CN101963178A - 用于轴向锁定机械零件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轴向锁定机械零件(8)的方法。在按本发明的方法中，借助一种加压的液体(26)将轴向止挡面(23)沿轴向压紧到机械零件(8)上，并由此将该机械零件(8)固定在一个期望的轴向位置和/或形成机械零件(8)的期望的轴向预紧。所述按本发明的方法的突出之处在于，所述轴向接触面(23)通过液体(26)的固化被固定，从而保持了机械零件(8)的设定的位置和/或机械零件(8)的预紧。

Description

用于轴向锁定机械零件的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于轴向锁定机械零件的一种方法和一种装置。此外，本发明还涉及一种带有机械零件和这种装置的结构。
背景技术
一种例如布置在轴上或穿孔内的机械零件，其轴向位置和/或轴向预紧可按不同的方式被锁定以预防不允许的强烈变化。例如可以沿轴向在机械零件旁边布置一个止挡装置，该止挡装置以一个止挡面沿轴向止挡在机械零件上，从而防止了机械零件沿轴向的位置变化。如果此外由一个力将所述止挡面沿轴向压紧到机械零件上并阻止了机械零件的偏移，那么就可以产生机械零件的轴向预紧。
对于大小在几厘米范围内的小型机械零件，通常在自动化装配的范围内使用标准构件实现轴向锁定。然而对于非常大型的机械零件，尤其是装配环境的绝对容差可以具有很大的值，以致为形成具有确定的性能的轴向锁定可能需要特别的校准或调整。
在这种情况下例如已知的是，通过在轴肩和夹紧环之间的轴向张紧将大型轴承固定到轴上。为了抵消容差，将一个特别调整过的垫圈沿轴向布置在大型轴承和夹紧环之间。然而单独制造垫圈或从一系列垫圈中挑选出合适的垫圈均需要额外的花费。这种方法例如可以在装配风能设备转子轴的轴承时使用，该轴承朝一个轴向面方向止挡在一个轴肩上，并朝另一个轴向面方向通过夹紧环锁定，该夹紧环沿轴向止挡在另一个轴肩上或止挡在轴的轴向端面上并与该轴螺栓连接。即使这种方法带来了实用的效果，但仍会因为其较大的耗费而存在对其它解决方案的需求。
原则上也可以用一个高的径向套叠将夹紧环压紧到轴上，并将该夹紧环沿轴向移动直至到达其指定位置。这例如可以通过一个液压螺母实施，用该液压螺母可以既获得所需的力又达到所需的精确度。例如在欧洲专利文献EP 0 878 271 A2中公开了一种用于将环形零件装配到一个轴上以及将环形零件从一个轴上拆卸的液压螺母。该液压螺母具有一个环状的活塞，该活塞布置在一个环状的槽中并与该槽形成一个压力腔。为了沿轴向移动所述环形零件，该压力腔被液压液体填充并从而使活塞被向外挤压。
然而这种在没有螺栓连接时为了可靠的固定所必需的高的径向套叠导致可能产生较大的力，使得在这种方法中存在轴和夹紧环受损的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，以有效的方式实现机械零件的可靠的以及尽可能准确定义的轴向固定装置。
该技术问题通过一种方法、一种夹紧装置以及一种带有机械零件和用于轴向锁定该机械零件的夹紧装置的结构解决。
在按本发明所述的用于轴向锁定机械零件的方法中，借助一种加压的液体将轴向止挡面沿轴向压紧到机械零件上，并由此将该机械零件固定在一个期望的轴向位置和/或形成机械零件的期望的轴向预紧。所述轴向止挡面通过液体的固化被固定，从而保持了机械零件的设定的位置和/或机械零件的预紧。
