CN103775489A - 用于船舶的螺旋桨或风力涡轮机的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

一种用于船舶的螺旋桨或风力涡轮机的滚动轴承。一种滚动轴承(1)，包括内环(3)，外环(2)，所述环(2，3)上形成的滚道(2c，3c)之间设置的至少一列滚动元件，以及固定到所述环(2)之一的齿环(6)。齿环(6)由至少两个单独的齿轮段(7，8，9，10，11，12)形成，在其内或外周面具有多个啮合装置(7b，8b，9b，10b，11b，12b)，并且只固定到滚动轴承(1)的内或外环(3)其中之一，齿环(6，20)的圆周大致等于独立的齿轮段的圆周的结合。

Description

用于船舶的螺旋桨或风力涡轮机的滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动轴承领域，并且尤其涉及船舶的螺旋桨或风力涡轮机领域使用的滚动轴承。
背景技术
“船舶”是指用于海上运输的大吨位船只，例如商船(油轮、集装箱船、渔船等)，战舰(航空母舰、潜艇等)或者大帆船或邮轮。船舶的螺旋桨通常以组件的形式，包括驱动至少一个螺旋桨螺丝旋转的发动机，该螺旋桨被固定到船舶的船体，尤其是船舶的尾部。为了使船舶转向，使用所谓的“变桨轴承”来相对于船体定向螺旋桨是已知的做法。
风力涡轮机通常包括机舱，旋转安装在桅杆上并包围用于产生电能的发电机，由风力驱动的转子并具有支撑至少两个叶片的轮毂，以及支撑转子的大尺寸滚动轴承。
为了控制施加给转子的负载，通常使用变桨轴承从而根据风向使风力涡轮机的叶片相对其纵轴定向。
这样的滚动轴承包括固定到轮毂的外环，固定到叶片之一的内环以及多个滚动元件，例如球体，设置在内环与外环之间。
滚动轴承包括设置有圆周内齿轮齿的齿圈，用于通过齿轮与致动器相啮合。直接在内环的内表面上形成内齿轮齿是已知的。
然而，这种被称为变桨轴承的滚动轴承仅在当需要定向叶片或螺旋桨时工作并进行小的旋转，这样导致只有齿轮齿的一小部分被使用。此外，这样的轴承在较长的时间周期中可以是固定的，从而导致加速退化。
随着齿轮齿的磨损，进而需要拆除内环，或者甚至整个滚动齿轮，这是相对复杂和昂贵的操作。
可参考文件EP2474735，其描述了一种用于将叶片变桨齿轮安装到风力涡轮机的变桨轴承上的装置，包括内环、外环和通过多个固定装置固定到内环的齿轮。
尽管这种装置在磨损的情况下允许只对齿轮进行更换，多个固定装置造成大的整体外部尺寸并且难以实现。
还可以参考文件US7331761，其描述了一种用于风力涡轮机的叶片变桨轴承，包括内环、外环以及设置在内外环之间的两排滚动元件。内环的内表面在不到200°的部分上具有多个齿，并且旨在与齿轮相啮合从而定向风力涡轮机的叶片。
然而，一旦齿轮齿磨损，则必须拆除整个内环。
发明内容
因此，本发明的目的在于补救这些缺点。
更具体的，本发明寻求提供一种易于制造、装配、整体外形尺寸小、并且允许啮合装置被快速经济地拆除的滚动轴承。
本发明涉及一种滚动轴承，包括内环、外环、设置于形成在所述环上的滚道之间的至少一列滚动元件以及固定到所述环之一的齿环。
齿环形成为至少两个单独的齿轮段，在其内或外周面具有多个啮合装置并且只固定到滚动轴承的内或外环其中之一，齿环的圆周大致等于单独的齿轮段的圆周的结合。
因此，磨损的齿轮段能够被拆除，而无需拆除其他未磨损的齿轮段。也不再需要拆除单独的齿轮段所固定到的内或外环整体，或者甚至是滚动轴承整体，这允许简化的拆卸。
优选的，每一个齿轮段包括从齿轮段的径向表面轴向延伸的轴向部分。
每一个轴向部分可包括至少一个径向钻孔，旨在与连接装置相配合到内或外环之一。
根据一实施例，每一个齿轮段包括从轴向部分以与径向齿相反的方向径向延伸的径向部分。
每一个径向部分可包括至少一个轴向钻孔，旨在与连接装置相配合到内或外环之一。
根据一实施例，齿环固定到内环的内周面，所述独立的齿轮段在其内周面上均具有多个啮合装置。
