CN103429914B - 角接触滚动轴承，尤其在风轮机中使用的角接触滚动轴承 - Google Patents

角接触滚动轴承，尤其在风轮机中使用的角接触滚动轴承 Download PDF

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Abstract

滚动轴承，包括：内圈（1），外圈（2），和设置在内圈和外圈上的滚道（5，7）之间的至少一排角接触滚子（3），每个滚子包括与所述滚道接触的滚动表面（3a）和两个相对端面（3b，3c）。内圈和外圈进一步包括与滚子的端面接触的引导面（9，11）。

Description

角接触滚动轴承，尤其在风轮机中使用的角接触滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动轴承领域，特别地滚动轴承，其具有内圈和外圈且一排或多排滚动元件在内圈和外圈之间。
本发明更特别地涉及适于在风轮机中使用的大直径滚动轴承。
在该申请中，滚动轴承用于根据风的方向，成角度地取向涡轮的转子，且围绕纵向轴取向涡轮的叶片。该滚动轴承通常使用相对强的负载在轴向和径向二者上加载。
背景技术
美国专利3，948，578公开了一种用于风轮机的滚动轴承，包括两个同心的内和外圈，两排倾斜的接触滚子和用于保持滚子的圆周间隔的两个保持架。每排滚子位于在两个圈之间限定的环形空间内，所述空间由用于滚子的两个相对滚道和两个非负载表面限定。
在风轮机操作期间，在滚动轴承承受的负载的作用下，一排滚子可能关于内和外圈的滚道稍微偏斜或者倾斜。因此，滚动轴承的使用寿命减少。
发明内容
本发明的一个目标是克服该缺陷。
本发明的一个特别的目标是提供一种滚动轴承，尤其适合用于风轮机，其制造简单，经济且具有高可靠性。
本发明的进一步的目标是提供一种滚动轴承，其具有良好的静态和动态承载能力。
在一个实施例中，滚动轴承包括：内圈，外圈，和设置在内圈和外圈上的滚道之间的至少一排滚子，每个滚子包括与所述滚道接触的滚动表面和两个相对端面。与滚子的端面接触的引导面设置在内圈和外圈上。引导面可以设置为彼此相对。
在一个优选实施例中，在引导面和滚子的端面之间的间隙关于所述滚子的长度的比率是从0.1%至5%，优选地从0.5%至0.9%。
优选地，引导面直接形成在内圈和外圈上。
在一个实施例中，内圈和外圈的引导面和滚道关于彼此垂直地设置。
优选地，相同排的滚子的旋转轴线在位于轴承的纵向轴线上的单个位置处汇集。
引导面有利地彼此平行设置。引导面可以相对于滚子的旋转轴线径向延伸。
有利地，引导面的长度小于其中一个滚道。优选地，引导面是直的。每个滚子的滚动表面的整个长度可以接触圈的滚道。
在一个优选实施例中，滚动轴承进一步包括在滚子之间圆周设置的间隔件。每个间隔件可以包括具有滚子的形状的两个平行的腔和至少一个孔，润滑剂位于孔内侧且孔使得两个腔连通。
在一个实施例中，滚子的滚动表面具有圆柱形轮廓。可替换地，滚子表面可以具有球形轮廓或者对数的轮廓。
优选地，滚动轴承包括至少两排滚子，一排滚子的旋转轴线与另一排滚子的旋转轴线相交。
滚动轴承可以进一步包括设置在内圈和外圈之间的密封件，密封件横截面具有H的整体形状，每个密封件包括内唇状件和外唇状件，其形成所述H的两个大致平行的分支。内和外圈可以包括轴向位于每个密封件的内和外唇状件之间的相对径向肋。
在一个实施例中，每个内和外圈包括一个引导面。
滚子可以具有在圆柱形或者球形或者对数轮廓的滚道上滚动的滚动表面。
在一个实施例中，滚动轴承进一步包括设置在外圈上用于封闭配合开口的塞子，在组装轴承期间，滚子已经通过该开口引入。
如之前限定的滚动轴承可以特别地用作用于风轮机的轴承，风轮机包括：保持叶片安装处的舱（nacelle）的杆，特别地用于关于杆旋转舱和/或用于围绕它的纵向轴线旋转/倾斜每个叶片。
附图说明
通过研究由附图说明的且由非限制性例子给出的具体实施例的详细说明，将更好地理解本发明和它的优点，在附图中：
图1是根据本发明第一示例的滚动轴承的半个截面；
图2是根据另一个截面平面的图1的滚动轴承的截面；
图3是图1和图2的滚动轴承的间隔器的透视图；以及
图4是根据本发明第二示例的滚动轴承的半个截面。
具体实施方式
由图1示出的滚动轴承是大直径滚动轴承，包括内圈1和外圈2，在内圈和外圈之间容置有两排倾斜的或者有角度的接触滚子3和4。内和外圈1，2是同心的，且沿着滚动轴承的轴承旋转轴线（未示出）轴向延伸。圈1，2是实心的。“实心圈”应理解为从金属管原料，棒料，粗锻料和/或辊坯通过机加工移除材料（通过机加工，研磨）获得的圈。