本发明的优点在于，以较少的耗费实现了对机械零件的可靠的轴向固定。另一个优点是，轴向固定的性能可以被精准地设定。例如可以通过液体的压力高低来准确设定期望的机械零件的轴向预紧。
尤其可以用按本发明的方法将机械零件沿轴向固定在轴上或固定在穿孔中。所述机械零件例如可以是轴承的一个环，尤其是滚动轴承的环。
为了抵消尺寸容差可将轴向止挡面沿轴向移动。这样做的优点是，在存在不可忽略的尺寸容差时也可以不用额外耗费地使用按本发明的方法。尤其在这种情况下也不需要麻烦的校准以及单独选择或制造构件。同样也很少需要了解或求得已存在的尺寸偏差。
所述轴向止挡面可以借助夹紧装置的可沿轴向移动的活塞被压紧到机械零件上。尤其是该轴向止挡面可以是活塞的一个组成部分。
所述液体可以被输送到夹紧装置的一个由活塞封闭的空腔内。因此活塞可被液体挤压出空腔。以此方式，按本发明的方法可以用相对简单的手段以可靠的方式实现机械转化。
所述夹紧装置可沿轴向被固定。由此可以确保液体中的压力仅转化为活塞的运动，并可确保一个期待的压紧力可以通过活塞作用在所述机械零件上。为了防止夹紧装置不被期待的移动，优选在液体输送到空腔之前完成该夹紧装置的轴向固定。尤其是该夹紧装置可以沿轴向固定在轴上或在一个相对于穿孔固定布置的部件上。轴向固定例如可以借助固定螺钉或借助夹紧装置的内螺纹或外螺纹实现。
所述液体例如可以通过一种化学反应固化。
此外，本发明涉及一种用于轴向锁定机械零件的夹紧装置。按本发明的夹紧装置具有一个活塞和一个轴向止挡面，该轴向止挡面借助活塞可沿轴向移动并沿轴向止挡在所述机械零件上。所述活塞通过一种固化的液体固定。
活塞尤其封闭了一个填充有固化液体的空腔。所述空腔可以设计为一个压力腔。这样做的优点是，用按本发明的夹紧装置可以产生很大的预应力。
通过至少一个注入口可进入所述空腔，液体在固化前通过该注入口被输送到空腔中。
所述止挡面可设计在活塞上。所述活塞可设计为环形。这分别实现了按本发明的夹紧装置的紧凑的结构。尤其是所述活塞可分段地设计在周向上。
所述机械零件可以布置在一个轴上。此外，该机械元件可设计为一个轴承环，尤其是滚动轴承的环，例如双列圆锥滚子轴承的环。
按本发明的夹紧装置可以设计为风能设备的一个部件。此外，所述轴可以设计为风能设备的一个转子轴。因为在风能设备中，需要沿轴向固定的是具有大直径的、例如轴承环的机械零件，所以使用按本发明的夹紧装置尤其有利。
此外，本发明涉及一种带有机械零件和按本发明的夹紧装置的结构。
附图说明
以下借助附图中示出的实施例阐述本发明。在附图中：
图1是一个带有按本发明的轴向固定装置的轴承结构实施例的透视图，
图2是在图1中示出的轴承结构实施例的剖视图，
图3是在图1中示出的轴承结构实施例在装配阶段的剖视图，
图4是另一个轴承结构实施例的剖视图。
具体实施方式
图1是一个带有按本发明的轴向固定装置的轴承结构实施例的透视图。图2示出了配属的剖视图。
所述轴承结构具有一个双列圆锥滚子轴承1和一个夹紧装置2，该夹紧装置将所述圆锥滚子轴承1沿轴向锁定并固定在轴3上。所述轴3例如可设计为一个由图中未示出的风能设备的转子带动的转子轴。
所述圆锥滚子轴承1具有旋转轴线4，其在已装配状态下同时也是所述夹紧装置2和轴3的轴线。在分解状态下，圆锥滚子轴承1的旋转轴线4、夹紧装置2的轴线和轴3的轴线可能彼此不同。以下若无其他说明，对方向的说明分别与圆锥滚子轴承1的旋转轴线4或夹紧装置2的轴线或轴3的轴线有关。因此一个为圆锥滚子轴承1或其部件规定的轴向是平行于所述圆锥滚子轴承1的旋转轴线4的方向。对于夹紧装置2和轴3而言，轴向分别是平行于夹紧装置2的轴线或轴3的轴线的方向。径向是垂直于圆锥滚子轴承1的旋转轴线4的方向或垂直于夹紧装置2或轴3的轴线的方向。
