轴承位置数据的位移测量传感器，调平轴承座的配重调整组件；

主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法的步骤具体包括：

步骤S1，盘动轴承座使轴承座处于调平位置，每次盘动轴承座后，测量前主轴承的内圈小端面与主轴端面的距离，并且测量八个点，这八个点最大值与最小值的偏差小于或等于0.5毫米，如果连续两次盘动后平均值差距小于或等于0.03毫米，则认为轴承座处于调平位置；

步骤S2，调整位移测量传感器和前主轴承内圈大端面的距离，当位移测量传感器达到预设位置时，固定位移测量传感器，预设位置具体为：位移测量传感器和前主轴承内圈大端面的距离最大值与最小值的偏差小于或等于0.2毫米；

步骤S3，记录位移测量传感器的数值为L10，盘动轴承座3到5圈后，再次记录位移测量传感器的数值为L11；

步骤S4，热压安装后主轴承的内圈，在热压安装之前需要对轴承端盖与后主轴承的高点区域进行预紧，高点区域为轴承端盖与后主轴承接触的区域，预紧为通过螺栓拧紧至额定拧紧扭矩的50％；

步骤S5，记录位移测量传感器的数值并得出位移测量传感器的数值变化量为L2，L2为前主轴承在热装状态下的负游隙；

步骤S6，等待后主轴承的内圈完全冷却，记录位移测量传感器的数值为L30，盘动轴承座3到5圈后，再次记录位移测量传感器的数值为L31；

将螺栓拧紧至额定拧紧扭矩的70％，记录位移测量传感器的数值为L40，盘动轴承座3到5圈后，再次记录位移测量传感器的数值为L41；

将螺栓拧紧至额定拧紧扭矩，记录位移测量传感器的数值为L50，盘动轴承座3到5圈后，再次记录位移测量传感器的数值为L51。

为了提高位移测量传感器4测量数据的准确性，减少数据误差，以本申请提供的具体实施方式为例，位移测量传感器4的个数具体设置为三个，三个位移测量传感器4测试的数值通常不一致，取三个位移测量传感器4测量的平均值作为最终量，并且在相同螺栓预紧力的条件下，三个位移测量传感器4测量到的位移值的最大值与最小值的差值应小于或等于0.02毫米，否则认为测量失败，需调整后重新测量。

根据位移测量传感器的测量数值计算得出，前主轴承的变形量为Δ＝(L50+L51)/2-(L10+L11)/2，因轴承座的重量也将导致前主轴承发生变形，利用有限元等软件进行计算，将因轴承座的重量导致前主轴承发生的变形量表示为Δ1，同时在螺栓的预紧扭矩为额定拧紧扭矩的情况下，将前主轴承在竖直状态下的变形量表示为Δ2，计算前主轴承的变形量为Δ2-Δ1，将Δ2-Δ1与Δ的数值进行对比，最终，通过软件反推后主轴承和前主轴承的负游隙的值。评估在预紧过程中最大负游隙为L2-(L10+L11)/2,须评估轴承在此状态下滚子接触应力是否不超屈服。

以上对本申请所提供的主轴轴承的游隙测量装置及其安装测量方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种主轴轴承的游隙测量装置，所述主轴轴承包括：后主轴承(1)和前主轴承(2)，所述后主轴承(1)和所述前主轴承(2)设于轴承座(3)内，其特征在于，所述游隙测量装置包括位移测量传感器(4)和配重调整组件(5)，所述位移测量传感器(4)用于测量所述主轴轴承的游隙，所述位移测量传感器(4)面向所述前主轴承(2)的内圈大端面设置，所述配重调整组件(5)用于调平所述轴承座(3)。

2.根据权利要求1所述的主轴轴承的游隙测量装置，其特征在于，所述位移测量传感器(4)设于固定支架(6)上，所述固定支架(6)的一端设于所述轴承座(3)的端面，所述固定支架(6)的另一端设有所述位移测量传感器(4)。

3.根据权利要求1所述的主轴轴承的游隙测量装置，其特征在于，所述配重调整组件(5)沿径向设于所述轴承座(3)，所述配重调整组件(5)包括调整螺杆(51)，所述调整螺杆(51)用于调整所述配重调整组件(5)的重心距离。

4.根据权利要求3所述的主轴轴承的游隙测量装置，其特征在于，所述配重调整组件(5)还包括用于提供支撑作用的支撑杆(52)，所述支撑杆(52)的一端设于所述轴承座(3)，所述支撑杆(52)的另一端设于所述配重调整组件(5)。

5.一种主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，所述主轴轴承包括：后主轴承和前主轴承，所述后主轴承和所述前主轴承设于轴承座和主轴之间，所述后主轴承端面设有轴承端盖，所述轴承端盖设有控制预紧力矩的螺栓，其特征在于，所述游隙测量装置包括：获取主轴轴承位置数据的位移测量传感器，调平所述轴承座的配重调整组件；

所述主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法的步骤包括：

S1，盘动所述轴承座使所述轴承座处于调平位置；

S2，调整所述位移测量传感器和所述前主轴承内圈大端面的距离，当所述位移测量传感器达到预设位置时，固定所述位移测量传感器；

S3，记录所述位移测量传感器的数值为L10，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L11；

S4，热压安装所述后主轴承的内圈；

S5，记录所述位移测量传感器的数值并得出所述位移测量传感器的数值变化量为L2，所述L2为所述前主轴承在热装状态下的负游隙；

S6，等待所述后主轴承的内圈完全冷却，记录所述位移测量传感器的数值为L30，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L31。

6.根据权利要求5所述的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，其特征在于，所述步骤S1中所述轴承座处于调平位置的方法为：

每次盘动所述轴承座后，测量所述前主轴承的内圈小端面与所述主轴端面的距离，并且测量八个点，这八个点最大值与最小值的偏差小于或等于0.5毫米，如果连续两次盘动后平均值差距小于或等于0.03毫米，则认为所述轴承座处于调平位置。

7.根据权利要求5所述的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，其特征在于，所述预设位置具体为：所述位移测量传感器和所述前主轴承内圈大端面的距离最大值与最小值的偏差小于或等于0.2毫米。

8.根据权利要求5所述的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，其特征在于，所述步骤S4之前还包括：对所述轴承端盖与所述后主轴承的高点区域进行预紧，所述高点区域为所述轴承端盖与所述后主轴承接触的区域，所述预紧为通过所述螺栓拧紧至额定拧紧扭矩的50％。

9.根据权利要求8所述的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，其特征在于，所述步骤S6之后还包括：将所述螺栓拧紧至额定拧紧扭矩的70％，记录所述位移测量传感器的数值为L40，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L41。

10.根据权利要求9所述的主轴轴承的游隙测量装置的安装测量方法，其特征在于，所述再次记录所述位移测量传感器的数值为L41之后还包括：

将所述螺栓拧紧至额定拧紧扭矩，记录所述位移测量传感器的数值为L50，盘动所述轴承座3到5圈后，再次记录所述位移测量传感器的数值为L51。