轴承视界主轴轴承作为风电机组的核心部件，由于其使用环节的恶劣和受载情况的复杂以及安装的不方便，风电机组对主轴轴承的设计和选型有一定的要求，如果选型不正确会个风电机组带来故障产生巨大的影响，中华轴承网（简称：华轴网）作为轴承行业的一站式服务网站，来给大家分享有关风电机组主轴轴承选型的一些方案，希望对风电机组的使用有一定的帮助。
第一种方案：3点支承的轴承方案
3点支承的轴承结构一般为在风轮侧设计为独立轴承室，轴承室内安装1个球面滚子轴承，主轴与齿轮箱采用胀紧套连接，2个圆柱滚子轴承安装在齿轮箱内，而齿轮箱采用扭力臂进行支承，其结构如图1所示。
图1 3点支承的轴承结构
3点支承轴承结构的优缺点：
这种轴承结构的优点：是轴承本身的设计和制造的难度小，可以承受齿轮箱所要求的较大偏转角。
其缺点如下：
1）轴向游隙比较大，加载后轴向的定位较差；
2）主轴承上没有预紧力，加载后轴向位移相对较大，同时由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动的情况，从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命；
3）轴向力较大时，双列的球面滚子轴承变为只有单列受载，使受载列的载荷大小增加；
4）所有的载荷均通过的齿轮箱，影响齿轮箱的寿命
5）轴的尺寸小，载荷对轴的影响大。
第二种方案：2点支承的轴承方案
2点支承的轴承方案是指两个轴承的组合，可以分为：球面滚子轴承与调心滚子轴承组合、球面滚子轴承与圆柱滚子轴承组合、双列圆锥滚子轴承与圆柱滚子轴承组合、2个单列圆锥滚子轴承组合（又可分为长轴和短轴2种设计方案）、面对面的双列圆锥滚子单轴承以及集成设计。
2.1、球面滚子轴承＋调心滚子轴承组合
球面滚子轴承＋调心滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个轴承支承，靠近风轮侧的主轴承为球面滚子轴承，而靠近齿轮箱侧的主轴承为调心滚子轴承，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接﹐其结构如图2所示。
图2 2点支承（球面滚子轴承+调心滚子轴承）的结构形式
球面滚子轴承＋调心滚子轴承结构的优缺点：
这种轴结构的优点是没有或较少的载荷作用在齿轮箱上，同时依靠扭力臂来承受较小的变形，并且装配比较简单。
其缺点如下：
1）轴向游隙比较大，轮毂在轴向的定位不好；
2）主轴承上没有预紧力，受载后轴向位移相对较大，同时由于没有预紧力，单个衮子可能存在不转动的情况。从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命；
3）轴的尺寸小，载荷对轴的影响大。
2.2、球面滚子轴承＋圆柱滚子轴承
球面滚子轴承＋圆柱滚子轴承结构形式：
球面滚子轴承＋圆柱滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个轴承支承，靠近风轮侧的主轴承为球面滚子轴承，而靠近齿轮箱侧的主轴承为圆柱滚子轴承，2个主轴轴承共用1个轴承室，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图3所示。
图3 2点支承（球面滚子轴承+圆柱滚子轴承）的结构形式
球面滚子轴承＋圆柱滚子轴承结构的优缺点：
这种轴承结构的优点是没有或较少的载荷作用在齿轮箱上，同时依靠扭力臂来承受较小的变形，并且装配比较简单。
其缺点如下：
1）轴向游隙比较大，轮毂在轴向的定位不好；
2）主轴承上没有预紧力，受载后轴向位移相对较大，同时由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动的情况，从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命；
3）主机架的尺寸大或由多个部件组成，导致主机架的成本较高和加工较困难；
4）由于圆柱滚子轴承对内外圈的同轴度和相对偏斜较敏感，在设计或者装配不良的情况下，球面滚子轴承的径向游隙将导致圆柱滚子的损坏；
5）由于轴和轴承的尺寸相对较小，因此轴系的整体刚度相对较低，载荷对轴的影响较大。
2.3、双列圆锥滚子轴承＋圆柱滚子轴承
双列圆锥滚子轴承＋圆柱滚子轴承结构形式：
这种结构形式一般为主轴被2个轴承支承，通常靠近风轮侧的主轴承为双列圆锥滚子轴承，而靠近齿轮箱侧的主轴承为圆柱滚子轴承，2个主轴轴承共用1个轴承室，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图4所示。
图4 2点支承（双列圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承）的结构形式
双列圆锥滚子轴承＋圆柱滚子轴承结构的优缺点：
这种轴承结构的优点主要有：
1）没有轴向游隙，轴向定位较好；
2）可以通过增加轴承之间的距离来增加承载能力，轴承的可适用范围较大；
3）轴和轴承的直径较小，成本较低；
4）由于消除了轴向游间隙，轴系整体刚度相对较高，动态载荷对其影响较小。
这种轴承结构的缺点主要有：
1）圆柱滚子轴承由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动的现象，从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命，对于3MW 以上的机组所用的圆柱滚子轴承，滚子质量和惯性力大，圆柱滚子轴承由于没有预紧力，可能会导致滚子打滑损坏，出现微点蚀的可能性较大；
