CN103582757B - 风力机的轴承 - Google Patents

Abstract

一个旋转机构，用于一个旋转单元（13）相对于一个基座单元（12）进行增量前移，其包含一个单向离合器（41）和一个旋转促动器（21，33，39）。促动器的激励针对一个回偏装置（34），克服旋转单元和基座单元之间的摩擦力，在单向离合器锁定的状态下，推动旋转单元前移。促动器的释放可通过回偏装置让系统复位，旋转单元和基座部分之间的摩擦可阻止进一步的相对运动。

Description

风力机的轴承

技术领域

本发明涉及一个轴承，包含一个固定单元和一个同心的移动单元，优选实施例是包含同心的内圈和外圈，其间有若干个滚子单元。

背景技术

WO-A-2010/035011公开了一种用于风力机的轴承，其中相对于基座法向固定的轴承圈以一种控制的方式空转。这样的设置可使静载荷通过整个法向固定轴承圈的圆周来承受，而不是通过同一个垂直方向的轴承圈部分来连续承受。这样，轴承的寿命能得到本质提高。专利中公开了实现可控制空转的多种方法和手段。空转的速度必须足够缓慢，避免轴承的磨损，但是又必须达到一定速度，避免由于承受静态载荷引起的损坏。

发明内容

本发明公开了一种设置，用于实现一个轴承圈相对于它法向固定部件的移动，从而避免这个轴承圈上的同一部分连续承受载荷。

根据本发明，有一个旋转机构，用于一个第一圆形轴承部分相对于一个第二圆形轴承部分进行增量前移，第一圆形部分和第二圆形部分的固定方式会阻止它们之间的相对角运动，旋转机构包含一个圆形促动器旋转固定在第一部分上，并有一个输出圆环，通过一个单向离合器耦合在第二部分上，其中上述促动器用于产生一个足够大的转矩，在上述单向离合器处于锁定状态时，来推动所述第一部分相对于第二部分弯曲运动，所述输出圆环用来在上述单向离合器处于解锁状态时，相对于上述第二部分向前移动，从而释放所述促动器。

圆形轴承部分的一个通常是一个支撑轴。

这种设置方式可产生周期增量移动，推动一个法向静态的轴承圈，例如第一圆形轴承部件，相对于一个基座单元移动，例如第二圆形轴承部件。

优选的，旋转促动器包含若干个同样的液压促动器，绕着上述圆环以圆周形分布。这样的设置方式可提供足够的空间并能产生一个高的转矩。优选的，液压促动器、圆环和单向离合器基本上是共面的，这样可以固定在一个滚子轴承的一侧，或两个间隔布置的滚子轴承之间。

每个液压促动器包含一个活塞，其嵌合在上述圆环上，并可在各自的腔体内进行弯曲的移动，腔体是由一个促动器套壳形成的，上述促动器套壳固定在上述第一部分上。优选的，促动器套壳内有一个截面尺寸相同的连续圆形通道，每个腔体则是上述通道的一部分形成。通道通常是矩形截面，并通过矩形的帽形密封来支撑活塞。

在一个实施例中，促动器套壳在其径向内侧上有若干个槽口，通过这些槽口，每个活塞与上述圆环相嵌合。优选的，上述槽口的圆周方向距离确定了上述机构每个增量前进的最大值。这种设置方式可提供便捷的移动停止方式。在一个实施例中，圆环包含若干个径向的凸起，用于嵌入到每个对应的槽口中。

