[发明专利]风力发电机用耐磨变桨轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种自润滑轴承，尤其涉及风力发电机用耐磨变桨轴承。

背景技术

变桨轴承是安装于风力发电机叶片和轮毂之间，内、外圈通过螺栓分别与叶片和轮毂联结，使叶片可以相对其轴线旋转以达到变桨的目的。变桨轴承主要承受径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩。由于风力发电机变桨轴承的受力情况复杂，而且轴承承受的冲击和振动比较大，因此，要求轴承既能承受冲击，又能承受较大载荷、以及优良的耐磨性能。

目前变桨轴承其制造材料为金属基自润滑材料。金属基自润滑复合材料具有优良的摩擦学特性。固体润滑剂作为组元被加入到金属中而形成的复合材料，其摩擦学特性则取决于在摩擦过程中，固体润滑剂的析出和弥散分布。由于固体润滑剂在摩擦表面间的转换和迁移而形成润滑薄膜，从而使材料的耐磨性能明显改善。目前的固体润滑剂大多为石墨材料，但根据研究原始石墨颗粒表面出现凹坑，其原始纹路清晰可见，四周有明显的棱角使得固体润滑剂颗粒之间不仅浸润性差，接触角大都在90°以上，而且它们的密度往往也差别较大，容易产生偏析而致使金属基自润滑复合材料中颗粒分布不均匀，而影响变桨轴承的耐磨性能。

另外现有的轴承耐磨主要基于材料改进，但是一味改进材料提出新的合金材料已经遇到了技术瓶颈，即耐磨材料越做越硬，成本越来越高，而一些正真高硬度材料又无法应用于轴承上，使得轴承的使用寿命无法得到进一步的提高。

发明内容

本发明提供了一种承压、受载性能佳、耐磨性能好、使用寿命长适应温度范围广的风力发电机用耐磨变桨轴承。

一种风力发电机用耐磨变桨轴承，包括相互配合连接的内圈和外圈，内圈为圆环结构，圆环体上设有轴向均匀密布的螺栓安装孔，外圈为内径大于内圈外径的圆环结构，圆环体上设有轴向均匀密布的螺栓定位孔，所述的内圈圆环体内部的径向设有第一石墨碳管，第一石墨碳管均匀分布于两个螺栓安装孔之间；所述的外圈圆环体内部的径向设有第二石墨碳管，第二石墨碳管均匀分布于两个螺栓定位孔之间。该种结构的变桨轴承在内圈和外圈磨合的过程中，由于在圆环体上分别设有径向的第一石墨碳管和第二石墨碳管，也就是内圈和外圈的磨合转变为第一石墨碳管和第二石墨碳管之间的磨合，由于第一石墨碳管和第二石墨碳管均是高耐磨材料，大大延长了变桨轴承的使用寿命，而且这种间隔设置的第一石墨碳管和第二石墨碳管结构也大大降低了轴承的制造成本。

所述第一石墨碳管内部接近外圈一端设有金刚石片，金刚石片后侧的第一石墨碳管内部设有石墨和纳米碳管混合层，再后侧为石墨、纳米碳管、铜的混合层。该种分层设置的第一石墨碳管结构利用嵌入式的金刚石片作为耐磨材料，通过局部提高硬度的方法，解决了传统结构中轴承硬度无法突破的技术问题，延长了轴承的使用寿命，而石墨和纳米碳管混合层，石墨、纳米碳管、铜的混合层，均是良好的耐磨材料在考虑制造成本的基础上，进一步提高轴承的使用寿命。

所述第二石墨碳管内部接近内圈一端设有金刚石片，金刚石片后侧的第二石墨碳管内部设有石墨和纳米碳管混合层，再后侧为石墨、纳米碳管、铜的混合层。该种分层设置的第二石墨碳管结构利用嵌入式的金刚石片作为耐磨材料，通过局部提高硬度的方法，解决了传统结构中轴承硬度无法突破的技术问题，延长了轴承的使用寿命，而石墨和纳米碳管混合层，石墨、纳米碳管、铜的混合层，均是良好的耐磨材料在考虑制造成本的基础上，进一步提高轴承的使用寿命。

石墨和纳米碳管混合层各成分的重量百分比含量为：60-80％石墨，20-40％纳米碳管；所述石墨、纳米碳管、铜的混合层各成分的重量百分比含量为：2-6％石墨，2-4％纳米碳管余量为铜。由于石墨和纳米碳管在第一石墨碳管和第二石墨碳管内的浓度比例可以得到大幅提升，极大的增加了耐磨系数，延长了使用寿命。

作为结构优选第一石墨碳管、第二石墨碳管以外的内圈、外圈均由铜基复合材料制造，铜基复合材料各成分的重量百分比含量为：2-6％石墨，2-4％纳米碳管，1-3％二硫化钼，余量为铜。

石墨不仅具有良好的导热性和耐高温性能，更具有层状结构，层与层之间的滑移能产生良好的自润滑效果。

碳纳米管因其管状结构和独特的长径比，不仅可起到增强增韧的作用，更使其具有独特的润滑机制。摩擦过程中，一方面碳纳米管能够在摩擦副之间发生滚动，起到支承负荷的“滚动轴承”作用，从而有减摩抗磨的效果；另一方面，多壁碳纳米管在室温下层间很容易发生滑动，也能够起到自润滑的作用，从而提高减摩抗磨性能。