2）主机架的尺寸大，轴承室加工精度要求相对较高或由更多部件组成，主机架成本较高；
3）装配比较复杂；
4）轴承座的同心度等几何公差要求比较高。
2.4、2个小直径的单列圆锥滚子轴承
2个小直径的单列圆锥滚子轴承的结构形式：
2个小直径的单列圆锥滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个圆锥滚子轴承支承，2个主轴轴承共用1个轴承室，主轴一般为直径较小且长度较长的结构，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图5所示。
图5 2支承（2个小直径的单列圆锥滚子轴承）的结构形式
2个小直径的单列圆锥滚子轴承结构的优缺点：
这种轴承结构的优点主要有：
1）没有轴向游隙，轴向定位较好；
2）可以通过增加轴承之间的距离来增加承载能力，轴承的可适用范围较大；
3）轴承的直径比单轴承的小，容易制造成本低；
4）由于主轴系的长度比较长，容易获得较大的叶尖安全距离(叶尖与塔简壁的距离）；
5）由于2个轴承一般处于预紧状态，因此轴系的整体刚度相对较大，在较大的动态载荷作用下，轴系的结构变形相对较小，能够承受较大的动态载荷。
这种轴承结构的缺点主要有：
1）主机架的尺寸大或由更多部件组成，主机架成本较高；
2）装配时需要将2个轴承调节至一定的预紧量，因此装配比较复杂；
3）2个轴承座的同心度要求比较高，加工成本较高；
4）传动链整体长度较长，机舱尺寸不紧凑。
2.5、2个大直径的单列圆锥滚子轴承
2个大直径的单列圆锥滚子轴承的结构形式：
2个大直径的单列圆锥滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个大直径的圆锥滚子轴承支承，2个主轴轴承共用1个轴承室，主轴一般为直径较大且长度较短的结构，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图6所示。
图6 2点支承（2个大直径的单列圆锥滚子轴承）的结构形式
2个大直径的单列圆锥滚子轴承结构的优缺点：
这种轴承结构的优点主要有：
1)轴承一般处于预紧状态，没有轴向游隙，轴向定位较好，且预紧力比较容易施加；
2)可以通过增加轴承之间的距离来增加承载能力，轴承的可适用范围较大；
3）轴承的直径比单轴承的小，容易制造﹐成本相对单轴承低；
4）安全裕度大，方便进行大叶片的开发；
5)由于该种配置一般选用较小的滚子接触角小，因此动轴和定轴之间的温差﹑温度变化以及装配误差等问题对轴系的预紧影响相对较小，轴承寿命受环境和装配误差影响较小；
6)轴的直径比较大，而且2个轴承之间的间距比较小，所以轴系整体刚度比较大，结构变形较小。
这种轴承结构的缺点主要有：
1)主机架的尺寸大或由更多部件组成，轴承室加工精度要求较高，主机架成本较高；
2)轴承对温度的变化比较敏感，但对于主轴轴承，由于转速比较低，温度变化比较小，所以影响也比较小；
3）轴系装配较复杂，装配工时较长。
2.6、单轴承
单轴承的结构形式：
单轴承的结构形式一般为主轴被1个大直径的圆锥滚子轴承支承，主轴一般为直径大且比较短的结构。齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图7所示。
图7 2点支承（单轴承）的结构形式
单轴承结构的优缺点：
这种轴承结构的优点主要有：
1）没有轴向游隙，轴向定位较好；
2）主轴的长度短，传动链紧凑﹐机舱的长度能设计的比较短；
3）轴承滚子及滚道直径均较大，且轴长度较短，所以轴系整体刚度大，载荷引起的结构变形小；
4）轴承在两侧都能进行润滑，所以容易润滑。
这种轴承结构的缺点主要有：
1）随着功率等级的增加，轴承的直径会越来越大，例如6MW容量等级的机组单轴承的轴承外径达到3.6 m，很少有轴承厂家能够加工制造，因此价格比较高；
2）由于轴承直径较大，因此轴承密封设计较困难，常规设计不能达到较好密封效果，轴承密封成本较高；
3）轴承的滚子比较大，存在滑动的可能性，而滚子的滑动将影响轴承的寿命；4)滚子类似于圆柱，预紧力较小时会存在扭转的情况，导致所有的载荷作用在1个转子单元上，从而导致其损坏。
2.7、集成设计
集成设计结构形式：
集成设计的结构形式为主轴被2个单列圆锥滚子轴承承撑，2个轴承共用1个轴承室，齿轮箱和主轴之间采用过盈配合或花键联接，轴承室与齿轮箱的箱体通过螺栓连接在一起，也就是说主轴系与齿轮箱集成在一起，其结构如图8所示。
图8 2点支撑（集成设计）的机构形式
集成设计结构的优缺点：
这种轴承结构的优点主要有：
1）轴系一般处于预紧状态，因此无轴向游隙，轴向定位较好；
2）主轴系与齿轮箱集成在一起，结构紧凑，机舱长度较短；
3）主轴与齿轮箱采用配合定位，传动链整体对中较好；
4）扭矩以外的力通过轴承室直接传递至主机架，不经过齿轮箱，因此齿轮箱只承受纯扭矩作用；
5）因为齿轮箱与主轴系集成为一体，所以主轴承可采用油润滑，降低主轴润滑的污染情况，改善轴承的润滑，对轴承的寿命有利。
这种轴承结构的缺点主要有：
1）主机架与齿轮箱的联接方式除了考虑载荷传递外，需要减振﹐降低齿轮箱振动的影响；
2）由于主轴承和齿轮箱集成—体，因此主轴承维护性较差；
3）轴承对温度的变化比较敏感，但对于主轴轴承，由于转速比较低，温度变化比较小，所以影响也比较小。