所述圆锥滚子轴承1具有一个外环5，该外环5带有两个沿轴向并列布置并共同形成V字形轮廓的锥形滚道。所述外环5可有1米或更大的外直径以及具有轴向穿孔6，所述外环5借助这些穿孔可被固定在一个图中未示出的外壳上。此外，所述圆锥滚子轴承1具有两个沿轴向并列布置的、各自带有一个锥形滚道的内环7和8。内环7具有一个外侧轴向端面9，以及内环8具有一个外侧轴向端面10。外环5和两个内环7、8在示出的实施例中设计为在周向上闭合的环。理论上也可以使用分段的环。
在内环7的滚道和相邻的外环5的滚道上滚动着设计为锥形的滚动体11。在内环8的滚道和相邻的外环5的滚道上滚动着设计为锥形的滚动体12。在图1和图2中，各圆锥滚子轴承1没有保持架。但同样也可以的是，所述圆锥滚子轴承1具有用于滚动体11、12的一个或多个保持架，该保持架可以分别设计为分段式或在周向上闭合的形式。
如德国专利文献DE 102 46 825 A1中公开的那样，所述保持架尤其可以具有多个塑料制成的、可在周向上相互排列的保持架段。
两个内环7、8布置在轴3上并且抗扭地与轴3相连。为此，轴3具有带有轴向止挡面14的轴肩13，内环7以其外侧轴向端面9止挡在该止挡面14上。此外，轴3在其与轴肩13相反的轴向端部具有一个轴向止挡面15。
所述夹紧装置2具有一个带有轴向穿孔17的锁紧环16以及具有一个轴向止挡面18，该止挡面18形成于轴向穿孔17的区域内并止挡在轴3的轴向止挡面15上。借助穿过锁紧环16的轴向穿孔17并与轴3的轴向螺纹穿孔20啮合的固定螺钉19，将锁紧环16固定地与轴3螺栓连接。
所述锁紧环16在其朝向内环8的侧面上具有一个环形旋转的轴向槽21。该轴向槽21被一个设计为环形的活塞22封闭，该活塞22以轴向止挡面23从轴向槽21内突出并贴靠在内环8的外侧轴向端面10上。借助密封环24将活塞22相对于轴向槽21的侧壁密封。在活塞22和轴向槽21的底部之间形成的空腔25中填充有一种液体26，在图1和图2中该液体呈固化状态并将活塞22沿轴向相对于锁紧环16固定。通过沿轴向延伸的注入口27可进入空腔25，该注入口27通过一个闭锁螺栓28封闭。
由于锁紧环16与轴3固定地螺栓连接，所述圆锥滚子轴承1以其内环7、8沿轴向被锁紧在轴肩13的轴向止挡面14和活塞22的轴向止挡面23之间。通过这种锁紧，一个轴向力作用在内环8上，并通过滚动体11、12和外环5也作用在内环7上。由于所述内环7止挡于轴肩13的轴向止挡面14上，所以产生了一个相应的轴向反作用力。所述圆锥滚子轴承1通过这些力被沿轴向预压紧。此外，内环7、8沿轴向并抗扭地固定在轴3上。
可按如下所述将圆锥滚子轴承1装配到轴3上：
首先将圆锥滚子轴承1从与轴肩13沿轴向相反的一侧起沿轴向推移到轴3上，直到圆锥滚子轴承1内环7的外侧轴向端面9止挡到轴3的轴肩13的轴向止挡面14。视在轴3和圆锥滚子轴承1的内环7、8之间是否存在径向套叠而定，可能需要将该圆锥滚子轴承1压紧到轴3上和/或加热内环7、8以使其膨胀或冷却轴3。
当所述圆锥滚子轴承1到达其在轴3上的最终位置时，将夹紧装置2从同侧与圆锥滚子轴承1一样沿轴向推移到轴3上，直到该夹紧装置2锁紧环16的轴向止挡面18与轴3的轴向止挡面15接触。图3示出了这种情况。
图3示出了在图1中示出的轴承结构实施例在装配阶段的剖视图。
