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企业技术开发项目设计书范例

23
2020年4月19日
文档仅供参考

企业技术开发项目设计书

项目名称 2兆瓦级风电增速箱主轴轴承的研发

企业名称 江苏迪邦三星轴承有限公司

企业法人（签名）

项目负责人 汤国良 电话

项目起止时间 年 1 月 至 年 12 月

填报日期 11 月 18 日

一、立项依据
1．国内外现状、水平和发展趋势
随着经济的快速发展，环保要求越来越高，能源形势越来越严峻，风力发电近年来在全世界范围内受到越来越广泛的重视，发展步伐也越来越快。轴承作为一种重要的通用机械零件，具有众多的生产商和用户。据了解，一些轴承生产开发大国和知名的轴承企业，近年来都在进行大规模调整。德国、美国、日本等国的主要轴承企业都在生产管理信息化上进行了大量的投入，并取得了很好的效益。中国轴承行业装备水平落后，技术档次和产品质量不高，改造任务相当艰巨。用高新技术对轴承行业进行改造是促进中国轴承行业经济约化增长和提高经济效益的必由之路。如专利 10135038.X公开了一种圆锥滚子轴承低摩擦的方法及其结构，它经过使圆锥滚子轴承的大挡圈与滚道母线的夹角大于90度和减小圆锥滚子一端球面的球径的方法，专利CN 10193135.4介绍了一种GCr15钢轴承套圈贝氏体等温淬火工艺，将GCr15钢轴承套圈先加热到870℃，然后将GCr15钢轴承套圈放入230℃的50%KNO3+50%NaNO2硝酸盐溶液中恒温保持4小时后取出。然而这些工艺下得到的轴承相对来说冲击韧性及耐磨性较差，因此寻找一种高效的改进方法势在必行。
本公司自主研究开发2MW及以上风电增速箱主轴承，利用套圈内孔或外圆定位、端面夹紧进行车加工，提高了车加工形位精度、降低了车加工装夹、车削形成的组织应力，有利于减小轴承套圈在淬火时的变形量。而且，在常规轴承加工工艺基础上，增加锻件正火、粗车后去应力退火、粗磨后去应力回火工艺，采用贝氏体等温淬火工艺替代常规的马氏体淬火工艺，使产品的冲击韧性、断裂韧性、耐磨性和尺寸稳定性得到提高。

2．项目开发的目的、意义
由于风电增速箱可靠性要求高，要求采用进口轴承，原则上轴承设计承寿命为13 万小时。输入端大轴承采用单列满滚子轴承较为普遍，对于中小功率齿轮箱也有采用双列调心滚子轴承的。行星轮中间的轴承以采用短圆柱滚子轴承或双列调心滚子轴承为宜。定轴级轴承：对于600kW 以下齿轮箱, 双列调心滚子轴承选用较广，因为双列调心滚子轴承具有较高的额定载荷，同时能承受一定的轴向力。如250kW、600kW 齿轮箱均采用双列调心滚子轴承。随着风电齿轮箱向大功率方向发展，单一的双列调心滚子轴承已无法满足承载需要。一般采取单列滚子与四点接触轴承组合方式，四点接触轴承能够承受较大的轴向力。如750kW、1100kW、1300kW 风机增速箱均为此结构。
风电轴承包括偏航轴承、变浆轴承、发电机轴承、主轴轴承、增速箱轴承、驱动减速机轴承六种类型，其中偏航轴承和变浆轴承的技术门槛相对较低，国产替代率已达到80%以上，年产能达到4万套以上；可是主轴轴承和增速箱轴承，基本还是依靠从国外进口，价格昂贵，是国产替代产品（本公司）价格的6~8倍，而且合同交货周期长达1~2年。国内有部分企业初步介入，但均尚处于研制阶段。
风电增速箱轴承产业化开发对加快实现轴承国产化、替代进口，摆脱中国长期进口此类轴承价格昂贵、交货周期长的状况，满足国内风电发展的需求；提高中国大功率风电传动装置的竞争力，促进国产风电产业快速发展、降低风力发电成本具有十分重要作用。
本项目所研制的风电机组增速箱主轴承，不但具有很好的经济效益，同时具有十分重大的社会效益。

