CN101668946A - 多排式大型滚动轴承，尤其是用于风力发电装置转子轴的主轴承的轴向-径向轴承 - Google Patents

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Abstract

一种用于风力发电装置的转子轴(2)的主轴承的轴向－径向轴承(1)，其主要包括垂直安装的环状外盘(3)、与该环状外盘(3)同轴安装的内环(4)以及两个轴向设置在外盘(3)两侧的环状轴圈(5，6)，其中，在两个轴圈(5，6)和外盘(3)之间至少分别设置有一排(7，8)通过各自一个轴承保持架(9，10)保持均匀间距的滚动体(11，12)，从而构成用于接收轴向力的第一和第二滚动轴承(13，14)，同时，在外盘(3)和内环(4)之间设置有至少另外一排(15)优选通过另外一个轴承保持架(16)保持均匀间距的滚动体(17)，从而构成用于接收径向力的第三滚动轴承(18)。根据本发明，两个用于接收轴向力的滚动轴承(13，14)或者由两个圆锥滚子轴承构成，其构造成圆锥滚子的滚动体(11，12)以其较小端面(19，20)分别指向轴承纵轴(21)，或者其也可选地由一个两排的角接触球轴承或者由两个轴向球轴承构成。

Description

多排式大型滚动轴承，尤其是用于风力发电装置转子轴的主轴承的轴向-径向轴承
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分特征所述的多排式大型滚动轴承，其能够特别有利地在风力发电装置的转子轴的主轴承的轴向-径向轴承上，或者在圆台轴承或旋转连接装置中实现。
背景技术
适合用作风力发电装置的转子轴的主轴承或者适合在机床中作为圆台轴承的大型滚动轴承通常被制造成对旋转精确性有高要求的复合负荷的预制装配式轴承单元，并且根据转速和启动时间的不同而设计成轴向-径向轴承或者轴向-角接触球轴承。两种轴承技术方案均接收径向和两侧的轴向负荷以及倾覆力矩，其在径向及轴向上都被无间隙地预加应力。轴向-径向轴承主要应用在低转速的标准应用中，通常其突出的特点是摩擦力矩较高，并且该摩擦力矩随转速的增加而增高，而轴向-角接触球轴承非常适合高转速的应用，其突出的特点在于摩擦很小、润滑油耗低。
这样的大型滚动轴承以及其他轴承已通过由申请人在2006年一月出版的产品目录表<滚动轴承>而为人所知，并且示例性地作为所述轴向-径向轴承和轴向-角接触球轴承的实施形式在该目录的990页至1019页中描述。
其中，示出的轴向-角接触球轴承主要包括单件式或者两件式的内轴承环、外轴承环以及多个置于轴承环之间并且并排安装成两排彼此靠放的轴承钢球，该轴承钢球在限定接触角的情况下以其滚动面在多个安装在内轴承环的外侧面和外轴承环的内侧面上的轴承导轨上滚动。
与此相对，示出的轴向-径向轴承主要包括垂直安装的环状外盘、与该外盘同轴安装的内环以及两个轴向地设置在外盘两侧的环状轴圈，其中，在两个轴圈和外盘之间分别设置有一排构造成滚针或圆柱滚子的滚动体，滚动体通过各自的轴承保持架保持均匀的间距，并形成用于接收轴向力的第一和第二滚动轴承。此外，在外盘和内环之间安装有另外一排同样构造成滚针或圆柱滚子的滚动体，该滚动体通常借助于另外一个轴承保持架保持均匀间距，并最终形成用于接收径向力的第三滚动轴承。
此外，设计成双斜置滚子轴承的圆台轴承也是公知的，在双斜置滚子轴承的情况中采用两排并排靠放的圆柱滚子以取代两排轴承钢球作为滚动体。
然而事实证明，在前述轴向-径向轴承中存在下述缺陷，即构造成滚针或圆柱滚子的滚动体在用于接收轴向力的两个滚动轴承中显示出不利的运动特性，因为滚动体由于轴向安置，其端面被安装在不同节圆上，所以这些滚动体在其端面上分别以不同的旋转速度在其导轨上滚动。由于这在自然条件下不可能达到，而且滚动体又被专属地约束在其轴承保持架上，因而导致滚针或圆柱体滚子在其保持架兜孔中的侧向运动或者说长期的偏向运动(Schraenkbewegung)，这种侧向运动会对轴承保持架产生高强制力，并且它也是导致相对较高的摩擦力矩以及轴承中放热增加的原因。轴承中的放热和/或作用在轴承上的强制力在短时间内变得如此之高，以致于出现过热和缺少润滑的现象或者因超负荷而导致轴承保持架断裂，这两种情况均会导致轴向-径向轴承提前停止运转。这样一种不利的运动特性虽然可以通过不采用所述之装配有圆柱滚子的轴向-径向轴承，而采用同样在前面已提及的自然具有有利运动特性的装配有轴承钢球的轴向角接触球轴承而排除，但是这种轴向-角接触球轴承在各种情况下都无法具有必要的承载能力，因而不能接收例如在风力发电装置的转子轴的主轴承中作用的极高的力。