根据一实施例，齿环的圆周小于或等于360°，优选小于或等于120°。实际上，当叶片被定向时，滚动轴承产生小的转动，从而只有一小部分齿轮齿被使用。因此使用圆周为120°或更少的齿环能够满足并允许材料显著地减少。
例如，齿环由四个独立的齿轮段形成，每一个周向延伸大致90°，或者留个独立的齿轮段，每一个周向延伸大致60°。
优选的，啮合装置为径向齿，例如设计用于与齿轮配合的，如小齿轮。
根据第二个方面，本发明涉及风力涡轮机，包括机舱，安装在桅杆上并包围旨在产生电能的发电机，具有支撑至少两个叶片的轮毂的转子，以及安装在轮毂和叶片之间的如上所述的轴承。
根据另一方面，本发明涉及船舶，包括船身，包围发动机和螺旋桨螺旋部的螺旋桨，以及如上所述安装在船身和螺旋桨之间的滚动轴承。
附图说明
通过对以非限制性示例的形式给出并结合附图进行阐述的若干实施例的描述进行阅读，本发明将得到更好的理解，其中：
图1是根据本发明第一实施例的滚动轴承的轴向截面图；
图2是根据图1的滚动轴承的透视图；
图3是根据另一实施例的齿环的透视图；
图4是根据本发明第二实施例的滚动轴承的轴向截面图；
图5是图4的滚动轴承的齿环的透视图。
具体实施方式
图1-3中附图标记为1、轴向轴线为X-X的滚动轴承是被称为用在风力涡轮机(未示出)中的变桨轴承的滚动轴承。
以非限制性示例的形式，风力涡轮机包括设置在桅杆一端的机舱以及具有支撑至少两个叶片的轮毂的转子，叶片被风驱动从而产生电能。
滚动轴承1被设计为位于转子的轮毂与叶片之一之间，并被用于根据风向关于其纵轴线定向风力涡轮机的叶片。
滚动轴承1包括：外环2，设计用于通过其圆柱外表面2a或通过其端面之一固定到轮毂(未示出)；设计为固定到叶片之一(未示出)的内环3；两列滚动元件4、5，此处制成为球体形式，设置在内环3和外环2之间；以及用于保持每一列滚动元件4、5的圆周间隔的保持架(未示出)。作为一种选择，可构成设置在内环3和外环2之间的单列滚动元件。
外环2和内环3是实体的。“实体环”的意思是环的形状通过从管、棒料、锻造和/或轧制坯加工去除碎片(车削、磨削)而获得。
外环2在其孔2b上包括两条深沟滚道2c、2d，其横截面具有适合滚动元件4、5的凹的内轮廓；所述滚道2c、2d径向朝向内。内环3同样在其圆柱外表面3a上包括两条深沟滚道3c、3d，其横截面具有适合滚动元件4、5的凹的内轮廓，所述滚道3c、3d径向向外朝向。外环2的滚道2c与内环3的滚道3c对齐从而容纳滚动元件的第一列的滚动元件4。外环2的滚道2d与内环3的滚道3d对齐从而容纳滚动元件的第二列的滚动元件5。
在本发明另一优选实施例(其并未示出)中，每一条滚道2c、2d、3c、3d包括用于滚动元件的两条轨道，这两条轨道具有相同的半径但不同的中心，从而每列滚动元件采用了被称为“四点接触”的配置。
滚动轴承1包括环形的齿环6，在360°的圆周方向上延伸并且设计用于固定到内或外环之一。可选择的，齿环的圆周可构成为小于360°，或者甚至为120°或更少。
在示出的例子中，齿环6的外表面6a固定到内环3的圆柱内表面3b。可选择的，齿环6的内表面6b可固定到外环2的圆柱外表面2a。在这种情况下，内环3会被固定到轮毂并且外环2会被固定到叶片之一。
在图2中细节示出的齿环6由多个独立且相同的齿轮段7、8、9、10、11、12构成，此处以六个齿轮段示例，每一个周向延伸大致60°。值得注意的是，相邻两个齿轮段之间留有小的周向间隙。
值得注意的是，可具有多于或等于两个的齿轮段。齿轮段可具有彼此不同的周向长度，而同时具有大致等于齿环的圆周的总的圆周。齿环的总的圆周对应于每一个单独的齿轮段的圆周的和。以非限制性示例的方式，可规定齿环由两个独立的齿轮段形成，每一个具有大致45°的圆周，从而齿环具有90°的圆周。
在图2示出的例子中，多个独立的齿轮段7、8、9、10、11、12形成具有大致等于360°的圆周的齿环。
