CN103890422B - 特别是用在风轮机中的用于滚动轴承的间隔器 - Google Patents

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Abstract

一种用于滚动轴承的间隔器，滚动轴承包括内环、外环和布置于设在所述环上的滚道之间的至少一排角接触滚子。所述间隔器包括两个具有适合于所述滚子的凹形轮廓的相对面（17、18），每个面至少包括与相关滚子关联的接触表面（17a、18a），具有柱体部分的形状，所述接触表面的柱体部分的轴线会聚。

Description

特别是用在风轮机中的用于滚动轴承的间隔器
技术领域
本发明涉及滚动轴承领域，特别是具有内环和外环并且在它们之间具有一排或多排接触滚子的滚动轴承。
本发明涉及适用在风轮机中的大直径滚动轴承领域。
背景技术
在这类申请中，滚动轴承根据风的方向有角度地使涡轮机的转子的定向，并且使涡轮机的叶片绕它们的纵轴线定向。这种滚动轴承主要由应力轴向地并且径向地装载，常常伴随有较强的载荷。
用于风轮机的滚动轴承包括两个同心的内环和外环、布置于设在所述环上的滚道和导引面之间的至少成排的倾斜接触滚子，以及周向地设在滚子之间的多个间隔器。每个间隔器通常包括两个相对的腔，所述腔具有适应于滚子的凹形的轮廓并且由侧部凸缘轴向地限定界限。
在风轮机运行期间，滚动轴承受到载荷作用，成排的滚子会关于内环和外环的滚道偏转或倾斜。因此，滚动轴承的使用寿命减少。
发明内容
本发明的目的是克服该缺陷。
本发明特定的目标是提供一种用于滚动轴承的间隔器，该间隔器适于减少滚子的偏转(skewing)。
在一个实施方式中，一种用于包括内环、外环和布置于设在所述环上的滚道之间的至少一排角接触滚子的滚动轴承的间隔器，它包括两个具有适合于所述滚子的凹形轮廓的相对面。所述间隔器包括两个具有适合于所述滚子的凸形轮廓的相对面。每个面包括至少与相关滚子关联的接触表面，具有柱体部分的形状，所述接触表面的柱体部分的轴线会聚。
所述间隔器可包括轴向地限定相对面的相对的侧部凸缘，在相对面之间的间隔器的厚度从其中一个侧部凸缘到另一个侧部凸缘减少。
在一个实施方式中，间隔器的最小厚度tmin和最大厚度tmax由限定。
间隔器的最小厚度tmin可等于或大于5mm。
间隔器的最小厚度tmin可等于或大于相关滚子的直径的5％。
在一个实施方式中，每个面包括两个与相关滚子的接触表面和在所述接触表面之间延伸并且向外指向所述滚子的凹形凹部，每个所述面的柱体部分是同轴的。
间隔器还可包括适合与环的滚道接触的相对的内部部分和外部部分，凹部在所述内部和外部部分之间延伸。有利的是，所述凹部从内部部分延伸至外部部分。
在一个实施方式中，内部部分和外部部分各包括两个接触表面和布置它们之间的凹形凹部。所述面的凹部可从内部部分的凹部延伸至外部部分的凹部。有利的是，内部部分和外部部分的凹部从其中一个所述面延伸至另一个所述面。
每一个侧部凸缘可包括一个接触表面以及呈沟槽形式的凹部，所述沟槽形成在所述表面上。有利的是，每个侧部凸缘还包括位于接触表面两侧上的另外的凹部。
在一个实施方式中，间隔器还包括使得所述面连通的通孔。优选地，通孔在所述面的凹部上开口。
在一个实施方式中，间隔器由金属或聚合物材料成型为一件。
在本发明的另一方面，一种滚动轴承包括内环、外环、布置于设在环上的滚道之间的至少一排角接触滚子，以及多个周向地布置在滚子之间的间隔器。
在一个实施方式中，成排的接触滚子Zw的数量由限定并且四舍五入取较小的整数值，其中
dm对应于轴承螺纹中径，
dw对应于滚子的直径，并且，