发明内容
因此，从前述已知的现有技术解决方案的缺陷出发，本发明的目的在于提出一种多排式大型滚动轴承，尤其是轴向-径向轴承，用于风力发电装置的转子轴的主轴承，在这种大型滚动轴承中，用于接收轴向力的两个滚动轴承的滚动体具有有利的运动学特性且利于导引，从而有助于提高该轴向-径向轴承的使用寿命，同时也适合接收很高的负荷。
根据本发明，上述目的在一种具有权利要求1前序部分特征的多排式大型滚动轴承可选地根据权利要求1、3和5的特征部分得以实现，用于接收轴向力的两个滚动轴承可以由两个圆锥滚子轴承构成，圆锥滚子轴承的构造成圆锥滚子的滚动体以其较小的端面分别指向轴承纵轴，或者，用于产生轴向力的两个滚动轴承由一个两排式角接触球轴承构成，其中，两排构造成轴承钢球的滚动体以限定的接触角并排靠放，又或者，两个滚动体由两个轴向球轴承构成，其中，两排构造成轴承钢球的滚动体安装在互相对置且具有同样大小直径的节圆上。
本发明基于这样的认识，即通过将目前用于接收轴向力的两个滚动轴承的构造成圆柱滚子或滚针的滚动体置换成构造成圆锥滚子或轴承钢球的滚动体，就可以在保持同样承载能力的情况下简单地改善滚动轴承的运动特性，使得滚动体各自以其整体圆周面以相同的旋转速度在它们的导轨上转动，这样就避免了滚动体在保持架兜孔中的侧向运动和长期的偏向运动，并且也排除了由于这种侧向运动而引起的摩擦损耗以及轴承中放热的增加。
根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的优选设计方案以及各种实施方案的有利的改进方案在各从属权利要求中提出。
相应地，根据权利要求2，在根据本发明设计的大型滚动轴承中提出，在用于接收轴向力的两个滚动轴承被构造成圆锥滚子轴承时，每一排构造成圆锥滚子的滚动体各自在一条导轨中滚动，该导轨由至少一个边缘限定，其整个地添附在轴圈的内侧面或者外盘的外侧面上。这样，导轨的每一部分都是均匀设计的，因此可以在不产生强制力或者弹性变形的情况下对用于接收径向力的滚动轴承的滚动体和用于产生轴向力的滚动轴承的两个滚动体的径向预紧进行调整。在此，至少一个限定每一导轨的边缘分别与圆锥滚子的较大端面保持作用连接，该边缘具有下述优点，即圆锥滚子在导轨中的导引不再通过轴承保持件兜孔而是通过该边缘实现，轴承保持件只保留其间隔保持件的功能，其将圆锥滚子在周向上保持均匀的相互间隔。
与此相对，权利要求4的出发点是将用于接收轴向力的滚动轴承构造成两排式角接触球轴承，其设计如下：用于接收轴向力的两排式角接触球轴承的构造成轴承钢球的每一排滚动体分别在两排槽形导轨中滚动，该导轨一方面倾斜地添附入轴圈的内侧面和端面，另一方面倾斜地添附入外盘的外侧面和端面中。在该技术方案中，滚动体的槽形导轨也是为了使滚动体不再通过轴承保持架而是通过导轨实现导引，并使轴承保持架仅保留作为间隔保持件的功能而将轴承钢球在周向上保持均匀的相互间隔，这一点与在采用前述的技术方案，即将用于接收轴向力的两个滚动轴承设计成圆锥滚子轴承的目的是一样的。
根据权利要求6，用于接收轴向力的两个滚动轴承被构造成推力角轴承，在此情况下，两个轴向球轴承的被构造成轴承钢球的每一排滚动体分别在两条槽型导轨中滚动，但是在这里，导轨一方面仅添附在轴圈的内侧面，另一方面仅添附在外盘的外侧面；这是一种与前述技术方案相类似的有利的改进方案。与其他实施方式一样，在这种技术方案中，滚动体的槽型导轨同样是为了使滚动体不再通过轴承保持架而是通过导轨实现导引，并使轴承保持架仅保留作为间隔保持件的功能而将轴承钢球在周向上保持均匀的相互间隔。