滚子3，4彼此相同，且每个包括外滚动表面3a，4a和轴向限定滚动表面的相对端横向面3b和3c，4b和4c。在示出的实施例中，滚动表面3a，4a具有圆柱轮廓。可替换地，滚动表面可以具有球形轮廓或者对数轮廓。对于每排，滚子的旋转轴线3d，4d在位于轴承的纵向轴线上一个单一位置汇集，且关于轴承轴线设置为预定角度。在示出的实施例中，两排的滚子的旋转轴线3d，4d关于彼此成90°布置，且关于轴承轴线近似45°。在每个滚子的旋转轴线3d，4d和轴承轴线之间的角度可以包括在例如20°和70°之间。
内圈1具有圆柱形的孔1a，其设计为固定至底盘或者机械结构（未示出）且由相对径向侧面表面1b，1c限定。内圈1也包括台阶状外圆柱表面1d，第一和第二环形滚道5，6形成在其上。滚道5，6关于穿过滚动轴承的中心的横向径向平面相互对称。每个滚道5，6从外圆柱表面1d倾斜地向内延伸且具有截头圆锥形。每个滚道5，6横截面具有直的内轮廓，其与滚子3，4的滚动表面3a，4a接触。
外圈2包括由相对径向侧表面2b，2c限定的外圆柱表面2a。径向侧表面2c从对应的内圈1的径向表面1c向后轴向设置，而所述内圈的径向侧表面1b从对应的外圈的径向表面2b向后轴向设置。可替换地，内和外圈1，2的径向侧表面2b和1b，2c和1c可以分别共面。
外圈2也包括圆柱形的台阶状环形孔2d，第一和第二滚道7，8形成在该孔中。滚道7，8关于穿过滚动轴承的中心的径向平面相互对称。滚道7，8分别平行于滚道5，6。每个滚道7，8从孔2d向外倾斜地延伸且具有截头圆锥形。每个滚道7，8横截面具有与滚子3，4的滚动表面3a，4a接触的直的内轮廓。
滚道5至8的尺寸适于使得每个滚子的滚动表面3a，4a的整个长度与所述滚道接触。在滚道上的表面应力减少。内圈的滚道5，6和外圈的滚道7，8彼此相互面对，同时关于滚子3，4的旋转轴线3d，4d对称。
内圈1也包括环形引导面9，10，其形成在外表面1d上且与滚子的端面3b，4b关于旋转轴线3d，4d轴向接触。引导面9，10关于穿过滚动轴承的中心的径向平面相互对称。每个引导面9，10是直的且设置为垂直于对应的滚道5，6且通过凹口倒角（concave fillet）连接至所述固定滚道的小直径的边缘。每个引导面9，10从所述倒角倾斜地向外延伸且连接至内圈的外表面1d。引导面9，10相对于滚子的旋转轴线3d，4d径向地延伸。每个引导面9，10和相关的滚道5，6限定了直接径向向外的V形凹槽。
外圈2也包括引导面11，12，其形成进孔2d且与滚子3，4的端面3c，4c关于旋转轴线3d，4d轴向接触。引导面11，12关于穿过滚动轴承的中心的径向平面相互对称。引导面11，12和引导面9，10彼此互相面对且分别平行。每个引导面11，12是直的且垂直于对应的滚道7，8设置且通过凹口倒角连接至所述固定滚道的大直径的边缘。每个引导面11，12从所述倒角倾斜地向内延伸且连接至内圈的孔2d。每个引导面11，12相对于滚子的旋转轴线3d，4d径向地延伸。每个引导面11，12和相关的滚道7，8限定了直接径向向内的V形凹槽。
内圈的滚道5和引导面9与外圈的滚道7和引导面11一起限定了第一环形空间，在其内侧设置有一排滚子3。布置在滚道5，7之间的每个滚子3由引导面9，11被侧向保持在适当位置，以避免所述滚子关于滚道的偏斜或者倾斜。每个引导面9，11形成侧面，其具有与滚子3的相关的端面3b，3c的直接接触面，以具有在滚子3的端面3b，3c和内和外圈1，2之间的轻微的相对滑动。根据由申请人进行的分析，发现当引导面9，11和滚子3的端面3b，3c之间的间隙关于所述滚子的长度的比率从0.1至5%之间，且优选地从0.5%至0.9%之间，在滚子3的侧向引导和引起的摩擦扭矩之间获得了良好的折中。为了限制滚子3和内和外圈1和2之间的摩擦扭矩，引导面9，11的长度比其中一个滚道5，7更小。
类似地，内圈的滚道6和引导面10与外圈的滚道8和引导面12一起限定了第二环形空间，在其内侧容置有一排滚子4。滚子4关于引导面10，12的布置与用于滚子3和引导面9，11之前说明的相同。