tmed对应于一个间隔器在包括相关联滚子轴线的中平面上的中间厚度。
在另一个实施方式中，接触滚子Zw的数量小于并且四舍五入取较小的整数值，
在一个实施方式中，与一个间隔器相关的两个滚子的轴线之间形成的角α由限定。
如前所述的滚动轴承特别地可用作风轮机的轴承，包括保持安装有叶片的机舱的桅杆，特别是用来关于桅杆旋转机舱和/或围绕其纵轴线旋转/倾斜每个叶片。
附图说明
通过研究由非限制性实例给出的以及由以下附图图示的特定实施方式，将会更好地理解本发明及其优势，其中：
-图1是根据本发明实例所述的滚动轴承的半剖面，
-图2是根据另一剖面的图1的滚动轴承的半剖面。
-图3是图2的更大比例的局部剖面，
-图4是图1和2的滚动轴承的间隔器的透视图，
-图5是带有两个相关滚子的图4的间隔器的透视图，
-图6是图5的侧视图，以及，
-图7是沿图6的VII-VII的剖面图。
具体实施方式
图1和2所示的滚动轴承是大直径滚动轴承，包括内环1和外环2，两者之间装有两排斜向接触滚子或角接触滚子3a和3b。所述滚动轴承还包括周向地布置在滚子3a、3b之间的多个间隔器4，用以保持滚子之间的周向间隔。
内环1和外环2是同心的并且沿着滚动轴承的轴承旋转轴线(未示出)轴向延伸。环1、2是实心型。“实心环”应当理解为利用从金属管材料、棒材、粗锻和/或轧制坯料通过机加工切削材料(通过机加工、磨削)所得到的环。
滚子3a和3b彼此相同并且各包括外滚动表面和轴向限定滚动表面的相对的端部横向面。在所示实施方式中，滚动表面具有圆柱形轮廓。可替代的是，滚动表面可具有球形轮廓或对数轮廓。对于每一排，滚子的旋转轴线3’a、3’b会聚在位于轴承纵向轴线上的一个单个的点，并且与轴承轴线成确定的角度设置。在所示实施方式中，两排滚子的旋转轴线3’a、3’b彼此成90°布置，并且与轴承轴线大约成45°。每个滚子的旋转轴线3’a、3’b和轴承轴线之间的角度可包括例如20°到70°之间。
内环1具有圆柱形形状的钻孔1a，设计为固定于机器的底盘或结构(未示出)上并且由相对的径向侧部表面1b、1c限定界限。内环1也包括阶梯状外圆柱表面1d，第一和第二环形滚道5、6形成在该表面上。滚道5、6关于经过滚动轴承中心的横向的径向平面互相对称。每条滚道5、6从外圆柱形表面1d向内倾斜延伸并且具有截头圆锥体形状。每条滚道5、6的横截面具有与滚子3a、3b的滚动表面相接触的直的内部轮廓。
外环2包括由相对的径向侧部表面2b、2c所限定的外部圆柱形表面2a。外环2也包括具有圆柱形形状的阶梯状环形钻孔2d，第一和第二滚道7、8形成在该钻孔中。滚道7、8关于经过滚动轴承中心的径向平面互相对称。滚道7、8分别平行于滚道5、6。每条滚道7、8从钻孔2d向外倾斜延伸并且具有截头圆柱形形状。每个滚道7、8的横截面具有与滚子3a、3b的滚动表面相接触的直的内部轮廓。内环的滚道5、6和外环的滚道7、8互相面向彼此而同时关于滚子3a、3b的旋转轴线3’a、3’b对称。
内环1也包括环状导引面9、10，所述环状导引面9、10形成在外表面1d上并且可以关于旋转轴线3’a、3’b与滚子的端面形成轴向接触。导引面9、10关于经过滚动轴承中心的镜像平面互相对称。每个导引面9、10是直的、垂直于相应滚道5、6布置并且通过环状凹形圆角连接于所述滚道的小直径的边缘。每个导引面9、10从所述圆角向外倾斜延伸并且连接于内环的外表面1d。导引面9、10关于滚子的旋转轴线3’a、3’b径向延伸。每个导引面9、10和相关滚道5、6限定径向向外指向的V形沟槽。