另外，根据权利要求7，内环和轴圈或者分别构成分离的单件体，或者内环与其中一个轴圈一体构成，而另一轴圈则构成分离的部件，这是一种适用于全部前述三种技术方案并且符合根据本发明设计的大型滚动轴承的目的改进方案。考虑到单件体的生产成本以及轴向-径向轴承的装配与分解的容易性，事实已经证明，将内环和轴圈以分离的部件的方式构造是有利的，而将内环与其中一个轴圈一体地构成则提供了下述优点：通过较小的公差链(Toleranzkette)提高了轴向-径向轴承的轴向尺寸精度，并且具有极高的轴向倾覆稳定性。考虑到这种关系，也可以这样想到轴向-径向轴承的如下构造，即将一半内环(连同用于接收径向力的滚动轴承的圆柱滚子的导轨的一半)集成进其中一个轴圈中，而另一半内环及另一半导轨则与另一个轴圈一体构成。在内环和轴圈分离设计的情况下，事实已证明，将单件体互相连接起来的最有利方式是采用多个沿圆周均匀分布的螺栓连接，而在内环与其中一个轴圈一体构成的情况下，则对全部单个部件通过夹紧环以力配合的方式相连接是最适合的，该夹紧环通过与被支承的轴之间压力连接而将其中一个轴圈紧紧拉向与另一个轴圈组合在一起的内环。
作为对根据本发明设计的大型滚动轴承的全部技术方案的有利设计方案，最后还在权利要求8提出，通过对内环的至少一个轴向侧面按限定的宽度进行打磨的方式构造内环，或者在内环和至少一个轴圈之间安装限定宽度的定距环，以便对用于接收轴向力的构造成圆锥滚子轴承、角接触球轴承或者轴向球轴承的滚动轴承的轴向间隙进行调整。然而为调整轴向间隙，除了按一定的宽度对内环的一个轴向侧面进行打磨之外，也可以选择对内环的两个轴向侧面或轴圈的两个内侧面进行相应的切削加工或者通过涂层影响它们的轴向尺寸。然而，由于这种加工在制造工艺上相当复杂而且成本高，所以已证实通过定距环调整轴向间隙是最有利的，这不仅是出于成本的原因，而且也是因为定距环宽度上可能出现的加工误差能够通过更换合适的定距环而相当简单地得到弥补。
总而言之，相对于现有技术中公知的轴向-径向轴承，根据本发明设计的轴向-径向轴承在其所有述及的实施方案中具有如下优点：相对于迄今采用的圆柱滚子或者轴承滚针，用于接收轴向力的两个滚动轴承的构造成圆锥滚子或者轴承钢球的滚动体具有有利的运动学特性，并且以边缘导引代替了保持架导引，从而避免了因滚动体在保持架兜孔中的长期的偏向运动而引起的摩擦损耗、轴承中增加的放热以及作用在轴承保持架上的高强制力，并显著提高了轴向-径向轴承的使用寿命。由于用于接收径向力的滚动轴承照旧采用构造成单排式的、无保持架或者具有保持架的圆柱滚子轴承，因而该轴向-径向轴承同时也适合承受很高的负荷。
此外，显而易见的是，专业人员对于上述轴承构造也能考虑到等效解决方案，例如，将轴圈与轴向-径向轴承的外环而不是内环互相连接，从而使得根据本发明的应用于接收轴向力的滚动轴承中的滚动体可以选择在轴圈与环状的内环之间的相应导轨中滚动，而前面述及的内环和轴圈的单件或多件式的实施方案可以应用在轴向-径向轴承的外环上。同样不言而喻的是，轴向-径向轴承的内环和外盘都可以选择与周边体系例如风力发电装置的机座相连接，用于接收径向力的滚动体和用于接收轴向力的滚动体在需要时不仅可以构造成单排，而且也可以构造成多排。
在需要时，也可以想到采用前述的用于接收轴向力的滚动轴承的实施方案的混合形式，从而使滚动轴承比如在轴向单面为主的轴承力的情况下能够一方面构造成圆锥滚子轴承，另一方面构造成轴向球轴承或角接触球轴承，或者以其他组合形式构造。
附图说明
下面参照附图，通过三个优选实施方案对根据本发明设计的多排大型滚动轴承进行详细阐述。其中：
图1是根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的第一实施例的横截面的局部视图；
图2是根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的第一实施例的一个变体的横截面的局部视图；
图3是根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的第二实施例的横截面的局部视图；
图4是根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的第二实施例的一个变体的横截面的局部视图；
图5是根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的第三实施例的横截面的局部视图；
