變槳軸承作為風電機組的關鍵部件和變槳驅動裝置一起工作，改變葉片角度（即改變槳距角）實現對葉片輸出功率的控制和保證槳葉的安全。變槳軸承需要承受3個方向交變的軸向力、徑向力和大的傾覆力矩，載荷分布如圖1所示，葉片的高頻振動也會直接傳導到變槳軸承。
圖1 變槳軸承載荷分布示意圖
變槳軸承的工作環境非常惡劣（高溫、高寒、高鹽、高風沙、高濕），要使其滿足20年使用壽命的要求，就必須保證變槳軸承在整個運行期間，保持均勻和穩定的啟動摩擦力矩、有效的密封、良好的潤滑。由於兆瓦級風電變槳軸承要求高可靠性和長使用壽命且又是雙排四點接觸球結構,因此,對成品和零件的技術要求不同於普通迴轉支承。
1、變槳軸承的特性
變槳軸承連接轉子輪轂和轉子葉片，其主要目的是實現對渦輪葉片的分度或定位，以優化不同風速下的葉片角度。變槳軸承最大的特徵為桃形滾道和滾動體數量多。該類軸承設計的單排四點接觸或雙排八點接觸提供了卓越的承載能力，鋼球與滾道有多個接觸點，這使得軸承能夠同時承受徑向、軸向和傾覆載荷。變槳軸承主要特性為：
• 槳葉與輪轂（整流罩）連接，並調整葉片迎風角；
• 通過內/外正齒輪或液壓柱塞旋轉；
• 以非常小的角度 (＜5°) 擺動，並且在整個生命周期內旋轉角度不得超過90°；
• 長時間靜止，並不斷受到振動；
• 軸承維護困難，每6～12個月定期維護一次（直接觀察）；
• 暴露在各種天氣條件下；
• 空心鑄鐵輪轂和複合材料葉片非常具有彈性，幾乎不提供軸承支撐；
• 設計使用壽命為20年（約175,000小時）。
2、變槳軸承的失效原因
近年來，變槳軸承失效呈高發態勢，這與早期變槳軸承行業認知不足存在一定關係，如早期僅採用工程算法對變槳軸承滾道強度進行校核，未引入有限元分析等。標準軸承計算模型預測的經典失效模式（疲勞剝落）實際上是非常罕見的失效原因。經研究表明，變槳軸承的失效通常與潤滑劑退化、缺乏結構柔性、載荷和操作應用不當有關。
2.1 潤滑失效
由標準軸承計算模型預測的經典故障模式（即疲勞剝落、壓痕）實際上並不是變槳軸承故障的常見原因。常見故障通常是潤滑不良造成的。潤滑引起的故障包括微動磨損（偽布氏壓痕）、腐蝕、凹坑和表面引發的疲勞。
麻點
偽壓痕和腐蝕
凹坑和腐蝕
腐蝕麻點
表面引發的疲勞
2.2 過載運行
因為軸承缺乏輪轂組件的剛性支撐，導致不平衡，其中一部分滾道承受了大部分載荷。載荷和操作不當引起的故障包括零件損壞（滾動體、保持架、滾道），保持架鎖死和滾道損傷。當然潤滑條件不好也會加劇這些故障。
滾道接觸斷裂
滾道接觸部位損傷，產生冷加工
滾道斷裂
保持架斷裂
鋼球破碎
2.3 橢圓截斷失效
變槳軸承中，鋼球與滾道之間的接觸區域形成一個橢圓形，該橢圓形以滾道接觸角為中心。在較大的推力或傾覆載荷下，接觸橢圓會溢出滾道的物理極限（截斷）。接觸截斷的可能性隨軸承直徑與厚度的比率增加，或者隨着外部支撐的減少而增加。嚴重的接觸截斷會產生應力上升，從而導致滾道邊緣斷裂或球碎裂。
橢圓形 (未損壞的)
橢圓形(失效前)
2.4 疲勞破壞
軸承次表面在交變切應力作用下產生裂紋，載荷作用下該裂紋向外擴展，最終導致接觸表面剝落。
2.5 塑形變形
軸向載荷、徑向載荷及傾覆力矩在變槳軸承上分布不好，進而產生塑形變形。
2.6 滾道磨損
雜質、粉塵未能過濾的磨料及槳葉的顫動，導致變槳軸承產生麻點及凹坑。
2.7 保持架斷裂
由於保持架材料及製造問題，載荷作用下變槳軸承產生內外圈相對變形，保持架在受到內外圈相對變形產生的拉力後快速失效。
2.8 套圈斷裂
變槳軸承存在設計、製造缺陷或過載時，載荷作用下導致軸承套圈斷裂。
3、防止變槳軸承失效的技術方法
大多數變槳軸承都以類似的方式失效，但潛在的原因可能會有所不同，因此必須從了解該軸承的獨特問題開始進行。根據給定軸承的具體問題，軸承升級應包括以下部分或全部技術改進內容。
3.1 滾道接觸面積
增加滾道接觸面積可最小化或消除接觸截斷，另外，軸承材料方面的增強也可以減小變形。
軸承升級前後對比，觸點截斷用紅色表示
3.2 保持架設計
整體式保持架儘管有一些理論上的優勢，但考慮到製造精度、材料強度、成本等因素，分段式保持架在現實中具有更大的優勢。分段保持架允許有限的活動空間，可以減少拉伸和壓縮載荷；可以使用高強度合金鋼，提高耐用性和減少接觸磨損。
3.3 滾道幾何參數優化
通過控制滾道幾何尺寸和公差，改善承載分布和平衡。優化的滾道參數可以減少打滑和摩擦，從而減少內部磨損，改善變槳系統的響應和效率。
3.4 高耐久性密封設計和滾道硬化
採用“H”形截面輪廓、迷宮式密封圈替換原有普通密封結構（下圖）；浮動設計具有高響應性，即使變形也能提供密封壓力；材料方面，密封圈採用耐磨、熱塑性聚氨酯代替傳統的丁腈橡膠，更耐用：防止污染物（油脂、水、雜質）的進入，密封效果更好，強度更高，能夠延長使用壽命和更換間隔。
密封結構的改進
3.4 滾道硬化
滾道表面硬化（感應淬火）能夠有助於防止次表面損傷（屈服）或內部損傷，滾道表面的均勻硬度分布能夠承受重載荷。
3.5 包裝
合適的包裝可以防止在運輸過程中因衝擊、振動和其他危險而導致的腐蝕和損壞。包裝應包括在安裝孔上塗防腐塗層；用VCI 防鏽紙紙包裹軸承；用真空密封袋包裝；採用單獨的板條箱（堆疊成兩層）。
總結：優化思路如圖
風電機組用軸承如下圖
