球面滚子轴承的优势在于其安装误差的公差，以及为每个轴承使用独立外壳的能力。然而，在某些情况下，由于滚道表面的运行磨损而导致过早损坏。NTN通过使用独特的技术，计入主轴承的特殊应用条件，帮助延长此类轴承的使用寿命，并最大限度地减小涡轮机的尺寸。

3.1 不同排的不对称设计

由于转子和叶片的重量，主轴承承受垂直作用在轴上的径向载荷，以及由于风载荷而水平作用在轴上的轴向载荷。如果假设一个逆风风力涡轮机，即主流类型，转子接收风位于逆风侧，那么作用在远离叶片的后排滚子上的载荷大于作用在靠近叶片的前排上的载荷（图3）。

我们注意到了施加载荷的这些特征，2017年，NTN发布了一份关于非对称球面滚子轴承的新闻报道。该轴承具有独特的设计，滚子长度不同，排与排之间的接触角不同2）（图4）。这些变化将计算寿命提高了约2.5倍，使轴承的内径减少了约10%，重量减少了约30%，寿命与传统产品相当。如果在风力涡轮机中使用该轴承，那么可以缩小轴承尺寸，有助于减小整个风力涡轮机的尺寸、重量和成本（图5）。

3.2 DLC涂层（1）表面球面滚子轴承的滚子是筒形的。在球面滚子轴承内，出现差动滑动（由于滚子和滚道之间旋转方向的速度差异而导致的滑动），轴承在滚子接触面和滚道表面之间的接触点滑动旋转。此外，由于风的条件，旋转会反复停止和开始。轴承用润滑脂润滑，如果在运行过程中出现润滑不良（油膜不足），那么由于金属接触，滚道表面可能会发生磨损，从具有高PV值的点（即接触应力(P)和滑动速度(V)的乘积）开始，并逐渐形成双峰形式。因此，应力集中在没有磨损的纯滚动接触线上，这可能会导致滚道表面剥落和开裂（图6）。

旋转内圈在滚道表面的整个圆周上承受载荷，但外圈固定在壳体中，因此载荷区集中在特定范围内，并且由于重复载荷而发生损坏。通过上述不对称设计，PV值可降低约30%，因此该设计在一定程度上能有效减少磨损。另外，在油膜不足的状态下，很难避免金属接触，需要其他方法来进一步提高可靠性。因此，我们开发了一种在滚子接触面上涂类金刚石（DLC）涂层（图7）的轴承。NTN使用的DLC涂层采用3层结构：①增加对基材附着力的金属底层；②中间层，用作金属子层和顶层之间的硬度梯度；③DLC涂层的高硬度顶层。鉴于球面滚子轴承特有的差速滑动和油膜形成不足的润滑条件，涂层具有优异的附着力和耐磨性（图8）。（2）有效性的验证进行了验证试验，以确认DLC涂层的优越性。试验用两种类型的轴承进行：小尺寸模型轴承和全尺寸试验轴承。①使用小尺寸模型轴承进行评估在加速条件下（标准产品的外圈滚道表面在300小时内剥落），施加与实际涡轮机类似的组合径向和轴向载荷，并每50小时比较一次外圈载荷区域的磨损状态（图9）。

图10显示试验结果。不对称产品的磨损速度约为标准产品的2/3。DLC涂层产品最初出现约5μm的磨损，但之后磨损没有扩散。②使用实际尺寸轴承进行评估为了加速试验，与小尺寸模型轴承一样，在720小时标准产品剥落的条件下进行评估。图11显示试验后外圈滚道表面载荷区域的状况。剥落在标准产品上很明显，但在DLC涂层产品上不明显，只有2μm的磨损。3.3 球面滚子轴承的建议规范鉴于上述情况，NTN对用作风力涡轮机主轴承的球面滚子轴承提出以下建议（图12）。①标准设计：该型号采用非对称滚子，内圈上有一个中心挡边。从结构上讲，滚子由3个点支撑：内圈/外圈滚道表面和内圈上的中心挡边。这样可以防止滚子倾斜（滚子轴承中滚子在其正常旋转轴上的倾斜），并抑制滚道和滚子之间的滑动。②DLC涂层：这种类型基于标准设计，在需要抑制磨损损坏时使用。③非对称设计：当需要延长寿命（通过防剥落措施）和减小涡轮机尺寸（轴承尺寸减小）时，使用非对称设计。④DLC涂层+不对称设计：这种类型通过减小风力涡轮机的总体尺寸和重量来降低初始成本，并通过更稳定的运行潜在地提高可靠性、降低发电成本。