图6是根据本发明设计的多排式大型滚动轴承的第三实施例的一个变体的横截面的局部视图。
具体实施方式
在图1至图6中分别示出了一个构造成三排式轴向-径向轴承1的多排式大型滚动轴承，其主要包括一个垂直安装的环状外盘3和一个与改外盘3同轴安装的内环4以及两个轴向地设置在外盘3两侧的环状轴圈5，6。在此能够明显看出，在两个轴圈5，6和外盘3之间分别设置有一排7，8通过各自的一个轴承保持架9，10保持均匀间距的滚动体11，12，从而构成用于接收轴向力的第一及第二滚动轴承13，14。此外，在外盘3和内环4之间设置有另一排15通过另一个轴承保持架16保持均匀间距的滚动体17，该滚动体17构造成圆柱滚子并构成用于接收径向力的第三滚动轴承18。
另外，从图1和图2中可看出，在运动学特性得到优化的第一实施方案中的两个用于接收轴向力的滚动轴承13，14根据本发明由两个圆锥滚子轴承构成，该圆锥滚子轴承的构造成圆锥滚子的滚动体11，12分别以其较小端面19，20指向轴承纵轴21。在此，用于接收轴向力的两个滚动体13，14的每一排7，8构造成圆锥滚子的滚动体11，12分别在一条通过边缘22，23限定的导轨24，25中滚动，该导轨完全地添附在轴圈5，6的内侧面26，27上。限定每条导轨24，25的边缘22，23分别与未进一步示出的构造成圆锥滚子的滚动体11，12的较大端面作用连接，从而使圆锥滚子通过该边缘22，23而不是通过仅仅用作间隔保持件的轴承保持架9，10在它们的导轨24，25中导引。
与此相反，在图3和图4中示出的是，在运动学特性得到优化的第二实施方案中的两个用于接收轴向力的滚动轴承13，14根据本发明由一个两排式角接触球轴承构成，在该角接触球轴承中，两排7，8构造成轴承钢球的滚动体11，12以限定的接触角并以O型结构并排排列。其中，用于接收轴向力的角接触球轴承的每一排7，8构造成轴承钢球的滚动体11，12分别在两条槽型导轨30，31和32，33中滚动，该槽型导轨一方面倾斜地添附在内侧面26，27和未进一步示出的轴圈5，6的端面中，另一方面倾斜地添附在外侧面28，29和同样未进一步示出的外盘3的端面中。因此在该技术方案中，导轨30，31，32，33的槽型也是为了使滚动体11，12不再通过轴承保持架9，10而是通过导轨30，31，32，33实现导引，并使轴承保持架仅具有作为间隔保持件的功能。
此外，在图5和图6中还展示出，在运动学特性得到优化的第三实施方案中的两个用于接收轴向力的滚动轴承13，14根据本发明由两个轴向球轴承构成，在该轴向球轴承中，两排7，8构造成轴承钢球的滚动体11，12安装在互相对置且具有同样大小直径的节圆上。在这里，轴向球轴承的每一排7，8构造成轴承钢球的滚动体11，12分别在两条槽型导轨30，31和32，33中滚动，该导轨一方面仅添附在轴圈5，6的内侧面26，27，另一方面仅添附在外盘3的外侧面28，29中。因此在该技术方案中，导轨30，31，32，33的槽型也是为了使滚动体11，12不再通过轴承保持架9，10而是通过导轨30，31，32，33实现导引，并使轴承保持架仅具有作为间隔保持件的功能。
最后，在图1、图3和图5中还可看出，在这一实施方案中，轴向-径向轴承1的内环4和轴圈5，6由分离的单件体构成，并且全部单件体通过螺栓连接34互相力配合地连接在一起。为了调整构造成圆锥滚子轴承或角接触球轴承的滚动体13，14的轴向间隙，对内环4在其轴向侧面37另外进行打磨加工，从而使内环具有限定的宽度。
在图2，图4和图6中展示出的变体与前述实施方案的区别在于，在各变体中，内环4与其中一个轴圈5一体构成，而另一轴圈6则构成分离的部件。在这里，全部单件体通过与转子轴2保持压力连接的夹紧环35，36互相力配合地连接在一起，并且，为对构造成圆锥滚子轴承或角接触球轴承的滚动体的轴向间隙进行调整，在内环4和轴圈5之间安装有具有限定宽度的定距环38。
附图标记列表
1    轴向-径向轴承
2    转子轴
3    外盘
4    内环
5    轴圈
6    轴圈
7    11的排
8    12的排
9    7的轴承保持架
10   8的轴承保持架
11   滚动体
12   滚动体
13   滚动轴承轴向
14   滚动轴承轴向