3．本项目达到的技术水平及市场前景
为提高本项目产品的技术含量及产品的整体性能，本公司工程技术研究中心经过特殊的结构设计、冷热加工工艺及轴承表面处理与制造技术研究，成功开发的2兆瓦及以上风电增速箱主轴承的各项技术参数达到进口轴承的标准，核心技术拥有2项创造专利和6项实用新型专利。
项当前期采用贝氏体等温淬火工艺替代常规的马氏体淬火工艺，贝氏体组织的突出特点是冲击韧性、断裂韧性、耐磨性、尺寸稳定性好，表面形成高达-400～-500MPa残余压应力，极大地减小了淬火裂纹倾向；在磨加工时表面压应力抵消了部分磨削应力，使整体应力水平下降，大大减少了磨削裂纹。因此适用于装配过盈量大、工况条件差、承受大冲击负荷、润滑条件不良的轴承。
中国可开发风能总量约10亿千瓦，截至 底，中国风电机组的装机容量为 万千瓦左右，仅占可开发风能总量的不到2%，开发潜力极大。按照中国能源发展战略，国家将大幅度提高风能、太阳能等可再生能源在整个能源消费中的比例。风电产业的快速增长，为风电设备的发展提供了强有力的支撑。近 来，中国大型风电机组制造业从零起步，当前已初具规模。国家更出台了一些具体的产业化扶持政策，其中提出风电设备国产化率要达到70%以上，不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设。 以来，中国风电装机容量增长很快。 全国装机只有76.4万千瓦， 达到 万千瓦左右，仅次于美国，位列世界第二； 将达到3000万千瓦左右。从当前中国众多企业对风电产业大举投资和国际上十大风电设备企业相继进入中国的情况看，业内人士预计在不久的将来中国将成为世界风电设备制造中心。
从现在的发展情况来看，预计中国将于 达到《可再生能源中长期发展规划》，提前 实现所提出的风电发展目标3000万千瓦。而随着国内研发技术及制造技术的提高，风力发电机组国产化率也将进一步提高，风电轴承市场潜力非常巨大。就本项目而言，其产品一是具有一定的技术优势。本公司与洛阳轴承研究所、河南科技大学合作研发2MW及以上风电增速箱轴承，依托她们的研发能力，在产品结构设计、热处理工艺、加工方法、加工精度、表面处理等方面取得了突破，与国内外同类产品相比，整体性能高；二是与国外同类产品相比，本公司价格便宜80%左右，具有一定的价格优势；三是本公司具有多年从事轴承生产及销售经验，从而与国内外多数风电企业有良好的合作关系，因此，本项目产品具有良好的市场发展前景。

二、开发内容和目标
1．项目主要内容、目标及关键技术
（1）研究内容
①中碳钢冷辗轴承套圈进行渗碳热处理工艺研究，以及中碳钢材料和渗碳热处理工艺在风电增速箱轴承上的运用研究；
②进一步分析滚子轴承挡边与滚子端面的接触模式与载荷分布，优化轴承结构设计；
③2兆瓦及以上风电增速箱轴承模拟试验设备研发，进行模拟加载试验；
④集成摩擦学技术和数值分析技术对增速箱主轴承承受的弯曲载荷及倾覆力矩等复杂载荷进行分析，从而给出滚动体间的载荷分布和各滚动体的接触应力等有关的摩擦学特性以及轴系的变形状况。
（2）关键技术
①轴承套圈滚道和圆柱滚子外圆母线、挡边与滚道角度等结构创新设计。轴承套圈滚道母线和圆柱滚子外圆母线设计为带微量凸度，改进轴承工作状态时的载荷分布，挡边与滚道设计角度为90.4°~91°，减少滚子端面与挡边面的接触面积，降低了摩擦系数。；
②特殊车加工夹具的选择，利用套圈内孔或外圆定位、端面夹紧进行车加工定位，提高车了加工形位精度、降低了车加工装夹、车削形成的组织应力，从而减小轴承套圈在淬火时变形量；
③轴承零件采用表面磷化处理技术，在轴承零件表面形成致密均匀的磷化膜，抗腐蚀性能好，抗磨损性强。