外环2也包括导引面11、12，所述导引面11、12形成于钻孔2d中并且可以关于旋转轴线3’a、3’b与滚子3a、3b的相对的端面形成轴向接触。导引面11、12关于经过滚动轴承中心的径向平面互相对称。导引面11、12和导引面9、10彼此互相面对并且分别平行。每个导引面11、12是直的、垂直于相应滚道7、8布置并且通过环状凹形圆角连接于所述滚道的大直径的边缘。每个导引面11、12从所述圆角向内倾斜延伸并且连接于内环的钻孔2d。每个导引面11、12关于滚子的旋转轴线3’a、3’b径向延伸。每个导引面11、12和相关滚道7、8限定径向向内指向的V形沟槽。
内环的导引面9和滚道5与外环的导引面11和滚道7一起限定第一环状空间，成排的滚子3a被设置在所述第一环状空间内。布置在滚道5、7之间的每个滚子3a由导引面9、11侧向地保持到位，以防止所述滚子关于滚道偏转或倾斜。每个导引面9、11形成与滚子3a的相关端面具有直接接触表面的侧面，从而在滚子的端面和内外环1、2之间具有轻微的相对滑动。
类似地，内环的导引面106和滚道与外环的导引面12和滚道8一起限定第二环状空间，滚子3b排被布置在所述第二环状空间内。滚子3b关于导引面10、12的布置与前述的对于滚子3a和导引面9、11的布置相同。
间隔器4彼此相同并且各布置在每排两个连续的滚子3a、3b之间。间隔器4可由金属一体制成，例如黄铜。可替代地，间隔器4可由比如聚酰胺的聚合物材料通过例如模塑制成。
如图2至4所示，每个间隔器4包括与内环1和外环2的面向的滚道相接触的两个相对的内部部分和外部部分13、14，以及与所述环的相对的导引面相接触的两个相对的侧部凸缘15、16。每个间隔器4也包括两个相对的面17、18，适配用于接收两个连续的滚子。面17、18被侧部凸缘15、16关于所述滚子的旋转轴轴向地限定。面17、18由内部和外部部分13、14横向地限定。
如图3所示，对于成排的滚子3a，每个间隔器的内部和外部部分13、14与内部和外部滚道5、7接触并且侧部凸缘15、16与导引面9、11接触。滚道5、7和导引面9、11各形成与相关部分13、14或凸缘15、16具有直接接触表面的侧面，从而在每个间隔器4和环1、2之间具有轻微的相对滑动。为了限制间隔器4的感应摩擦力矩，在每个间隔器与环的滚道5、7以及导引面10、12之间的微小空隙是可预见的。间隔器4关于滚道6、8以及环的导引面10、12的对于成排的滚子3b的布置与对于成排的滚子3a的所述的布置相同。
如图3和4所示，每个间隔器的外部部分14包括抵靠外环2的相关滚道的两个相同且分开的平面接触表面14a、14b以及在两者之间延伸并且面对所述滚道而同时与后者保持间距的凹形的凹部14c。在所示实施方式中，凹部14c具有U形横截面。凹部14c从接触表面14a的纵向边缘横向地延伸至另一接触表面14b的面对的纵向边缘，并且从面17纵向地延伸至另一面18。
因为凹形的凹部14c，每个间隔器的外部部分14和相关的外环2的滚道之间的摩擦接触减少。另外，有利地，凹部14c作为润滑剂储存器，用于润滑外部部分的接触表面14a、14b、外环2的相关滚道以及滚子3a和3b的滚动表面，所述润滑剂从凹部直接会聚到所述接触和滚动表面以及所述滚道上。所用的润滑剂(未示出)可以例如是油脂或油。
由于每个间隔器的内部部分和外部部分13、14在所示实施方式中相同，因此这里仅描述其中一个，应当理解的是，前面使用的用于外部部分14的附图标记“a、b、c”也用于内部部分13的相同元件。出于相同的原因，仅描述侧部凸缘15、16的其中一个，应当理解的是，相同附图标记“a、b、c”被用于两个凸缘的相同元件。
