轴承轴套松动故障处理及优化探讨

毛中保

摘 要：通过风力发电机组轴承定位轴套松动的故障现象、设计结构分析，结合机组情况，设计锁紧螺母旋紧工装（一次装卡、多次旋紧，现场、车间通用）。使用工装在定位套轴向预紧固的情况下，轴向继续压紧0.3～0.4mm，给予轴套一定的预紧力，进一步加强轴承内圈的轴向定位，消除故障。同时依据风电机组常用轴承定位结构，提出优化轴承内圈定位的两种设计方案，并结合各机型，总结出目前风机设备中常用的、可靠的轴承轴向定位结构，便于设计沿用。

关键词：轴套松动；工装旋紧；预压；轴承定位

中图分类号：TV743 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0044-02

1 故障情况

某风电场巡检中发现风电机组出现轴承后轴套同主轴旋转不同步，轴套同主轴、锁紧螺母之间存在相对运动，磨损。具体情况见图1、图2。

2 原因分析

结合故障及设计结构分析，导致故障出现的原因有以下三方面：

（1）轴套同主轴接触面积小且为间隙配合，在轴承内圈蠕动及锁紧螺母预压力不足或消失的情况下，机组旋转后轴套易出现相对滑动。

（2）装配过程中锁紧螺母未紧固，给予轴套的轴向预压力不足，加快后轴套松动、出现相对滑动。

（3）锁紧螺母防松装置未起到防松作用，机组运行后锁紧螺母松脱。

3 故障处理和优化改进

3.1 故障处理方案

将锁紧螺母旋紧，加强对轴承内圈的轴向定位，确保轴承内圈、后轴套、锁紧螺母间紧固。

故障处理时要将锁紧螺母旋紧，必须在机组上寻找合适的施力点。目前机组上没有强度足够的可以借用施力点。因此必须利用机组现有结构制作工装。在锁紧螺母同后轴套紧贴、初步旋紧后，再使用工装将锁紧螺母再次紧固，对轴套施加一定的轴向预压力。

3.1.1 工装设计思路及要求

（1）适合现场及车间装配使用；

（2）借助前轴承后端盖安装螺纹孔安装固定端，在锁紧螺母上安装移动端，在固定端和移动端之间放置施力装置，通过施力装置推动螺母旋转、紧固；

（3）采用薄型千斤作为施力装置推动锁紧螺母旋转。薄型千斤行程有限，在工装设计上要考虑一次装卡、多次推进，且多次推进仅需调整工装、无需操作风机设备。

3.1.2 工装及使用方法

工装分为固定板、座板、推板三个主要部分并附带调整垫板（详见图3）。座板上布置有3组推板安装螺纹孔，每组螺纹孔间距为4°，可确保在不旋转主轴的情况下往复推进3次，降低了现场操作、调整难度，省时、省力。

固定板通过螺栓固定在相对静止的前轴承后端盖上。座板放置在锁紧螺母的弧面上，用螺栓固定。

主轴旋转，座板中间位置位于竖直位置时，将主轴刹车、锁定。试装推板，确保推板与固定板间的间距在70mm左右。位置合适后用螺栓将推板与座板连接。推板应使用座板上最右侧螺纹孔固定，目的是在薄型千斤在推动一个行程后，推板拆卸后可以向左侧移动、固定，再进行一次推动。最多可以往复推动3次。推动锁紧螺母旋转约12°，轴向推进行程约为7*12°/360°=0.233mm。锁紧螺母在初步锁紧的情况下，轴向在推进0.233mm，足以将后轴套同轴承内圈顶紧，加强轴承内圈定位。

现场处理完毕后需在锁紧螺母和主轴，后轴套和锁紧螺母间画防松标记线，便于后期定期检查是否相对移动；

3.2 针对故障在设计、工艺上改进的思考及建议

故障原因如前所述有三个方面，解决的焦点集中在主轴和轴套的配合、锁紧螺母的紧固及防松。针对这方面，后续优化改进方案有以下两种：

方案1：不改变目前轴承内圈的轴向定位结构，优化局部细节设计。调整轴套同轴的配合，加长后轴套同轴的有效接触长度。优化前、后比对见图4、图5。

（1）将后轴套同主轴的间隙配合调整为过渡配合（热装），同时增加轴套和主轴的有效接触长度（19mm调整到63mm），增强后轴套的轴向、径向定位，降低其轴向移动和在主轴上滑动的风险。

（2）对现有结构无大幅改动，涉及局部微调：1）调整后轴套内孔尺寸，2）优化T型螺纹退刀过渡圆弧。

存在的问题：主轴T型螺纹退刀槽圆角由R120调整到R50会对主轴的强度造成一定影响，需要重新校核。

方案2：优化前轴承内圈轴向定位设计，采用前轴套、鎖紧螺母的形式，取消后轴套（将后轴套和锁紧螺母做为一体）。优化前、后比对见图6、图7。

减少后轴套，降低了失效风险。此种轴承内圈的定位结构在轴承厂家也为推荐常用结构。

存在的问题：锁紧螺母结构尺寸发生变化，成本和制造工艺性相对提高。

两种结构上的优化改进在轴承定位方面均较为常用。第一种方案对主轴局部结构有一定改动，需从主轴结构强度进行评估。第二种方案对主轴无改动，锁紧螺母改动较大，需要考虑其生产成本和工艺性。综合考虑推荐采用方案2作为后续机组前轴承内圈定位优化改进的方案。

4 结语

此次故障的现象是后轴套松动磨损，但通过对故障分析，原因归结为轴承轴向定位设计问题。纵观各种风机轴系中轴承轴向定位设计，常用轴承轴向定位结构有以下两种（详见图8、图9）：（1）在空间、结构允许的条件下，多采用法兰止口预压的结构（两边法兰止口或是一边档台、另一边法兰止口）对轴承进行轴向定位；（2）在无条件使用法兰止口预压的情况下，可采用轴肩或档台加锁紧螺母的结构形式。此时如果在轴肩、锁紧螺母和轴承间使用过渡轴套，此时过渡轴套要和同轴承配合的轴采用过渡或小过盈配合，同时保证有充足的接触面，加强其轴向的定位。这两种相对可靠、典型的轴承定位结构应在后续的机组设计中首先予以推广使用，同时需在确保稳定的情况下进行适当的、必要的优化改进。endprint