在所示的时间点，夹紧装置2的空腔25还未填充有液体26，并且活塞22的轴向止挡面23没有贴靠在内环8的外侧轴向端面10上。然而取决于圆锥滚子轴承1、轴3和夹紧装置2的容差以及活塞22的初始位置，该活塞22也可能已经以其轴向止挡面23贴靠在内环8的外侧轴向端面10上。但这并不影响装配，因为只要夹紧装置2的空腔25中还未填充有液体26，活塞22就可沿轴向移动。换而言之：通过活塞22的轴向可移动性抵消所述圆锥滚子轴承1、轴3和夹紧装置2的轴向尺寸公差。这点将在下面作进一步阐述。
如在图3中已经示出的那样，在将夹紧装置2推到轴3上以后，将固定螺钉19通过锁紧环16的轴向穿孔17旋入轴3的轴向螺纹穿孔20并拧紧。也可在夹紧装置2锁紧环16的轴向止挡面18与轴3的轴向止挡面15接触前就已经开始旋入固定螺钉19。
在锁紧装置2的注入口27上连接有一个液压管道29，该液压管道通过泵30与一个储存液态形式的液体26的贮液池31相连。图3中同样示出了这些部件。也可以在将夹紧装置2推到轴3上之前就已经完成液压管道29的连接。
在拧紧固定螺钉19后，液体26由泵30从贮液池31输送到夹紧装置2的空腔25中。该液体26将活塞22推出空腔25，使活塞22沿轴向移动，直至该活塞以其轴向止挡面23贴靠在内环8的外侧轴向端面10上。
所述圆锥滚子轴承1与夹紧装置2的轴向固定的性能取决于在活塞22止挡在内环8上之后借助泵30形成的液压。
如果形成的液压非常小，那么活塞22对内环8的力的作用微不足道。这使圆锥滚子轴承1通过夹紧装置2不受预紧地无间隙地在轴向固定。
然而同样也可能通过夹紧装置2形成对圆锥滚子轴承1的指定的预紧。为此形成一个比消除轴向轴承缝隙所需的压力更高的液压，并且与之相应地，活塞22由一个相应的轴向力压紧到内环8上。此外，通过由此形成的内环7、8的轴向锁紧使该内环7、8抗扭地与轴3连接。
为了实现持久保持圆锥滚子轴承1无间隙的或预压紧的轴向固定，液体26在夹紧装置2的空腔25中固化，也就是说，从液态转化为固态。这可以例如通过一种化学反应实现，该化学反应在液体26填充到夹紧装置2空腔25之后以很短的时间延迟进行。这样选择时间延迟，以使一方面为形成期待的液压保留充裕的时间，另一方面不会产生过长的、造成装配占用过多时间的等待时间。同样也可以通过外界作用引发液体26的固化，例如通过温度、压力、辐射等等。适宜的固化特性可例如由用作液体26的塑料单体达到，在向空腔25中填充之前或填充之时，向塑料单体中加入一种使单体发生聚合作用形成聚合体的交联剂。例如液态的环氧树脂很合适，向其中添加一种固化剂。此外也可以使用浇铸弹性体(Gieβelastomere)。也可以使用其它材料例如汞合金取代塑料。
最理想的是，液体26的固化不会引起体积变化或体积变化小到使圆锥滚子轴承1的预紧并未由此受到过于强烈的影响。但也有可能在预设待形成的液压时注意到在固化时液体26的可能的体积变化。此外，可以通过将液体26输送入或输送出空腔25来削弱体积的变化，只要液体26的稠度还允许这一点。此外，可以通过一个与空腔25相连的补偿空腔来削弱体积的变化。
在液体26固化后，液压管道29被从注入口27移开，并用闭锁螺栓28封闭注入口27。由此结束了圆锥滚子轴承1的装配和固定并到达了图1和2示出的最终状态。这种最终状态例如是，所述圆锥滚子轴承1抗扭地与轴3相连并具有在期待区域内的沿轴向的预紧。