侧部凸缘15包括抵靠内环的相关导引面的中央平面接触表面15a、面向所述环而同时与后者保持间距的两个相同的凹形的凹部15b、15c，以及设在接触表面15a上的沟槽15d。将两个凸缘15、16的接触表面15a、16a分开的距离基本上与滚子3a、3b的长度相等。
凹部15b从接触表面15a的第一边缘延伸至外部部分14的接触表面14b的纵向边缘，该边缘与连接于凹部14c的所述表面的纵向边缘相对。凹部15c从接触表面15a的第二相对的边缘延伸至接触表面13b的纵向边缘，该边缘与连接于凹部13c的所述表面的纵向边缘相对。凹部15b、15c从面17纵向地延伸至另一面18。将接触表面15a的两个边缘分开的距离基本上等于内环的相关导引面的长度。沟槽15d指向外并且面对所述导引面而同时与后者保持间距。沟槽15d从面17纵向地延伸至另一面18并且其横截面具有半圆形形状的凹形内轮廓。
如图3所示，对于滚子3a排，侧部凸缘15的接触表面15a与内环1的导引面9相接触，并且凹部15c面对着连接所述导引面和滚道5的凹形圆角而同时与所述圆角保持间距。凹部15b朝向内环的外表面1d定向。
由于凹形的凹部15c和凹形的沟槽15d，侧部凸缘15和内环1之间的摩擦接触减少。另外，凹部15b、15c和沟槽15d有利地作为润滑剂储存器，用于润滑接触表面15a、内环的导引面9和滚子的端面。润滑剂(未示出)从凹部15b、15c和沟槽15d直接出来至接触表面15a、导引面9以及滚子的端面上。
对于成排的滚子3a，侧部凸缘16的接触表面16a抵靠外环2的导引面11，凹部16b面对着连接所述导引面和滚道7的凹形的圆角而同时与所述圆角保持间距。凹部16c朝向外环的钻孔2d确定方向。凹部16b、16c和沟槽16d也作为装满润滑剂(未示出)的储存器。
因为在所示实施方式中每个间隔器的面17、18相同，所以这里仅描述其中一个，应当理解的是相同的附图标记“a、b、c”被用于两个面的相同元件。
如图4和5所示，面17包括两个相同并且分开的凹形的接触表面17a、17b，所述接触表面具有同轴圆柱部分形状以及与相关滚子3a的滚动表面的轮廓相对应的轮廓。正如后面所述的那样，接触表面17a、17b的圆柱部分的轴线不平行于接触表面18a、18b的圆柱部分的轴线。每个凹形的接触表面17a、17b的每个周向端部通过平的表面(未标记)延伸，所述平的表面连接于相关的平面接触表面13a、14a、13b、14b的横向边缘。面17还包括在所述接触表面之间延伸并且面对着滚子3a而同时与后者的滚动表面保持间距的凹形的凹部17c。在所示实施方式中凹部17c具有U形剖面。凹部17c从接触表面17a的纵向边缘横向地延伸至另一接触表面17b的面对的纵向边缘。凹部17c从内部部分13的凹部13c延伸至外部部分14的凹部14c。凹部17c和凹部14c的接合边缘关于外部部分14的接触表面14a、14b以及关于面17的接触表面17a、17b的周向端部向内偏移。类似地，凹部17c和凹部13c的面对的接合边缘关于内部部分13的接触表面13a、13b以及关于面17的接触表面17a、17b的周向端部向内偏移。
由于凹形的凹部17c，每个间隔器的面17和相关的滚子之间的摩擦接触减少。另外，凹部17c有利地作为润滑剂储存器，用于润滑所述面的凹形的接触表面17a、17b和滚子的滚动表面，所述润滑剂(未示出)从凹部17c直接出来至所述接触和滚动表面。另外，从凹部17c出来的润滑剂可通过离心作用向外移动并且到达外部部分14的平面接触表面14a、14b以及外环2的相关滚道。
