应用在半直驱机型的二级齿轮箱轴承研究

目前滑动轴承在齿轮箱中替代滚动轴承已有一定产业化趋势，半直驱机型齿轮箱一二级的行星轮轴承均可替代为滑动轴承，其中行星架轴承配合齿轮箱厂家可进行开发，可替代价值量在50%以上，双馈机型目前一级（二级不确定）齿轮箱的行星轮轴承可替代为滑动轴承，其余轴承处于开发中，目前可替代价值量预计在20%-50%。

根据我们之前的测算，至2025年国内齿轮箱轴承的市场空间约为62亿元，预计毛利率水平在35%左右，目前风电齿轮箱轴承国产替代率不到10%，整体增量市场明显。

（一）齿轮箱轴承种类：

风电齿轮箱内部构造较为复杂，主要分为四种结构类型。风电齿轮箱内部结构较为复杂，零部件包括行星齿轮、太阳齿轮、行星架、高速轴、低速轴等等，主要分四种类型，一级行星两级平行轴、两级行星一级平行轴、带主轴齿轮箱、紧凑式齿轮箱，分别应用于双馈式和半直驱式风机（直驱式不需要齿轮箱）。一般双馈风电机的齿轮箱包括三级传动，而半直驱风机的齿轮箱包括两级传动。

相较于主轴轴承、偏航变桨轴承，齿轮箱轴承尺寸较小数量较多，按照布局位置的不同主要可分为以下四类：

①行星架轴承：风力发电机齿轮箱中最大的轴承，因此也是价值最高的轴承，支承的载荷取决于主轴轴承布置形式，通常尺寸较大但承受相对较低的载荷。

②行星轮轴承：需承受极高的径向载荷。轴承只有有限的空间用于安装，并且行星轮具有相对较薄的壁厚，易扭曲变形，导致行星轮中的轴承外圈出现跑圈。

③空心轴轴承：对于带有斜齿轮齿的行星轮来说，空心轴的轴承支承既需承受高径向载荷，也需要承受高轴向载荷。通常使用两个圆锥滚子轴承和一个圆柱滚子轴承，或两个圆柱滚子轴承和径向四点接触球轴承的定位/非定位轴承装置的组合。

④输出轴支承：尤其用于单级行星齿轮箱。轴承布置空间相对较小，需承受高径向载荷和中等轴向载荷，且输出轴高速旋转。

（二）双馈机型的三级齿轮箱：轴承数量约为25-30个左右

 

预计双馈机型齿轮箱轴承的使用数量：

①行星轮轴承：共需要19-23颗左右行星轮轴承。一级传动有六个行星轮，一个轮上有2颗轴承，一共是12个轴承；第二级传动有四个行星轮，需要4-8颗轴承；第三级传动，三个行星轮需要三颗轴承

②行星架轴承：3-4个，一级传动有2个，二级1个，二级0-1个

③空心轴轴承：3个

④输出轴轴承：1个

（三）半直驱的二级齿轮箱：明阳智能的半直驱风机齿轮箱是用二级行星轮结构，轴承数量约为15-20个左右

资料来源：《集成式半直驱风电齿轮箱结构设计》

行星轮结构齿轮箱示意图，二级行星轮系就是由两个行星轮系串联组成

结构形式图

资料来源：鹏芃科艺 视频里演示的是单级行星轮齿轮箱，把两个单级串联在一起就是二级行星轮齿轮箱

预计半直驱轴承的使用数量：

①2个太阳轮上的轴承：2个

②6个行星轮上的轴承：6个

③行星架轴承：2个

④空心轴轴承：3个

④输出轴轴承：1个

总共加起来14个，但是实际上可能会有一些内部结构设计比较复杂，会多用几个轴承，预计约为15-20个左右

（四）市场空间测算

2021 年齿轮箱轴承国内和全球的市场空间分别为 35.33、79.70亿元，到 2025 年将达到62.39、142.98亿元，假设全部替换为滑动轴承，25年市场空间将达到45、100亿元。

（五）滑动轴承在齿轮箱轴承中做替代的优势？

①减少体积：滑动轴承在结构上可以把齿轮箱做得更小、更精密，甚至把两个部件组合成一个部件，比如齿轮箱行星轴可以不做滑动轴承，而是在轴上面做一层涂层，可以压缩空间和重量，使用滚动轴承至少要10-20毫米的空间，而滑动轴承可以省下十几毫米的垂直方向空间，可以布局更多油路、电控系统传感器，对于齿轮箱的设计是非常有益的。

②降本：是滚动轴承的7折

总结：齿轮箱轴承应用在双馈机型为三级齿轮箱，轴承数量约为25-30颗左右，5mw机型滚动轴承价值量约为35-40万元，齿轮箱轴承应用在半直驱机型为二级齿轮箱，轴承数量约为15颗左右，5mw机型滚动轴承价值量约为20-25万元，滑动轴承价格约是滚动轴承的7折。

审核编辑：郭婷