图4示出了另一个轴承结构实施例的剖视图。图4中示出的实施例大部分与图1至3的实施例相符。然而与图1至3不同的是，图4实施例的锁紧环16设计为一个带有内螺纹32的螺母。所述轴3相应地具有一个匹配的、与所述内螺纹32啮合的外螺纹33。在此取消了在图1至3中示出的固定螺钉19和夹紧环16的轴向穿孔17以及轴3的轴向螺纹穿孔20。
装配以与图1至3中描述的实施例实质相同的方式进行，其中，所述夹紧环16螺栓连接到轴3上。
在未图示出的另一种变形方案中，所述夹紧装置2设计为垫圈，而不具有用于将该夹紧装置2固定在轴3上的轴向穿孔17或内螺纹32。在这种情况下，所述夹紧装置2支承在一个合适的支座上，例如在一个轴肩、一个凸缘上等等。
此外，所有实施变形方案可以这样改变，即，所述夹紧装置2不固定在一个轴3或一个类似的机械零件上，而是固定在例如一个外壳的穿孔中。在这种情况下，所述夹紧环16的用于固定螺钉19的轴向穿孔17沿径向布置在所述活塞22之外或所述夹紧环16具有一个代替内螺纹32的外螺纹33。
附图标记清单
1圆锥滚子轴承
2夹紧装置
3轴
4旋转轴线
5外环
6轴向孔
7内环
8内环
9外侧轴向端面
10外侧轴向端面
11滚动体
12滚动体
13轴肩
14轴向止挡面
15轴向止挡面
16锁紧环
17轴向穿孔
18轴向止挡面
19固定螺钉
20轴向螺纹穿孔
21轴向槽
22活塞
23轴向止挡面
24密封环
25空腔
26液体
27注入口
28闭锁螺栓
29液压管道
30泵
31贮液池
32内螺纹
33外螺纹

Claims (10)

1.一种用于轴向锁定机械零件(8)的方法，其中，借助一种加压的液体(26)将轴向止挡面(23)沿轴向压紧到机械零件(8)上，并由此将该机械零件(8)固定在一个期望的轴向位置中和/或形成机械零件(8)的期望的轴向预紧，其特征在于，所述轴向止挡面(23)通过液体(26)的固化被固定，并由此保持了机械零件(8)的设定的位置和/或预紧。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，借助夹紧装置(2)的可沿轴向移动的活塞(22)将所述轴向止挡面(23)压紧到所述机械零件(8)上。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液体(26)被输送到所述夹紧装置(2)的空腔(25)中，该空腔通过所述活塞(22)封闭。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述液体(26)通过一种化学反应固化。
5.一种用于轴向锁定机械零件(8)的夹紧装置，其带有活塞(22)以及轴向止挡面(23)，该轴向止挡面(23)借助该活塞(22)可沿轴向移动并沿轴向止挡在机械零件(8)上，其特征在于，所述活塞(22)通过固化的液体(26)被固定。
6.按权利要求5所述的夹紧装置，其特征在于，所述活塞(22)封闭一空腔(25)，该空腔中填充有固化的液体(26)。
7.按权利要求6所述的夹紧装置，其特征在于，通过至少一个注入口(27)可进入所述空腔(25)，液体(26)在固化前通过该注入口被输送到空腔(25)内。
8.按权利要求5至7之一所述的夹紧装置，其特征在于，所述机械零件(8)设计为轴承环。
9.按权利要求5至8之一所述的夹紧装置，其特征在于，所述夹紧装置(2)设计作为风能设备的一个部件。
10.一种带有机械零件(8)和用于轴向锁定该机械零件(8)的夹紧装置(2)的结构，其特征在于，按权利要求5至9之一所述来设计该夹紧装置(2)。
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