把軸承拆開看：三道質量關口，保證風機無憂運行

隨著國家對可再生能源的持續支持和風電裝機容量的穩步提升，中國風電軸承行業將迎來巨大發展機遇，市場規模預計將實現跨越式增長。智能化、低碳化、輕量化已成為風電軸承未來的發展方向。

滾動軸承的核心任務是支撐并引導相對旋轉的部件，在兩個旋轉元件之間傳遞力和扭矩，并將旋轉元件引導至整體設備的支撐結構。主要包含4個主要部件：

 

 

軸承制造的三道質量關口

滾動軸承相較滑動摩擦能把摩擦降到更低，從而支撐風機的低摩擦、低噪音排放、低磨損、高效運行以及長使用壽命等綜合要求。 但要達成這些目標，制造路徑本身就更苛刻。因此，在滾動軸承的研發與生產全周期中，材料的選型與分析、機加工尺寸的精密控制，以及來料檢驗的數字孿生，已成為決定產品性能與可靠性的關鍵因素。

 

材料分析

 

 

尺寸控制

 

數字孿生

蔡司風電軸承的三道質量保障

 

 第一道 

材料分析：提前看到失效點

風機軸承制造離不開鑄造與鍛造工藝，材料組織、缺陷與熱處理結果共同決定其承載能力。若缺乏鑄造材料組織結構與缺陷的驗證，問題會在后續承載中放大。

 

因此需要對材料進行如下檢測：

材料和失效分析

• 鑄造/鍛造缺陷：孔隙率、裂紋缺陷、二次枝晶臂間距；

• 斷裂后的失效分析；

 

形貌結構

• 晶粒尺寸、形狀與分布，找到薄弱點和失效點；

• 熱處理和硬化工藝后的形態結構。

 

蔡司解決方案

材料結構開發與原材料加工

掃描電子顯微鏡（SEM）

蔡司掃描電子顯微鏡可用于材料開發及行業標準（VDA 19.1等）性能驗證，高倍率條紋分析技術可一站式關聯分析平臺，用于測定鑄件斷裂前的循環次數，確保結果可重復、可復現。

▲ZEISS Crossbeam 

▲ZEISS EVO

 

高級成像與表面形貌分析

共聚焦顯微鏡

通過簡化的可重復工作流程，蔡司共聚焦顯微鏡可實現軸承材料表面形貌的高分辨率成像。將經典對比度技術與共聚焦技術相結合，為分析提供完整背景，確保部件符合所需的材料和表面粗糙度規格要求。

 

▲ ZEISS LSM 900 MAT

 

冶金學與光學檢測

光學和數碼顯微鏡

利用蔡司光學顯微鏡和數碼顯微鏡可對軸承材料的晶粒度與枝晶臂間距分析，這對軸承部件材料至關重要，因其直接決定機械性能（特別是強度），所有分析均須符合行業標準（ISO/ASTM/VDA等）。

 

▲ZEISS Axio Imager   

▲ZEISS Smartzoom 5

 

 第二道 

尺寸控制：

避免軸承的早期磨損與故障

軸承零件特征多且差異小，滾道輪廓、波紋度與幾何尺寸共同影響軸承的嚙合與載荷分布，因此軸承加工過程中的尺寸檢測尤為重要。如果測量能力不足或節拍不匹配，就容易出現尺寸偏差，進而影響后續裝配，導致其嚴重磨損，影響風機性能。

 

滾道輪廓度和波紋度測量

• 輪廓和波紋度分析：滾道主導的一些波段可能導致噪聲、振動及設備故障；

• 高精度滾道輪廓測量：輪廓尺寸不準確可能導致過早磨損與故障；

 

尺寸檢測

• 上徑、中徑、底徑、高度、寬度、頂部圓弧半徑、角度測量：確保各組件的特性符合要求；

• 將滾子、套圈和保持架分類并配對到相同的公差帶/等級中

 

蔡司解決方案

小尺寸零件：

加工車間現場的滾子尺寸控制

生產測量機ZEISS DuraMax憑借其小巧的占地面積、出色的熱穩定性和防塵保護，成為車間現場的理想解決方案。該設備可配備ZEISS VAST XXT傳感器，實現快速掃描；并且能集成到生產線中，確保軸承各維度的尺寸測量，確保精確的測量結果，提升生產效率。

 

▲ZEISS DuraMax

 

小尺寸零件：

測量室的套圈、滾子、保持架尺寸測量

三坐標測量機ZEISS MICURA采用主動掃描技術，可配備主動式測頭（如VAST XT gold或ZEISS VAST XTR gold），并結合RT-RB四軸聯動轉臺，對軸承部件的滾道及各維度尺寸進行高精度測量，實現軸承部件幾何形狀與表面的最終檢測。

 

▲ZEISS MICURA

 

小尺寸零件：

套圈、滾子和保持架的批量產品檢測

ZEISS PRISMO系列三坐標測量機可提供在線與離線檢測方案，搭載高精度測頭VAST GOLD，配合RT-AB旋轉工作臺（氣浮轉臺）及（ZVR+ZVRA）系統，對軸承部件實現高性能的連續四軸掃描。ZEISS PRISMO fortis則可配置自動化上下料解決方案，兼容多種工件類型，顯著提升檢測效率。

▲ZEISS PRISMO fortis 

▲ZEISS PRISMO verity

▲ZEISS PRISMO ultra

 

大尺寸零件：

軸承套圈與保持架的序列化生產管控

蔡司MMZ系列大型三坐標測量機采用主動掃描技術對軸承部件復雜的幾何形狀、表面與輪廓進行最終驗證，適用于具有極高公差等級的大型工件。通過使用蔡司VAST navigator探頭系統實現快速掃描，為軸承的套圈與保持架提供堅固的設計和高精度的尺寸數據。

 

▲ZEISS MMZ T  

▲ZEISS MMZ M

▲ ZEISS MMZ G

 

 第三道 

數字孿生：

質量數據的監控與追溯

 

模具/刀具狀態變化、毛坯質量波動會把問題帶入軸承的機加工與磨削階段，后續即使尺寸測得再準，也可能面臨返工的風險，因此必須通過對軸承部件的表面數字化采集把質量篩查工作前移。

 

模具與刀具的狀態監控

需要對模具、刀具進行全生命周期幾何精度檢測與監控，保障服役期間產品質量穩定性；

 

毛坯件光學檢測

需要在銑削、車削、磨削等工序前，完成光學篩查并給軸承的毛坯件預留足量加工余量。

 

蔡司解決方案

全表面數字化質量數據采集

構建幾何數字孿生模型

蔡司光學三維系統提供多場景靈活解決方案，可獲取模具與刀具的高精度全域測量數據并進行研發原型與生產流程評估；配合 ZEISS INSPECT 軟件，通過預設檢測方案與人性化功能提升操作效率。該軟件可以基于大范圍三維坐標點云構建完整幾何數字孿生，與 CAD 模型比對后，可快速、可重復地識別零部件幾何偏差與缺陷，支持零部件的持續改進。

ZEISS TRITOP三維攝影測量系統

ZEISS T-SCAN hawk 2手持式三維激光掃描儀

ZEISS ATOS 5 高速三維掃描系統

ZEISS ATOS LRX大型部件三維掃描系統

 

總結

風電軸承的質量不是單點參數，而是材料、熱處理、輪廓與幾何、來料余量、分級配對、數字化追溯共同組成的系統工程。 只有守住軸承制造的三道質量關口，才能更穩地實現軸承的低噪音、低振動與長壽命品質目標，提升風機的整體性能，也更符合風電行業對低維護成本與穩定運行的期待。