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太原科技大学(青编委张帆)-瓦面磨损对重载低速风电齿轮箱滑动轴承润滑特性的影响

2026-05-19 19:18:33

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成凌锋，张帆，陈磊，等.瓦面磨损对重载低速风电齿轮箱滑动轴承润滑特性的影响[J].轴承,2026(4):34-44.

CHENG L F，ZHANG F，CHEN L，et al. Influence of bushing wear on lubrication characteristics of heavy loadand low speed sliding bearings for wind turbine gearboxes[J].Bearing,2026(4):34-44.

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背景

滑动轴承由于优良的承载特性和润滑特性，以及径向尺寸小和结构简单等特点，已成为与滚动轴承竞争的，作为大功率风电行星齿轮箱支承轴承的主选方案之一。由于风电齿轮箱的工作特点，滑动轴承工作在低速、重载及变速变载等工况下，特别是陆上20 a/海上25 a的设计服役期限内，不可预测的宽范围、变载、变速和频繁启停等服役条件，容易导致滑动轴承在混合润滑或边界润滑状态下运行，使轴瓦与轴颈表面发生接触并产生磨损以及局部过热现象。长期服役瓦面的磨损会改变轴承瓦面型线甚至改变轴承间隙。因此，具有磨损型线的风电齿轮箱滑动轴承的润滑特性分析和磨损评价是轴承可靠性分析的关键问题之一。

摘要

风电齿轮箱行星齿轮用滑动轴承在重载低速工况下容易磨损，影响轴承的润滑特性、服役特性及寿命。建立了包含磨损区域特征的轴承模型，采用Comsol-Fluent联立的方法对滑动轴承润滑特性进行仿真计算，研究轴瓦磨损和线速度对轴承油膜压力、油膜厚度和油膜温度等润滑特性的影响。结果表明：磨损改变了轴瓦的微观型面及动压润滑效应，相比无磨损轴承，随着磨损深度的增加，油膜压力形成2个峰值且位于磨损区域内，最大油膜压力P_max及其位置分别随着磨损深度的增大而减小和增大，P_max始终位于磨损区域边缘；最高油膜温度T_max及其位置随着磨损深度的增大均显著增大，T_max始终位于P_max后且位于磨损区域内部；油膜厚度在磨损区显著增大，在磨损边缘处发生突变，最小油膜厚度h_min及其位置随着磨损深度的增大而增大，并位于磨损边缘结束位置；相比无磨损情况，线速度为0.13 m/s，最大磨损深度δ₀从0增大到15 μm时，P_max降低7.1 MPa（为63.5 MPa），T_max增大3.3 ℃（为68.6 ℃），h_min增大6.3 μm（为7.5 μm）；当线速度增大时，P_max减小，T_max增大，h_min增大。

结论

针对包含磨损轮廓的重载低速圆形瓦轴承，通过Comsol-Fluent联立进行滑动轴承性能仿真，研究了轴瓦磨损轮廓和线速度对轴承油膜压力、油膜厚度和油膜温度等润滑特性的影响。具体结论如下：

1）相同线速度下，磨损深度增大，P_max减小，P_max的角位置增大；相同磨损深度下，线速度增大，P_max减小，P_max的角位置增大，P_max始终位于磨损区域内。线速度为0.13 m/s，δ₀从0增大到10 ，15 μm时，P_max分别降低了4.7，7.1 MPa。

2）相比无磨损轴承，随着磨损深度的增加， T_max及其位置显著增大。相同线速度下，磨损深度增大，T_max增大且角位置增大；相同磨损深度下，线速度增大，T_max增大且角位置增大；T_max始终位于P_max后且位于磨损区域内部。线速度为0.13 m/s，当δ₀从0增大到10，15 μm时，T_max分别增大了2.5，3.3 ℃。3）相比无磨损轴承，油膜厚度在磨损区显著增大，在磨损边缘处发生突变，h_min出现在磨损边缘结束位置，并分别随着线速度与磨损深度的增大而增大。线速度为0.13 m/s，当δ₀从0增大到10，15 μm时，h_min分别增大了3.1，6.3 μm。