优选的，旋转促动器沿着一个归偏装置前移，其能提供一个回复力。优选的，每个液压促动器上每个活塞的归偏装置采用一个复位弹簧。

本发明的优选特点在相关的权利要求中加以说明。

附图说明

本发明的其它特点通过下文中对相关附图中所示优选实施例的描述来展现，其中：-

图1为一个风力机的简明示意图，某个部件放大截面视图；

图2为集成组合在本发明上的一个转毂的透视图；

图3为构成本发明的一个倾斜机构的爆炸视图；

图4为图3所示集成的径向截面视图；

图5为图4中沿着直线W-W的2：1横截面视图；

图6为图4中沿着直线Z-Z的2：1横截面视图；

图7为图4中沿着直线X-X的2：1横截面视图；

图8为本发明中使用的一组栓、槽啮合结构的局部放大视图；

图9和图10分别放大展示了促动机构的静止和作用状态；

图11与图2相结合，进一步展示了滚子轴承；

图12与图5相结合，图示了润滑路径；

图13图示说明了一个带有套接式周圆传动链和促动器的风力机。

具体实施方式

参考相关附图，图1图示简要说明了一个风力机10，其包含一根桅杆11，转毂12，轴承内圈13，滚子14，轴承外圈15以及旋转集成16。

通常，轴承内圈13固定在转毂12上，轴承外圈15固定在旋转集成16上与之一起转动。通常，轴承内外圈13、15是通过压入配合的方式固定在分别对应的部件上，目的是只通过滚子14允许内外圈间的相对转动。在有些布置设计中，轴承外圈固定在相关的转毂上，而轴承内圈固定在转动集成上。

图2图示说明了本发明，其上有转毂12和轴承外圈15。在轴承的一侧有一个增量促进机构20，这样轴承内圈和滚子被隐藏。转动集成没有在图中示出。

图3-11详细图示说明了本发明。一个圆形的转毂12上带有一个轴承的内圈13。通常采用一种配合方式将轴承内圈法向集成到转毂上，防止它们之间发生相对转动，但施加足够旋转力后，它们可发生相对转动，这将在下文中进一步描述。这样的设置目的是使这个法向基体轴承圈能实现增量促动，从而对转动集成上施加的静载荷和弯曲载荷提供连续的弧形曲线。

促动机构20包含一个套壳21，其由平面环形组件22、23构成，同时形成了一个环形腔体24。这些组件通过有头螺栓25固定在一起。套壳21上有整体呈现圆周平面的凸台26，嵌合在轴承内圈上相对应的凹槽27内，从而提供套壳和轴承内圈的旋转固定。

在腔体24中有一个连通的等间距活塞腔体31，它是由相应的两个活塞32、33形成，这两个活塞通常由各自的螺旋弹簧34促动分离。每个活塞32、33有一个凸起35、36，其位于一个各自相应弹簧34的一端内，并且每对凸起35、36均沿着周向布置并限制它们在其上的闭合运动。

每对活塞中的一个活塞33（在图4中通常为最顺时针）上有一个沿径向向内伸出的凸舌37，嵌合在一个支撑环39上的对应小凹槽38内。这个支撑环的内圆周表面平整，它与一个圆形止动斜撑集成41上的径向外表面单元嵌合。止动斜撑集成41上的径向内表面单元与转毂12相嵌合。

因为技术人员熟悉止动斜撑集成的设计和功能，因此在此不需要对止动斜撑集成的进一步描述。采用止动斜撑集成使得构件之间只能发生一个方向的相对转动。参考图4，止动斜撑集成只允许支撑环39相对于转毂12进行逆时针的转动，但在顺时针方向转动上锁止并抑制支撑环39相对于转毂12运动。

每一对活塞中的另一个活塞32通过一个轴向布置的栓销43嵌合在圆环部件22上各自的槽44内，实现固定在套壳21上。每个活塞32上有一个栓销43，不过为了增加转矩，每个活塞上可有另一个面上的栓销嵌合在另一个环形部件23上。

如图所示，每个活塞上组合了一个帽型密封45。

环形部件22包含一个圆周形的槽口46，小凹槽38通过它进行移动。每个槽口46的圆周长度限制了支撑环39可旋转的相对角度。在如图所示的设置中，这个可允许的圆环旋转角度约为5°。