滚动轴承也包括多个间隔件13（图3），其圆周地设置在滚子3，4之间以保持它们之间的圆周间隔。间隔件13彼此相同且每个设置在两个连续的滚子3，4之间。间隔件13可以由金属或者塑料材料制成。每个间隔件13包括两个相对的腔14，15，其具有包含平行轴线的圆柱的节段形状。腔14，15具有凹入轮廓，其对应于滚子3，4的滚动表面3a，4a的轮廓。腔14，15的轴向长度稍微小于滚子3，4的长度。腔14，15通过相对的侧向表面16，17轴向限定，相对的侧向表面16，17面对圈1，2对应的引导面。间隔件13也包括两个相对的平面表面18，19，其面对所述圈的对应的滚道。
每个间隔件13包括制造在它的厚度内侧的通孔20，其打开在腔14，15的上方且将所述腔连通。润滑剂（未示出）设置在通孔20内侧，所述孔作为用于润滑滚子的滚动表面3a，4a的润滑剂贮液器。使用的润滑剂可以是脂或者油。通孔20允许容置的润滑剂直接出现在每个滚子3，4的滚动表面3a，4a上。
如图1所示，内和外圈1，2进一步分别包括轴向孔21，22用于固定两个圈至机械的两个部件，借助于滚动轴承，该两个部件可以关于另一个旋转一个。
外圈2也包括填充孔23（图2），其从外圆柱表面2a径向延伸且打开进入由内和外圈的滚道5，7和引导面9，11限定的环形空间。塞子24闭合填充孔23且通过轴向延伸的销25相对于外圈2保持在适合位置。塞子24包括两个平面表面24a，24b，分别具有与滚道7和引导面11相同形状。所述滚道7和引导面11由填充孔打断且由塞子的平的表面24a，24b放回到该高度处，其机械特性没有损坏。填充孔23设置在外圈2中，用于引入滚子3和间隔件13进入内和外圈1，2之间限定的第一环形空间。
外圈2也包括第二填充孔26，其从外圆柱表面2a径向延伸且打开进入由滚道6，8和引导面10，12限定的环形空间。外圈2也包括塞子27，塞子27闭合填充孔26且包括两个平面的表面27a，27b，其分别局部回到滚道8和引导面12。塞子27通过销28保持在适当位置。填充孔26使得能够将滚子4和间隔件13引入到在内和外圈1，2之间限定的第二环形空间中。在示出的实施例中，塞子24，27设置在外圈2上。可替换地，塞子可以设置在内圈1上。
在图4上示出的实施例，其中相同的部件使用相同的附图标记，不同于之前的实施例在于滚动轴承进一步包括两个环形密封件31，32，其径向定位在内和外圈1，2之间。密封件31轴向安装在滚子3和外圈2的径向表面2b之间。密封件32轴向定位在滚子4和内圈1的径向表面1c之间。密封件32与密封件31相同且相对于后者关于穿过滚动轴承的中心的径向平面对称定位。闭合的空间限定在圈1，2和密封件31，32之间，其中滚子3，4被容置以使得得以保护免于污染元素。
密封件31在横截面上具有H的整个形状。由弹性材料形成的密封件31包括环形部分33，两个环形内唇状件34，35，其形成H的其中一个分支，以及两个环形外唇状件36，37，其形成所述H的另一个分支。唇状件34至37具有一定程度的轴向弹性且直接结合或者连接环形部分33。唇状件34，35和36，37关于穿过密封件31的中心的径向平面对称，唇状件34，36和35，37也关于穿过部分33的轴向平面对称。唇状件34，36和35，37分别按压抵靠分别设置在内圈的外圆柱表面1d和外圈的孔2d上的肋38和39或者环形径向凸出部。肋38，39径向保持面对。
密封件31通过相对的径向肋38，39轴向保持在内和外圈1，2之间。为了保持唇状件34，36和35，37与肋38，39的永久的接触状态，肋的厚度制造得比在自由状态下支承件之间的轴向间隙更大。密封件31和肋38，39因此在轴向方向弹性耦合，其防止了密封件31和圈1，2之间的相对轴向位移。
如上述的，在另一侧上的滚动轴承的密封由密封件32提供，其与密封件31相同且其与内和外圈1，2的环形肋40，41配合。所述肋40，41和38，39关于穿过滚动轴承中心的径向平面相互对称。
虽然本发明已经基于具有双排倾斜接触滚子的滚动轴承进行说明，应该理解的是本发明可以应用于具有单排滚子或者至少三排滚子的轴承。此外，在示出的实施例中，滚动轴承是O型轴承。可替换地，它可以预见为X型滚动轴承。
此外，内圈和/或外圈可以包括在它们的周围的齿轮齿，以使得被连接至驱动齿轮用于连接至马达的输出轴的场合。
由于本发明，轴承的使用寿命增加了40%以及轴承的磨损减少了。在包括用于改变叶片的斜度的促动装置的风轮机的例子中，这是特别有利的，因为它允许减少这些促动装置的尺寸，因为需要更少的功率来倾斜叶片，且甚至减少该倾斜动作的响应时间，结果，获得了风轮机的改进的整体效率。