每个间隔器4还包括在其厚度内部形成的通孔19，该通孔在面17、18上开口并且使所述面连通。在每个面上，通孔19在凹部17c、18c上以及接触表面17a、17b和18a、18b的面对的纵向边缘上开口。一些润滑剂(未示出)设置在通孔19内部，所述孔用作润滑剂储存器，用于润滑与每个间隔器相关的两个滚子的滚动表面以及相关的凹形接触表面。通孔19使所包含的润滑剂直接出现在每个滚子的滚动表面以及凹形的接触表面上。
然而，间隔器的侧部凸缘15的凹部15b至15d在面的相对的凹形接触表面17b、18b上开口。类似地，侧部凸缘16的凹部16b至16d在所述面的相对的凹形接触表面17a、18a上开口。因此，包含在上述凹部中的润滑剂也可以直接出现在面17、18的凹形接触表面上以及相关滚子的滚动表面和端面上。
对于每个间隔器4，在内部部分和外部部分13、14上以及侧部凸缘15、16上的凹槽的存在能够减少与环的摩擦接触并且具有封闭于滚子3a、3b以及封闭于环的滚道和导引面的可观的润滑剂存储。这样，每个间隔器4对于内环和外环的摩擦贡献减少了。但是，可替代地，也可能并不预见内部和外部部分13、14以及每个间隔器的侧部凸缘上的凹部，并且对于每一个所述部分和凸缘具有一个平面的表面。
然而，每个间隔器上凹部17c、18c的存在能够减少与滚子的摩擦接触并且具有封闭于凹形接触表面17a、17b和18a、18b以及所述滚子的滚动表面的可观的润滑剂存储。因而每个间隔器4关于滚子的摩擦贡献减少了。但是，可替代地，也可能并不预见凹部17c、18c或者通孔19。
每个间隔器4的总体结构通过凹部减轻了。实现了每个间隔器的重量减少。在所示实施方式中，每个间隔器4具有经过侧部凸缘的沟槽15d、16d并且平行于内部和外部部分13和14的平面接触表面的第一对称平面、经过凹部13c、14c并且垂直于第一平面的第二对称平面，以及经过凹部17c、18c并且并平行于侧部凸缘15和16的平面接触表面的第三对称平面。
如上所述，接触表面17a、17b的柱体部分(cylindersegments)的轴线和接触表面18a、18b的柱体部分的轴线会聚。如图7所示，与上述轴线同轴的滚子的旋转轴线3’a会聚。滚子的旋转轴线3’a向滚动轴承会聚。在相对面17、18之间的间隔器4的厚度从侧部凸缘15到另一侧部凸缘16逐渐地减少。有利的是，间隔器的最小厚度tmin等于或大于相关滚子的直径的5％。间隔器的最小厚度tmin可等于或大于5mm。间隔器的最小厚度tmin和间隔器的最大厚度tmax由限定。中间厚度Tmed由限定。
对于滚动轴承的每排接触滚子3a、3b，每排接触滚子Zw的数量由限定并且四舍五入取较小的整数值，其中
dm对应于轴承螺纹中径，即在滚动轴承旋转期间滚子的中心点跟随的圆的直径，
dw对应于滚子的直径，并且，
tmed对应于一个间隔器在包括相关联滚子轴线的中平面上的中间厚度。
与一个间隔器4相关的两个滚子的轴线3’a或3’b之间形成的以度数给出的角α由限定。由于在与相关间隔器4接触的滚子的两条轴线之间的角，滚动轴承在使用中所受的载荷的作用下所述滚子的偏转被阻止。
为了将滚子3a、3b和相关的间隔器4引入限定在内环1和外环2之间的第二环状空间中，所述外环包括两个填充孔(未示出)，该填充孔每一个从外圆柱形表面2a径向地延伸并且在由滚道和导引面所限定的环状空间的其中一个中开口。外环也包括两个关闭填充孔的塞子并且每一个包括分别局部地替换外环的滚道和导引面的两个平面的表面。
如图1和2所示，内环1和外环2分别还包括用于将两个环固定于机器的两部分的轴向孔20、21，其能够借助滚动轴承使其中一个关于另一个旋转。