如图2所示，每一个独立的齿轮段7、8、9、10、11、12在其内周面7a、8a、9a、10a、11a、12a上具有多个径向齿7b、8b、9b、10b、11b、12b，其设计用于与形状互补的齿轮(未示出)相啮合。可选择的，可为允许齿轮段与齿轮相啮合的其他任何内啮合形式。独立的齿轮段7、8、9、10、11、12只固定到滚动轴承1的内环3的内表面3b并且彼此之间不固定。可选择的，可规定独立的齿轮段7、8、9、10、11、12只固定到滚动轴承1的外环2的外表面2a。
每一个齿轮段7、8、9、10、11、12包括两个横向径向表面7c、7d、8c、8d、9c、9d、10c、10d、11c、12d。
此处只对齿轮段7进行描述，应当理解的是齿轮段8、9、10、11和12与齿轮段7相同。
齿轮段7包括从与第一横向表面7c相对的齿轮段7的第二横向径向表面7d轴向延伸的轴向部分7e。轴向部分7e的外直径基本等于齿轮段7的外直径并且轴向部分7e的内直径大于齿轮段7的内表面7a的直径。如图所示，轴向部分7e包括多个径向钻孔7f，每一个都设计用于与连接装置(未示出)相配合，连接装置与形成在内环3的内表面3b上的相对应的径向钻孔3e相配合。连接装置可以是，例如，螺纹紧固装置，例如螺钉螺母系统，或铆钉。
可选择的，这些连接装置可以被限制为定位装置，例如定心销钉或支撑肩部。
图3中示出的实施例，其中相同的元件具有相同的附图标记，与图1和2中示出的实施例不同的是齿轮段的数量。
如图3所示，齿环6由四个相同且彼此独立的齿轮段15、16、17、18构成，每一个周向延伸大致90°。
每一个齿轮段15、16、17、18在其内周面15a、16a、17a、18a上具有多个径向齿15b、16b、17b、18b，旨在与形状互补的齿轮(未示出)相啮合。可选择的，可为允许齿轮段与齿轮相啮合的其他任何内啮合形式。独立的齿轮段15、16、17、18只固定到滚动轴承1的内环3并且彼此之间不固定。
每一个齿轮段15、16、17、18包括两个横向径向表面15c、15d、16c、16d、17c、17d、18c、18d，以及从与第一横向表面15c、16c、17c、18c相对的、相应齿轮段15、16、17、18的第二横向径向表面15d、16d、17d、18d轴向延伸的轴向部分15e、16e、17e、18e。轴向部分15e、16e、17e、18e的外直径基本等于相应齿轮段15、16、17、18的外直径并且轴向部分15e、16e、17e、18e的内直径大于齿轮段15、16、17、18的内表面15a、16a、17a、18a的直径。如图所示，轴向部分15e、16e、17e、18e包括多个径向钻孔15f、16f、17f、18f，每一个都设计用于与连接装置(未示出)相配合，连接装置与形成在内环3上的相对应的径向钻孔3e相配合。
图4和5中示出的实施例，其中相同的元件具有相同的附图标记，与图1和2中示出的实施例不同的是齿轮段的形状。
如图4和5所示，齿环20，在图5中详细示出，由多个相同且彼此独立的齿轮段21、22、23、24构成，此处以四个齿轮段示例，每一个周向延伸大致90°。独立的齿轮段21、22、23、24只固定到滚动轴承1的内环3的内表面3b并且彼此之间不固定。
值得注意的是，可具有多于或等于两个的齿轮段。可选择的，齿轮段可具有不同的周向长度，而同时形成大致360°的齿环。
如图5所示，每一个独立的齿轮段21、22、23、24在其内周面21a、22a、23a、24a上具有多个径向齿21b、22b、23b、24b，设计用于与形状互补的齿轮(未示出)相啮合。可选择的，可为允许齿轮段与齿轮相啮合的其他任何内啮合形式。
每一个齿轮段21、22、23、24包括两个横向径向表面21c、21d、22c、22d、23c、23d、24c、24d。