2．技术创新之处
(1) 产品设计创新：轴承内、外套圈滚道及滚子外圆都设计带有凸度，改进载荷分布。滚道与挡边夹角设计为90.4°~91°，有效降低轴承摩擦发热。
(2) 工艺创新：在常规轴承加工工艺基础上，增加锻件正火、粗车后去应力退火、粗磨后去应力回火工艺，并采用贝氏体等温淬火工艺替代常规的马氏体淬火工艺，产品的冲击韧性、断裂韧性、耐磨性、尺寸稳定性得到大幅度提高。

3．主要技术指标或经济指标
（1）主要技术指标：
①在轴承结构、轴承模拟试验设备等方面申请创造专利2项、实用新型专利2项；
②形成1个新产品，1套新工艺和1套新装置，制定2个技术标准，并实现产业化生产；
③主要达到的技术要求
序号
项目
技术指标
1
额定动载（Cr）
1290KN
2
额定静载（Cor）
3080KN
3
极限转速
360r/min
4
适应环境温度
-40℃~+50℃
5
额定寿命
20年
6
其它性能
符合GB/T307.1- 《滚动轴承向心轴承公差》标准
（2）主要经济指标
执行期内，预计完成累计生产风电增速箱主轴轴承1000套，完成累计销售收入2亿元，增加净利润1600万元，实现累计缴税900万元，出口创汇400万美元。

三、开发试验方法及技术路线（工艺路线）
1、研究试验方法
（1）当前，轴承套圈常见材料大多为高碳铬轴承钢，其含碳量较高，即使经过退火处理，冷变形抗力仍较高，影响冷辗性能和模具的使用寿命。本公司将采用中碳钢替代当前使用的高碳铬轴承钢轴承套圈，并应用洛阳轴研科技股份有限公司独占许可的创造专利“中碳钢冷辗轴承套圈渗碳工艺”对中碳钢冷辗轴承套圈进行渗碳热处理工艺，利用冷变形提高渗速或降低渗碳或碳氮共渗温度，进一步提高轴承在污染环境中的疲劳裂纹扩展抗力，降低裂纹扩展速率，提高使用寿命和运转可靠性；
（2）分析滚子轴承挡边与滚子端面的接触模式与载荷分布，优化轴承结构设计，解决滚子轴承运转时滚子端面和轴承挡边摩擦发热形成烧伤的现象；
（3）研发2MW及以上风电增速箱主轴承模拟试验设备，制定2MW及以上风电增速箱主轴承模拟试验的规程，经过模拟轴承在风机上的安装和工况一比一加载试验，检测产品的最大摩擦力矩等多项性能，并在此基础上对2MW及以上风电增速箱和配套轴承作为一个整体系统分析其动态状况下多个轴承之间的相互作用及非线性刚性、轴承内部滚动体之间的载荷分配等理论基础作深入研究，推演出更精确的风电增速箱主轴承疲劳寿命理论计算公式，使高可靠性风电轴承的选取成为可能；
（4）集成摩擦学技术和数值分析技术对增速箱主轴承承受的弯曲载荷及倾覆力矩等复杂载荷进行分析，从而给出滚动体间的载荷分布和各滚动体的接触应力等有关的摩擦学特性以及轴系的变形状况，为制定风电增速箱主轴承标准提供理论依据。
2、技术路线
轴承主要包括四部分：外圈、内圈、滚动体和保持架。由于对滚动体与内外圈的要求比较高，需具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。故需要对内、外圈，滚动体和保持架的组成材料进行选择，需要优化轴承的结构设计及各部分的组合设计。
具体工艺流程如下：
内圈
弹簧圈
滚子
外圈