滚动轴承还包括径向地定位在内环1和外环2之间的两个环状密封件22、23。所述环状密封件22轴向地安装在滚子3a和外环2的径向表面2b之间。密封件23轴向地定位在滚子3b和内环1的径向表面1c之间。密封件23与密封件22相同并且关于后者相对于经过滚动轴承中心的径向平面对称定位。封闭空间限定在环1、2和密封件22、23之间，滚子3a、3b装在该封闭空间中，从而保护元件不受污染。在未公开的实施方式中，密封件22和23具有总体为H形状的横截面。
虽然已经基于具有两排倾斜接触滚子的滚动轴承描述了本发明，但是应当理解的是本发明能够应用于具有单排滚子或具有至少三排滚子的滚动轴承。另外，在所示的实施例中，滚动轴承是O型轴承。可选的是，还可能预见的是X类型的滚动轴承。
此外，内环和/或外环在它们的外周上可包括传动齿，从而连接以驱动例如与发动机的输出轴连接的齿轮。在另一实施方式中，内环和/或外环可连接于千斤顶，例如液压或气压千斤顶。

Claims (14)

1.一种用于滚动轴承的间隔器，所述滚动轴承包括内环(1)、外环(2)和布置于设在所述环上的滚道(5,6,7,8)之间的至少一排角接触滚子(3a,3b)，其特征在于，所述间隔器包括两个具有适合于所述滚子的凹形轮廓的相对面(17,18)，每个面至少包括与相关滚子关联的两个接触表面(17a,17b,18a,18b)，具有同轴的柱体部分的形状，所述接触表面的柱体部分的轴线会聚，每个面还包括呈凹形的从其中一个接触表面的纵向边缘横向延伸到另一个接触表面的面对的纵向边缘的凹部(17c),并且所述凹部(17c)向外朝向所述滚子定向。
2.根据权利要求1所述的间隔器，包括限定相对面(17,18)的相对的侧部凸缘(15,16)，在相对面之间的间隔器的厚度从其中一个侧部凸缘到另一个侧部凸缘减少。
3.根据权利要求2所述的间隔器，其中间隔器的最小厚度tmin和最大厚度tmax由限定。
4.根据权利要求3所述的间隔器，其中间隔器的最小厚度tmin等于或大于滚子直径的5％。
5.根据权利要求1所述的间隔器，包括适合与环的滚道相接触的内部部分和外部部分(13,14)，凹部(17c)在所述内部部分和外部部分之间延伸。
6.根据权利要求5所述的间隔器，其中所述凹部(17c)从内部部分(13)延伸至外部部分(14)。
7.根据前述权利要求5或6所述的间隔器，其中内部部分和外部部分(13,14)各包括布置它们之间的凹形凹部(13c,14c)和两个接触表面(13a,13b,14a,14b)。
8.根据权利要求7所述的间隔器，其中所述面的凹部(17c)从内部部分的凹部(13c)延伸至外部部分的凹部(14c)。
9.根据前述权利要求1所述的间隔器,还包括使得所述面(17,18)连通的通孔(19)。
10.根据前述权利要求1所述的间隔器，其由金属或聚合物材料成型为一件。
11.一种滚动轴承,其包括内环(1)、外环(2)、布置于设在各环上的滚道(5,7)之间的至少一排角接触滚子(3a)，以及多个根据前述权利要求1至10中任一项所述的并且周向地布置在滚子之间的间隔器(4)。
12.根据权利要求11所述的滚动轴承，其中成排的角接触滚子的数量Zw等于或小于由限定的Zw并且四舍五入取较小的整数值，其中
dm对应于轴承螺纹中径，
dw对应于接触滚子的直径，并且，
tmed对应于一个间隔器在包括相关联滚子轴线的中平面上的中间厚度。
13.根据权利要求12所述的滚动轴承，其中，与一个间隔器相关的两个滚子的轴线(3’a)之间形成的角α由限定。
14.一种在包括桅杆的风轮机中根据权利要求11至13中的任一项所述的滚动轴承的使用，用来关于桅杆旋转机舱和/或围绕其纵轴线旋转/倾斜每个叶片，其中桅杆保持安装有叶片的机舱。
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