Contact load measurement method of wind turbine tapered roller bearings based on intelligent roller

WANG Zihao; ZHONG Zhidan; LIU Minghui; HAO Wenlu; GUO Zihao

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.018

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Contact load measurement method of wind turbine tapered roller bearings based on intelligent roller

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- Contact load measurement method of wind turbine tapered roller bearings based on intelligent roller
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 143-149(2026)
- 作者机构：
  
  1.河南科技大学机电工程学院，洛阳 471003
  2.高端轴承河南省协同创新中心，洛阳 471039
  3.航空精密轴承国家重点实验室，洛阳 471039
  4.洛阳新强联回转支承股份有限公司，洛阳 471822
  5.河南科技大学农业装备工程学院，洛阳 471003
- 作者简介：
  
  ZHONG Zhidan, E-mail: zzd@haust.edu.cn
- 基金信息：
  
  Major Project of Joint Fund for Science and Technology R&D Program in Henan Province(225101610003);Key R&D Program of Henan Province(231111222900)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.018
  CLC： TH133.3
- Received：09 May 2024，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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王子豪，仲志丹，刘明辉，等. 基于智能滚子的风电圆锥滚子轴承接触载荷测量方法［J］. 机械强度，2026，48（1）：143-149.

WANG Zihao，ZHONG Zhidan，LIU Minghui，et al. Contact load measurement method of wind turbine tapered roller bearings based on intelligent roller［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：143-149.
王子豪，仲志丹，刘明辉，等. 基于智能滚子的风电圆锥滚子轴承接触载荷测量方法［J］. 机械强度，2026，48（1）：143-149. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.018.

WANG Zihao，ZHONG Zhidan，LIU Minghui，et al. Contact load measurement method of wind turbine tapered roller bearings based on intelligent roller［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：143-149. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.018.

摘要

目的

针对大型风电圆锥滚子轴承接触载荷难以直接测量的问题，以某型号风力发电机的主轴轴承为例，对轴承的滚子进行智能化改造。

方法

首先，将载荷传感器以及其余电路部分安装到空心滚子中，设计出用于测量接触载荷的智能滚子，并设计了相应的载荷传感器。其次，通过有限元仿真得出载荷传感器中金属圆片的径向应变分布规律，并进行了虚拟组桥的仿真分析。最后，通过试验验证了金属圆片径向应变分布的规律，并进行了传感器标定试验。

结果

结果表明，滚子在受到固定载荷时，所设计的组桥方式可以很好地消除滚子自转角度对载荷测量的影响，使滚子在自转时仍能输出稳定的电压。所提测量方法为得到大型圆锥滚子轴承的接触载荷提供了一种新路径。

Abstract

Objective

To address the challenge of directly measuring the contact load of large wind turbine tapered roller bearings

the main shaft bearing of a specific model wind turbine is taken as an example to implement intelligent modifications on the bearing rollers.

Methods

Firstly

a load sensor and its associated circuitry were installed within a hollow roller to develop an intelligent roller designed for measuring contact load

along with corresponding load sensors. Secondly

finite element simulations were conducted to derive the radial strain distribution pattern of the metallic disc within the load sensor

followed by virtual bridge assembly simulations. Finally

experimental validation was performed to confirm the radial strain distribution pattern of the metallic disc and sensor calibration tests were conducted.

Results

The results indicate that when subjected to fixed loads

the proposed bridge assembly method effectively mitigates the influence of roller rotation angle on load measurement

allowing for stable voltage output during roller rotation. The proposed measurement methodology provides a novel approach for obtaining contact loads in large tapered roller bearings.

关键词

Keywords

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