Claims (16)

1.一种滚动轴承，包括：内圈(1)，外圈(2)，和设置在该内圈和外圈上的滚道(5，7)之间的至少一排角接触滚子(3)，每个滚子包括与所述滚道接触的滚动表面(3a)和两个相对端面(3b，3c)，与该滚子的该端面接触的引导面(9，11)设置在内圈和外圈上，其特征在于：
所述引导面(9，11)的每一个通过凹口倒角连接到相应的滚道，所述引导面(9，11)的长度小于所述滚道(5，7)的其中之一，
在该引导面(9，11)和该滚子的该端面(3b，3c)之间的间隙关于所述滚子的长度的比率是从0.1％至5％。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：在该引导面(9，11)和该滚子的该端面(3b，3c)之间的间隙关于所述滚子的长度的比率是从0.5％至0.9％。
3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中：该引导面(9，11)直接形成在该内圈和该外圈上。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：该内圈和外圈的该引导面(9，11)和该滚道(5，7)关于彼此垂直地设置。
5.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：相同排的该滚子的旋转轴线(3d)在位于该轴承的纵向轴线上的单个位置处汇集。
6.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：该引导面(9，11)相对于该滚子的旋转轴线(3d)径向延伸。
7.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：该引导面(9，11)是直的。
8.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：每个滚子(3)的该滚动表面的整个长度接触该内圈和外圈的滚道(5，7)。
9.根据权利要求1所述的滚动轴承，进一步包括在该滚子之间圆周设置的间隔件(13)。
10.根据权利要求9所述的滚动轴承，其中：每个间隔件包括具有该滚子的形状的两个平行的腔(14，15)和至少一个孔(20)，润滑剂位于该孔内侧且孔使得两个腔连通。
11.根据权利要求1所述的滚动轴承，包括至少两排滚子(3，4)，一排滚子(3)的旋转轴线与另一排滚子(4)的旋转轴线相交。
12.根据权利要求1所述的滚动轴承，进一步包括设置在该内圈和外圈之间的密封件(31)，该密封件横截面具有H的整体形状，每个密封件包括内唇状件(34，35)和外唇状件(36，37)，其形成所述H的两个大致平行的分支，该内和外圈包括轴向位于每个密封件的内和外唇状件之间的相对径向肋(38，39)。
13.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：每个内和外圈包括一个引导面(9，11)。
14.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中：该滚子(3)具有在圆柱形或者球形或者对数轮廓的滚道(5，7)上滚动的滚动表面(3a)。
15.根据权利要求1所述的滚动轴承，进一步包括设置在该外圈(2)上用于封闭填充开口(23，26)的塞子(24，27)，在组装该轴承期间，该滚子(3)已经通过该开口引入。
16.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的滚动轴承的风轮机，该风轮机包括杆，该杆保持叶片安装处的舱，用于关于杆旋转舱和/或用于围绕它的纵向轴线旋转/倾斜每个叶片。
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