15   17的排
16   15的轴承保持架
17   滚动体
18   滚动轴承径向
19   11的端面
20   12的端面
21   轴承纵轴
22   24上的边缘
23   25上的边缘
24   用于7的导轨
25   用于8的导轨
26   5的内侧面
27    6的内侧面
28    3的外侧面
29    3的外侧面
30    用于7的导轨
31    用于7的导轨
32    用于8的导轨
33    用于8的导轨
34    螺栓连接
35    夹紧环
36    夹紧环
37    4的轴向侧面
38    定距环

Claims (8)

1.一种多排式大型滚动轴承，尤其是用于风力发电装置的转子轴(2)的主轴承的轴向-径向轴承(1)，主要包括垂直安装的环状外盘(3)、与所述环状外盘(3)同轴安装的内环(4)以及两个轴向设置在所述环状外盘(3)两侧的环状轴圈(5，6)，其中，在两个所述环状轴圈(5，6)和所述外盘(3)之间至少分别设置有一排(7，8)通过各自一个轴承保持架(9，10)保持均匀间距的滚动体(11，12)，从而构成用于接收轴向力的第一和第二滚动轴承(13，14)，同时，在所述外盘(3)和所述内环(4)之间设置有至少另外一排(15)优选通过另一轴承保持架(16)保持均匀间距的滚动体(17)，从而构成用于接收径向力的第三滚动轴承(18)，其特征在于，两个用于接收轴向力的所述滚动轴承(13，14)由两个圆锥滚子轴承构成，所述圆锥滚子轴承的构造成圆锥滚子的所述滚动体(11，12)以其较小的端面(19，20)分别指向轴承纵轴(21)。
2.根据权利要求1所述多排式大型滚动轴承，其特征在于，两个所述圆锥滚子轴承的每一排(7，8)构造成所述圆锥滚子的所述滚动体(11，12)分别在一条由至少一条边缘(22，23)限定的导轨(24，25)中滚动，所述导轨完全地添附在所述轴圈(5，6)的内侧面(26，27)或者所述外盘(3)的外侧面(28，29)中。
3.根据权利要求1的前序部分特征所述的多排式大型滚动轴承，其特征在于，用于接收轴向力的两个所述滚动体(13，14)由一个两排式角接触球轴承构成，其中，两排(7，8)构造成轴承钢球的所述滚动体(11，12)以限定的接触角并排排列。
4.根据权利要求3所述的多排式大型滚动轴承，其特征在于，每一排(7，8)所述角接触球轴承构造成所述轴承钢球的滚动体(11，12)分别在两条槽型导轨(30，31和32，33)中滚动，所述槽型导轨一方面倾斜地添附在所述内侧面(26，27)和未进一步示出的所述轴圈(5，6)的端面中，另一方面倾斜地添附在所述外侧面(28，29)和同样未进一步示出的所述外盘(3)的端面中。
5.根据权利要求1的前序部分特征所述的多排式大型滚动轴承，其特征在于，用于接收轴向力的两个所述滚动体(13，14)由两个轴向球轴承构成，其中两排(7，8)构造成轴承钢球的所述滚动体(11，12)设置在互相对置且具有同样大小直径的节圆上。
6.根据权利要求5所述的多排式大型滚动轴承，其特征在于，两个所述轴向球轴承的每一排(7，8)构造成轴承钢球的所述滚动体(11，12)分别在两条槽型导轨(30，31和32，33)中滚动，所述导轨一方面添附在所述轴圈(5，6)的内侧面(26，27)中，并且另一方面添附在所述外盘(3)的外侧面(28，29)中。
7.根据权利要求2，4和6所述的多排式大型滚动轴承，其特征在于，所述内环(4)和所述轴圈(5，6)分别通过分离的单件体构成，或者所述内环(4)与其中一个轴圈(5)一体形成，而另一轴圈(6)则构造成分离的部件，其中，全部单件体或者通过螺栓连接(34)或者通过夹紧环(35，36)力配合地互相连接在一起。
8.根据权利要求7所述的多排式大型滚动轴承，其特征在于，为了对构造成圆锥滚子轴承、角接触球轴承或轴向球轴承的所述滚动体(13，14)的轴向间隙进行调整，要么将内环(4)通过对其至少一个轴向侧面(37)以限定宽度打磨的方式进行构造，要么在所述内环(4)和至少一个所述轴圈(5，6)之间安装具有限定宽度的定距环(38)。
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