转毂12上有一个润滑通道51（图5），在外圆周上有开口连通。润滑油通过环形部件23上的环形通道52输送到若干个径向的孔53中，然后通过轴向开口54、55送到轴承的滚子14上。如图5-7所示说明了一个可选择的第二轴承内圈13a，但省略了滚子。轴承架17使滚子14等距间隔。润滑出口54、55通过图12所示的活塞32上的一个开口56相连；这个实施例中所示的一种不同截面改进活塞32a。

O-环型密封61、62、63在必要的地方使用来对润滑路径进行密封。

一条控制压力的润滑通路71同样也位于转轴12的外圆周上，并与环形部件22上的环形通道72连接。每个径向/轴向的孔73将这条通道72与每个活塞腔体31连通。

由于轴承内圈13在使用过程中通常与转毂12一起高速旋转，所以它们之间不允许有相对旋转。

而在油路71中采用压力控制，活塞腔31里压强会增大，这样可使活塞32、33分离。由于止动斜撑集成通过凸舌37紧紧嵌合在相应的小槽口38内，活塞33不能相对于转毂12运动。结果，活塞34被推着沿着逆时针方向（图4所示）相对于转毂12转动，从而通过凸舌26嵌合在槽口27中，推动轴承内圈沿着逆时针方向移动。这个相对运动使轴承内圈产生了一段新的圆周运动，从而调整通过滚子14传递的垂直载荷。

当释放控制压力时，轴承内圈13和转毂12之间的啮合力远远大于止动斜撑集成41自由时的拉力。结果，弹簧34伸长，将活塞32、33分离，推动支撑环39相对于转毂12转动。这样，所有部件又恢复到原始状态，如图4所示。

如有必要，在计算和观察的基础上，连续控制激励能按需提供，从而将轴承内圈推动到一个新的转角位置，直到其表面发生破坏之前。所述的实施例可允许机构每一次激励的旋转角度约为5°，当然，可以连续进行几次激励，从而给出一定量的转动增量，比如15°。

优选实施例可通过增大液压腔体来调整到更高的转矩要求，比如，可增加轴向和/或者径向的尺寸。转动的允许弧度可根据每个槽口46的长度进行选择，突出部分35、36也要进行相应的调整。满足较小转矩要求的结构则应有较小的腔体，或较少的腔体。

在图3所示的实施例中，肋板65确定了油路（图5所示），同时也确定了与所要推动的滚子嵌合的方式。这些肋板65与肋板26（未在图3中示出）相似。并不是所有图示的肋板都需要使用，以达到上述作用，3个等距分布的肋板已经足够。这些肋板上有倒斜角66，如图8所示，防止从轴承内圈13上各自相互平行一侧的槽口中脱离出来，从而发生沿箭头67所示方向的相对运动。

图13简明图示（没有尺寸比例）说明了一个风力机的安装70，其上有一个转轴71，固定在一个双列滚子轴承73上的一个螺旋桨叶72绕着它旋转。轴承的两列滚子相对于转轴71形成一个角度，并且方向相反，从而避免沿着转轴71在任何一个方向上的移动。

罩子74支撑轴承73的外圈75，而内圈76支撑螺旋桨叶进行旋转。一个双周圆齿轮传动链77通过一个转矩耦合78将螺旋桨和一个电动机79（通常是绕着轴71旋转）连接起来。整个周圆齿轮传动的齿轮比在1：20到1：30之间。

每个行星齿轮81、82相对于行星架83、84的转动。当螺旋桨叶静止时，不可缺少的轴承85要承受较大的静载荷，这时本发明能提供一个紧凑而简易的方式，来提高其中较高的周向部分载荷。

在一个风力机安装的实施例中，采用压力来激励促动机构，却保证相应的轴承圈不运动，但同时轴承在受载。而当行星齿轮绕着转轴71转动时，它们每个都达到了一个低载荷状态，此时法向固定的轴承圈将移动一个增量。