每一个齿轮段21、22、23、24包括从与第一横向表面21c、22c、23c、24c相对的、齿轮段21、22、23、24的第二横向径向表面21d、22d、23d、24d轴向延伸的轴向部分21e、22e、23e、24e。轴向部分21e、22e、23e、24e的外直径基本等于相应齿轮段21、22、23、24的外直径，并且轴向部分21e、22e、23e、24e的内直径大于齿轮段21、22、23、24的内表面21a、22a、23a、24a的直径。如图所示，每一个齿轮段21、22、23、24包括从轴向部分21e、22e、23e、24e以与径向齿21b、22b、23b、24b相反朝向外环2的方向径向延伸的径向部分21f、22f、23f、24f。每一个径向部分21f、22f、23f、24f包括多个轴向钻孔21g、22g、23g、24g，每一个设计用于与连接装置(未示出)协作，该连接装置与内环3的横向径向表面3g上开设的对应的轴向钻孔3f协作。
凭借本发明，当齿轮齿磨损时，可以简单拆除受损的齿轮段而无需拆除其他未磨损的齿轮段，并且无需拆除内环或者甚至是滚动轴承整体。
齿轮段的特殊构造允许容易地连接到内环，无论径向或轴向。
值得注意的是，根据本发明的滚动轴承1同样可被用于大吨位船舶(未示出)。船舶通常包括螺旋桨，其包括发动机和至少一个用于推进船舶的螺旋桨螺钉。螺旋桨安装在船体上，尤其是船体尾部，通过滚动轴承1。由于大吨位船舶通常不具有转向舵，滚动轴承1允许螺旋桨为了使船舶转向相对于船体取向。

Claims (11)

1.一种滚动轴承(1)，包括内环(3)，外环(2)，在所述环(2，3)上形成的滚道(2c，3c)之间设置的至少一列滚动元件(4)，以及固定到所述环(2，3)之一的齿环(6，20)，其特征在于，齿环(6，20)由至少两个单独的齿轮段(7-12；15-18；21-24)形成，该齿轮段在其内或外周面具有多个啮合装置并且仅固定到滚动轴承(1)的内或外环(3，2)其中之一，齿环(6，20)的圆周大致等于单独的齿轮段的圆周的结合。
2.如权利要求1所述的滚动轴承，其中每个齿轮段(7-12；15-18；21-24)包括从齿轮段的径向表面轴向延伸的轴向部分(7e-12e；15e-18e；21e-24e)。
3.如权利要求2所述的滚动轴承，其中每个轴向部分(7e、8e、9e、10e、11e、12e；15e、16e、17e、18e)包括至少一个径向钻孔(7f、8f、9f、10f、11f、12f；15f、16f、17f、18f)，该径向钻孔设计为与连接装置相配合到内或外环(3，2)之一。
4.如权利要求2所述的滚动轴承，其中每个齿轮段(21、22、23、24)包括从轴向部分(21e、22e、23e、24e)以与啮合装置(21b、22b、23b、24b)相反的方向径向延伸的径向部分(21f、22f、23f、24f)。
5.如权利要求4所述的滚动轴承，其中径向部分(21f、22f、23f、24f)包括至少一个轴向钻孔(21g、22g、23g、24g)，该轴向钻孔设计为与连接装置相配合到内或外环(3，2)之一。
6.如前述任一权利要求所述的滚动轴承，其中齿环(6，20)固定到内环(3)的内周面(3b)，所述齿轮段(7-12；15-18；21-24)在其内周面上均具有多个啮合装置。
7.如前述任一权利要求所述的滚动轴承，其中齿环(6，20)的圆周小于或等于360°，优选小于或等于120°。
8.如前述任一权利要求所述的滚动轴承，其中齿环(6，20)由四个独立的齿轮段(15，16，17，18；21，22，23，24)形成，每一个周向延伸大致90°。
9.如前述权利要求1至7中任一项所述的滚动轴承，其中齿环(6，20)由六个独立的齿轮段(7，8，9，10，11，12)形成，每一个周向延伸大致60°。
10.如前述任一权利要求所述的滚动轴承，其中啮合装置为径向齿(7b，8b，9b，10b，11b，12b；15b，16b，17b，18b；21b，22b，23b，24b)。
11.一种风力涡轮机，包括机舱，其安装在桅杆上并包围旨在产生电能的发电机，具有支撑至少两个叶片的轮毂的转子，以及安装在轮毂和叶片之间的如前述权利要求任一项所述的滚动轴承(1)。
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