退磁
退磁

清洗
清洗

清洗
清洗

终检
终检

分选
分选

退磁清洗

外观检查

合套

加油加弹簧圈

检查游隙

成检
包装入库

涂油

包装入库

四、现有开发条件和工作基础
1．承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件）
江苏迪邦三星轴承有限公司创立于1992年，注册资金 万元，是专业生产冶金轧机轴承、发动机配用轴承、减、变速机轴承、纺织和矿山机械轴承等产品的骨干企业。公司共有员工786名，其中，大专以上科技人员257名，占员工总数的32.7%；研发人员94名，占员工总数的11.9%。本公司技术力量雄厚、工艺装备先进、生产设备及检测手段齐全、质量体系完善、产品质量稳定可靠，现已经过了ISO9001： 质量管理体系、ISO14001： 环境管理体系的认证及ISO/TS 16949： 的审核注册。轧机轴承FC系列产品在 被国家经贸委认定为“国家重点新产品”。 “三鑫”商标被江苏省工商行政管理局认定为“江苏省著名商标”。 1月被国家工商局认定为“中国驰名商标”。截止 年末总资产达到34843万元，销售收入7752万元，上年交税总额466万元，银行信用等级AAA级。本公司具有完善的生产和销售体系，年生产能力可达1000万套，其中65%以上的产品出口至美国、日本、韩国、欧洲和俄罗斯等20多个国家和地区。
公司注重人才培养和产品开发。为使项目产品得以顺利开发，公司专门成立了一支专业的攻关研发小组，其中大专及以上学历11人，高工2人，并与河南科技大学和洛阳轴研科技股份有限公司的博士群及权威技术人员建立了专门项目的密切合作，为项目的技术攻关提供了高专业的研究开发队伍。核心技术已获得2项创造专利和6项实用新型专利。同时江苏迪邦三星轴承有限公司有着多年的风电增速箱轴承的生产开发经验，更有一支专业化的营销团队，高度重视产品的学术推广与品牌塑造，建立了广泛的双赢合作关系，这也为项目的成功实施提供了保证。

2．已有的工作基础，如预试及小试成果等
本公司经过对产品结构设计和加工工艺、加工方法创新改进，成功开发了2MW及以上风电增速箱主轴承。其中：内、外套圈滚道及滚子外圆带有凸度的设计、锻件正火、贝氏体等温淬火、去应力退火等系列冷热加工工艺等方面具有重大创新。核心技术拥有2项创造专利，6项实用新型专利。已克服的关键技术有：
(1) 增加轴承套圈锻件正火工序，细化金属组织晶粒，消除在锻造后的组织缺陷，改进其的机械性能（强度、韧性和塑性）；
(2) 采用贝氏体等温淬火工艺替代常规的马氏体淬火工艺，贝氏体组织的突出特点是冲击韧性、断裂韧性、耐磨性、尺寸稳定性好，表面形成高达-400～-500MPa残余压应力，极大地减小了淬火裂纹倾向；在磨加工时表面压应力抵消了部分磨削应力，使整体应力水平下降，大大减少了磨削裂纹。因此适用于装配过盈量大、工况条件差、承受大冲击负荷、润滑条件不良的轴承；
(3) 增加轴承套圈粗磨后去应力退火工艺，消除粗磨时形成的组织应力，稳定组织，减小精磨时磨削裂纹倾向，并得到更高的磨加工精度。
本项目现已完成对2MW及以上风电增速箱主轴承样品的试制，经过国家轴承质量监督检验中心检测，性能符合GB/T307.1- 《滚动轴承 向心轴承 公差》技术要求，经德国Interprecise Donath Gmbh和奥地利Handels Gmbh Steyr Trade Group Ltd等单位使用，反映良好，符合风力发电机组增速箱配套技术要求。
五、计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度）
工作进度（按半年度分）
主要工作内容
-01-01至
-09-30
产品技术的改进及工艺条件的优化选择
-10-01至
-09-30
根据市场调研及客户的反馈信息，对产品进行相应的改进并形成完整的系列化产品
-10-01至
-4-30
实现产品的小批量生产
-05-01至
-12-31
实现产品产业化生产，大规模推广应用，申请项目鉴定、验收