可以理解的是，行星齿轮轴承的周期性载荷可成为一种有利条件，从而促动机构的激励力在载荷最小的情况下，不大于转动法向固定轴承圈所需的力。

另外可以理解的是，压力促动的时间并不是至关重要的，因为在低载荷状态下，轴承圈会自动移动，压力能预先施加。

通过监测在促动管线51中的压力，可以对法向固定轴承圈是不是在正常运行做出诊断。这样随着活塞32、33的分离，与促动机构满负荷时对应的已知压力相比，压力会有所下降。压力的改变速度也可以作为机构或轴承老化的定性标志——比如，压力下降的速度相对较慢，则意味着部件发生梗塞或堵塞，也许还会提供一个预警提示需要维修。

尽管本发明是特别参考风力机进行描述的，但在任何静态高载荷或弯曲载荷连续变化，或通过一个轴承圈的固定部分周期传递时，该发明都可试用。比如轧钢机以及发电机组这类重载荷的工况下，本发明都可以应用。

在本发明中，技术人员可首先根据转矩选择一个旋转促动器，用其来推动法向固定的轴承单元。其次根据轴承单元与其相邻单元的固定方式来选择。用于提供轴承单元增量运动的载荷与重置的旋转力之间的区别只是一个数量上的规定，技术人员在进行此类必要计算上没有难度，这根据每个轴承安装的圆周有多种情况。尽管本发明描述的是针对一个滚子轴承的，它也可应用在一个包含圆柱轴衬的滑动轴承上。

Claims (12)

1.一个旋转机构，其特征在于，其用于一个第一圆形轴承部分相对于一个第二圆形轴承部分进行增量前移，所述第一圆形部分和第二圆形部分的固定方式会阻止它们之间的相对角运动，该旋转机构包含一个圆形促动器旋转固定在第一部分上，并有一个输出圆环，通过一个单向离合器耦合在第二部分上，其中所述促动器用于产生一个足够大的转矩，在所述单向离合器处于锁定状态时，来推动所述第一部分相对于第二部分做弯曲的运动，所述输出圆环用来在所述单向离合器处于解锁状态时，相对于所述第二部分向前移动，从而释放所述促动器。

2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述圆形促动器包含若干个同样的液压促动器，绕着所述圆环以圆周形分布。

3.如权利要求2所述的机构，其特征在于，所述液压促动器、所述圆环和所述单向离合器基本上是共面的。

4.如权利要求2或3所述的机构，其特征在于，每个所述液压促动器包含一个活塞，其嵌合在所述圆环上，并可在各自的腔体内进行弯曲的移动，腔体是由一个促动器套壳形成的，所述促动器套壳固定在所述第一部分上。

5.如权利要求4所述的机构，其特征在于，所述促动器套壳内有一个截面尺寸相同的连续圆形通道，每个腔体则是所述通道的一部分形成。

6.如权利要求5所述的机构，其特征在于，所述促动器套壳在其径向内侧上有若干个槽口，通过这些槽口，各个活塞与所述圆环相嵌合。

7.如权利要求6所述的机构，其特征在于，所述槽口的圆周方向距离确定了所述机构每个增量前进的最大值。

8.如权利要求6或7所述的机构，其特征在于，所述圆环包含若干个径向的凸起，用于嵌入到每个对应的槽口中。

9.如权利要求8所述的机构，其特征在于，所述促动器套壳包含两个半片壳体，所述半片壳体中的一个提供了一个液压连通到每个所述腔体。

10.如权利要求9所述的机构，其特征在于，另一半所述半片壳体对所述第一部分提供一个润滑连接通道。

11.如权利要求10所述的机构，其特征在于，所述促动器沿着一个归偏装置前移。

12.如权利要求11所述的机构，其特征在于，该机构固定在一个滚子轴承的一侧，滚子轴承有轴承内圈和轴承外圈，其中所述第一部分包含所述内圈和外圈中的一个，第二部分包含一个所述轴承的基座单元。