1. 1 轴承结构设计

　　根据轴承的使用条件， 确定选用挤压型自润滑向心关节轴承， 这种轴承具有承载能力大、免维护， 而且具有调心功能。轴承外圈为整体结构， 采用挤压成型工艺， 承载能力强； 整体外圈相对增加了轴承的承载接触面， 使之承受较大的径向载荷； 内外圈间的自润滑衬垫的弹性性能，可缓解冲击载荷。

　　1. 2 内圈材料的选用

　　9Cr18 不锈钢是马氏体型不锈钢， 经淬火回火后具有较高硬度和耐磨性； 在大气、水、海水中以及某些酸类、盐类的水溶液中具有良好的耐腐蚀性。

　　经退火后又有很好的切削性能， 容易加工。在实际使用中， 风电自润滑关节轴承内圈承受载荷很大， 摆动次数多， 要求寿命长， 有较高的硬度和耐磨性， 且由于使用环境差， 需具备一定的防锈性能。

　　为此， 优先选用 9Cr18 不锈钢材料， 能满足其硬度和强度要求。

　　1. 3 外圈材料的选用

　　1Cr17Ni2 钢属于马氏体- 铁素体型不锈钢， 经淬火回火后在 400以下使用， 该钢除具有良好的耐腐蚀性和较高的力学性能外， 抛光性能、切削加工性能也很好， 在航空工业上具有广泛的应用。综合考虑风电自润滑关节轴承的外圈受载状况、防锈性能以及材料的挤压性能等工艺加工要求， 选用了1Cr17Ni2 不锈钢材料， 这种材料的性能可以满足相关技术要求。

　　1. 4 自润滑材料的选用

　　由于自润滑材料性能的优劣对轴承的承载、磨损寿命、工作适用温度等影响很大， 考虑到该轴承是大负荷低速摆动， 轴承无载旋转启动力矩（ 装入杆端体后） 允许的范围是 0. 2 0. 6 N m.同时，要求在动载荷下的磨损试验量不能大于 0. 11 mm.

　　选用了由上海市轴承技术研究所牵头， 上海市纺织科学研究院、上海市合成树脂研究所共同参与研制的自润滑衬垫， 它是一种聚四氟乙烯的编织物， 能在高低温环境下使用， 重载荷条件下， 摩擦系数低， 磨损量小， 弹性变量大。这种自润滑衬垫在上海市轴承技术研究所研制的其他规格型号的自润滑关节轴承中已被广泛使用， 已经过长期的生产、使用及各种试验的考验。其性能比其他同类自润滑衬垫优秀， 且质量稳定， 工艺性、粘接性能都能达到相关要求。

　　2 综合性能试验

　　2. 1 静载荷试验

　　先对轴承施加 4% 6% 径向额定静载荷的预加值， 恒压3 min后， 将测量装置调零！， 再以每秒增加 1% 规定载荷的速率加载， 直至达到规定的额定静载荷。

　　恒压 2 min 后记录总变形量， 再以同样的速率把载荷加至预载值， 此时记录永久变形量。总变形量应小于 0. 20 mm， 永久变形量应不大于 0. 07 mm.

　　加载方式同静载荷试验。轴向静载荷试验只需记录永久变形量， 应小于 0. 12 mm.

　　风电轴承轴向试验载荷为 50 kN， 径向试验载荷为 760 kN.

　　2. 2 自润滑垫层剥离强度的测试

　　从外圈内球面上剥离衬垫， 剥离应在粘结衬垫的整个宽度上进行。剥离的衬垫与粘结面成 140% 40%， 测量使衬垫开始剥离的最小力。

　　剥离强度单位为 N mm - 1， 计算时衬垫宽度值取外圈宽度值减去 2 倍倒角尺寸。剥离强度值应不小于 0. 35 N mm - 1。

　　考核自润滑垫层与轴承外圈粘结的牢固强度，其抗脱开强度应符合 GJB 5502 标准规定值。将测试轴承沿轴心线剖开， 经过测试， GE50DEM 1T / YA 剥离强度为 1. 1 N mm - 1。

　　可以看出， 本项目中的衬垫剥离强度都达到了国军标要求的 3 倍左右。

　　2. 3 轴承垫层密合度测试

　　用塑性材料将轴承内、外圈固定， 防止内圈相对外圈运动。再在沿内圈轴心线并垂直于外圈端面的方向上把轴承剖开。

　　研磨并抛光该表面， 获得清晰的内圈球面与外圈内球面的圆弧曲线。使用测量精度不低于 0. 01 mm的仪器， 从外圈宽度（ H ） 的 1/ 10 处开始测量内、外圈间的径向距离 t 值， 依次记录 5 处： t 1 t 5。它们的差值， 即轴承的密合度值不应大于 0. 07 mm.

　　2. 4 磨损试验

　　2. 4. 1 常温磨损试验

　　把轴承安装在试验装置上， 轴承内径与轴的配合间隙在 0. 013 0. 038 mm， 轴承的安装要使轴在径向载荷作用下受双剪切力且弯曲变形最小， 内圈能相对外圈旋转。

　　施加产品图样规定的径向摆动载荷， 保持恒压15 min， 测量装置调零！开始磨损试验。试验时内圈从 0%摆动到 25%， 摆动频率为每分钟 10 15 周，共循环 25 000 周。每一周应是从 0%摆动到+ 25%，返回到 0%， 再摆动到- 25%， 再返回到 0%的摆动， 用磨损量与相应的摆动周数绘出摆动磨损曲线。

　　2. 4. 2 高温磨损

　　轴承放置于高温箱中， 安装方式同常温磨损。

　　将轴承在 163环境温度下恒温 10 min 后， 在该温度下进行 25 000 周磨损试验。

　　2. 4. 3 低温磨损

　　试验轴承在- 23. 5下进行低温磨损试验。

　　2. 4. 4 长时间磨损

　　为验证轴承性能， 上海市轴承技术研究所对GE50DEM1T/ YA 轴承进行了长时间的磨损试验，分别达到了80 000周和 100 000 周， 远远超过了国军标 5502 规定的25 000 周。

　　从以上试验可以看出， FSZ- Z01 衬垫的磨损量仍小于 GJB5502 标准允许的摆动 25 000 周后磨损量， 可见 FSZ- Z01 衬垫耐磨损性能优异。

　　3 结语

　　1. 25 M W 陆上风力发电机组配套自润滑关节轴承 GE50DEM1T/ YA， 在设计结构、材料选配、冷热制造工艺、产品检测等方面能满足用户、设计和标准要求。

　　轴承经过了密合度测试、径向、轴承静载荷、极限载荷测试， 并经过了常温、高温、低温的 25 000 周及长时间的磨损试验， 轴承性能良好。该项轴承已经装机试用 3 年， 目前工作正常， 现已批量供货。