六、经费预算
项目预计总经费 918 万元。
项目经费支出预算表
单位：万元
经费支出预算
科 目
预算数
年份
年份
年份

一、直接从事研发活动的本企业在职人员人工费用
180
120
80
二、研发活动直接投入的费用
200
160
60
三、折旧费用与长期待摊费用
25
20
18
四、设计费用

五、装备调试费

六、专门用于研发活动的无形资产摊销费

七、勘探、开发技术的现场试验费

八、研发成果的论证、鉴定、评审、验收费

九、与研发活动直接相关的其它费用
5
45
5

合计
410
345
163
总计
918

七、主要（大中型）仪器设备清单
名称
单价
数量
总价
折旧方法
折旧年限
大型加工中心
100
1
100
直线法
10
大型立磨机
350
1
350
直线法
10
大型数控外圆磨床
90
1
90
直线法
10

八、技术研究开发机构名称及运行情况报告

技术研究开发机构名称：常州市大中型精密圆柱滚子轴承工程技术研究中心
公司拥有自我开发能力较强的设计开发部门，获常州市经贸局认定“市级企业技术中心”。并建立了一套完整的从产品开发计划到绩效管理考核等研发管理体系，确保和规范企业的研发活动的持续有效开展。现与河南科技大学、洛阳轴承研究所有限公司等签署合作协议，共同组建“常州市大中型精密圆柱滚子轴承工程技术研究中心”，已经科技局认定。
多年来，公司坚持科学发展，不断进行技术改造，购置先进的生产和检测设备，扩大生产规模及产品类型，提高产品质量水平。公司现拥有生产设备321台套，各类检测仪器402台套。主要生产设备有：数控车床、数控磨床、数控铣床，超精机、退火炉、淬火炉、冲床、钻床、轴承清洗机等。主要的检测设备有：红外碳硫分析仪、分光光度计、轴承振动测量仪、钢球振动测量仪、金相显微镜、圆度波纹度仪、磁粉探伤机、坐标测量机、直读光谱仪、粗糙度轮廓仪、轴承疲劳寿命试验机、硬度计、投影万能测长仪、投影一米测长机等。
拟建的工程技术研究中心在原企业技术中心基础上建设，由市场调研部、科技信息部、技术开发研究部、试验与检测部组成，试验与检测部下设轴承检测室、精密检测室、理化分析室、金相分析室、标准件室、仪器仪表调整室、轴承试验室。现有员工32人，其中：总经理1名，负责整个项目的总策划，技术研发人员15名，负责项目中的产品研发及技术分析等，检测试验人员10名，负责轴承各道环节的检测检验，市场调研人员4名，负责对产品的销售市场优劣势进行分析调查，科技信息人员2名，负责收集相关信息；高级职称5名，中级职称17名，初级职称10名；博士2名，硕士3名，本科6名，大专15名，中专6名，是公司高层科学技术发展和技术进步决策的参谋，负责公司重大科技项目和技术改造项目的研究论证、开发和科技成果的评审和科技人员晋升、推荐等工作，由公司技术总监谈永杰出任中心主任。
九、主要研究人员情况

姓名
单位
性别
年龄
专业
职务
(职称)
本项目中承担工作
汤国良
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
45
工商行政管理
副高
项目总负责
颜汉铭
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
70
机械制造
副高
技术支持
闻保新
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
50
机械制造
副高
产品设计
谈永杰
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
38
机械设计
中级
产品设计
徐红
江苏迪邦三星轴承有限公司
女
27
机械设计
中级
工艺设计
陆永良
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
37
滚动轴承设计
中级
质量监督
华卫平
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
26
机械设计
初级
工艺设计
周鸿波
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
32
机械设计
初级
产品设计
盛涛
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
32
机械设计
初级
质量监督
谈小明
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
35
滚动轴承设计
初级
质量管理
汪文良
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
39
滚动轴承设计
初级
性能检测
施建新
江苏迪邦三星轴承有限公司
男
41
模具设计与制造
中级
生产协调

企业盖章
年 月 日