基于智能滚子的风电圆锥滚子轴承接触载荷测量方法

王子豪; 仲志丹; 刘明辉; 郝文路; 郭子豪

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于智能滚子的风电圆锥滚子轴承接触载荷测量方法

·疲劳·损伤·断裂·失效分析· | 更新时间：2026-01-21

- 基于智能滚子的风电圆锥滚子轴承接触载荷测量方法
- Contact load measurement method of wind turbine tapered roller bearings based on intelligent roller
- 机械强度 2026年48卷第1期页码：143-149
- 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：
  
  王子豪，男，1999年生，河南商丘人，在读硕士研究生；主要研究方向为大型圆锥滚子轴承的滚子接触载荷测量；E-mail：17550030786@163.com。
  仲志丹（通信作者），男，1975年生，河南洛阳人，博士，教授；主要研究方向为智能轴承技术；E-mail：zzd@haust.edu.cn。
- 基金信息：
  
  河南省科技研发计划联合基金重大项目(225101610003);河南省重点研发专项(231111222900)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.018
  中图分类号： TH133.3
- 收稿：2024-05-09，
  
  纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
移动端阅览
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

references

李云峰，高元安，贾磊 . 表面硬化滚道风电主轴轴承的疲劳寿命分析［J］. 太阳能学报， 2022 ， 43 （ 6 ）： 176 - 182 .

LI Yunfeng ， GAO Yuan'an ， JIA Lei . Analysis for fatigue life of wind turbine main bearing with surface hardened raceways ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2022 ， 43 （ 6 ）： 176 - 182 . （In Chinese）

张旭，于茂林，温保岗，等 . 基于刚度等效与实体混合的三排圆柱滚子轴承力学模型与修形设计［J］. 轴承， 2023 （ 6 ）： 36 - 42 .

ZHANG Xu ， YU Maolin ， WEN Baogang ， et al . Mechanical model and profiling design of three row cylindrical roller bearings based on mixing of stiffness equivalence and solid ［J］. Bearing ， 2023 （ 6 ）： 36 - 42 . （In Chinese）

邵毅敏，涂文兵，周晓君，等 . 基于嵌入式多参量传感器的智能轴承［J］. 中国机械工程， 2010 ， 21 （ 21 ）： 2527 - 2531 .

SHAO Yimin ， TU Wenbing ， ZHOU Xiaojun ， et al . Smart bearing based on embedded multi-parameter sensors ［J］. China Mechanical Engineering ， 2010 ， 21 （ 21 ）： 2527 - 2531 . （In Chinese）

松田晋也 . 轴承用滚子的状态检测装置、带传感器的滚子轴承装置以及风力发电机： CN103867565B ［P］. 2017-10-31 .

MATSUDA Shinya . The condition checkout gear of bearing roller ，the roller bearing device of belt sensor and wind-driven generator： CN103867565B ［P］. 2017-10-31 . （In Chinese）

哈克，范阿姆荣根 . 具有集成的载荷检测的滚子： CN109990000B ［P］. 2022-05-06 .

HAAK ， VAN AMERONGEN . Roller with integrated load detection ： CN109990000B ［P］. 2022-05-06 . （In Chinese）

石岗，陶建峰，魏齐，等 . 低速重载轴承智能滚子的设计与振动特性［J］. 机械设计与研究， 2022 ， 38 （ 1 ）： 122 - 127 .

SHI Gang ， TAO Jianfeng ， WEI Qi ， et al . Design and vibration characteristic analysis of smart roller for low speed and heavy load bearing ［J］. Machine Design & Research ， 2022 ， 38 （ 1 ）： 122 - 127 . （In Chinese）

郑锆，王晓力，李立洲 . 基于摩擦电-压电耦合压力传感器的轴承内部载荷分布测试方法［J］. 轴承， 2024 （ 12 ）： 29 - 34 .

ZHENG Gao ， WANG Xiaoli ， LI Lizhou . Measuring method for internal load distribution of bearings based on triboelectric-piezoelectric coupling pressure sensor ［J］. Bearing ， 2024 （ 12 ）： 29 - 34 . （In Chinese）

陈金海，李伟，张文远，等 . 智能滚动轴承监测方法与技术研究现状综述［J］. 机械强度， 2021 ， 43 （ 3 ）： 509 - 516 .

CHEN Jinhai ， LI Wei ， ZHANG Wenyuan ， et al . Research status of smart rolling bearing monitoring methods ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2021 ， 43 （ 3 ）： 509 - 516 . （In Chinese）

HARRIS T A ， KOTZALASMN . 滚动轴承分析［M］. 罗继伟，马伟，译. 北京：机械工业出版社， 2009 ： 144 - 146 .

HARRIS T A ， KOTZALASMN . Rolling bearing analysis ［M］. LUO Jiwei，MA Wei，Jr. Beijing ： Machinery Industry Press ， 2009 ： 144 - 146 . （In Chinese）

吴正海，徐颖强，赵兴 . 脂润滑空心圆锥滚子轴承刚度特性分析［J］. 轴承， 2019 （ 11 ）： 10 - 15 .

WU Zhenghai ， XU Yingqiang ， ZHAO Xing . Analysis on stiffness characteristics of grease-lubricated hollow tapered roller bearings ［J］. Bearing ， 2019 （ 11 ）： 10 - 15 . （In Chinese）

朱明隆 . 直辐板测力轮对方法研究［D］. 成都：西南交通大学， 2015 ： 10 - 11 .

ZHU Minglong . Research on straight plate instrument wheelset method ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2015 ： 10 - 11 . （In Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

不同服役工况条件下圆锥滚子轴承磨损研究