CN104254698A - 轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承装置(10)，其包括：一滚动轴承(1)，其中所述滚动轴承(1)包括一内圈(3)，一外圈(2)以及介于所述内圈(3)与外圈(2)之间的各滚动元件(4)，此外，所述轴承(1)还包括用于保持和分离各滚动元件(4)的一保持架(5)，并且其中所述内圈(3)呈现一内部圆周表面(31)；呈现一轴(9)，其中所述滚动轴承(1)通过所述内圈(3)的内部圆周表面(31)安装在所述轴(9)上。在操作期间，所述轴(9)在其轴向方向会发生振动，或轴(9)被置于为(90-y)度的角度α，其中y介于0到89之间，或在操作期间，各滚动元件(4)被施加一轴向力F，并且所述保持架(5)呈现装置(6)，其用于轴向引导各滚动元件(4)抵靠所述内圈(3)，外圈(2)或位于所述滚动轴承(1)外侧的一分离元件(7)中的至少一个。另外，本发明还涉及一种风力涡轮机主轴装置。

Description

轴承装置
技术领域
根据第一方面，本发明涉及一种轴承装置。
根据第二方面，本发明涉及一种风力涡轮机主轴装置。
背景技术
轴承用于支撑旋转轴并且用以承受径向和/或轴向载荷，如滚动轴承。
轴承被使用在许多应用中，例如在汽车工业中，在工业应用中如风力涡轮机，造纸厂，钢铁制造工业等等。
本发明的发明人发现在不同的应用中涉及不同的轴承装置。所显示的这些关系例如由轴承中的保持架引起。处于卸载区域的一轴承中的滚动元件可受到保持架的负面影响。各滚子或滚珠可例如被保持架阻碍，当其在卸载区域，这将导致滚子/滚珠滑动。滚子/滚珠滑动应当被避免，因为当所述滑动非常大时，各滚动元件和轴承滚道之间所需的润滑膜被破坏甚至消失。这可导致使用寿命的减短。对于各滚子元件在其卸载区域出现的另一个效果是例如由保持架引起的滚子歪斜，这将导致轴承中的摩擦增加，增加保持架上不需要的力或者增加轴承组件的磨损。对于各滚动元件在其卸载区域出现的还一效果是各滚动元件在其轴向方向移动，这将导致噪音以及在各滚动元件和各滚道表面的损害。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的至少一个问题。
根据第一方面，通过一种轴承装置实现所述目的，其中所述轴承装置包括一滚动轴承，其中所述滚动轴承包括一内圈，一外圈，以及介于所述内圈与外圈之间的各滚动元件，用于保持和分离各滚动元件的保持架，并且其中所述的内圈呈现一内部圆周表面。此外，所述轴承装置包括一轴，其中所述滚动轴承通过内圈的内部圆周表面安装在所述轴上，并且，其中在操作期间所述轴在其轴向方向发生振动，或者，其中所述轴被放置在为(90-y)度的一角度α，其中y介于0到89之间，或者，其中在操作期间所述各滚动元件被施加一轴向力F，并且，其中所述保持架呈现的装置用于轴向引导个滚动元件抵靠在所述内圈、外圈或一位于所述滚动轴承外侧的分离元件中的至少一个。所述角度α是相对于水平线的一角度。
由于此设计，当所述轴承操作期间在各滚动元件承载及卸载区域，各滚动元件将被轴向引导并且保持各滚动元件在其所在位置。本发明的发明人发现的是，当各滚动元件的尺寸以及因此其重量增加时，通过保持架引导各滚动元件轴向抵靠所述轴承圈之一是尤其有利的。尤其是，如果所述轴承被安装在非水平轴上或当各滚动元件被施加轴向力的情况下，发现用于引导各滚动元件在其承载及卸载情况下以某一方式保持他们在所在位置是必须的。在一可替换实施例中，一分离元件例如一圈，可被用作所述保持架的一相应的引导元件。所述圈可例如被放置在轴承的轴向外侧。作用在所述各滚动元件上的所述轴向力F是这样级别的在一实施例中，例如使各滚动元件倾向于在一轴向方向移动。
在此文中，词“轴向”和“径向”被使用。如果没有阐明与本发明所呈现的实施例的任一项有不同，其涉及所述轴承装置，滚动轴承以及轴的几何结构。轴向意味沿一假想线的方向，此假想线相交于保持架、滚动轴承以及轴的中心点，并且其垂直于所述轴承和保持架的径向方向。径向意味着所述轴承及保持架的径向方向，其起点始于所述轴承和保持架的中心点。
所述轴承装置的一实施例中，所述滚动轴承是一滚子轴承。在另一实施例中，所述滚动轴承是环形滚子轴承、圆锥滚子轴承，球面滚子轴承、球面滚子推力轴承或者圆柱滚子轴承中的任一种。所述滚子轴承也可以是滚珠轴承中的任一种。
所述轴承装置的另一实施例中，所述滚动轴承是非定位轴承。如果轴承装置包括第二轴承，一个轴承可是定位轴承并且另一个可为非定位轴承。定位轴承是这样一种轴承，其定位并且固定于轴的轴向位置；其中非定位轴承为这样一种轴承，其主要或者仅承受径向力。非定位轴承可例如为这样一种轴承，其轴承各圈能够相对彼此轴向移动；但是其也可以为这样一种轴承，其以某种方式固定在轴上以使其能够移动并且在轴上轴向位移。因此，在上述所述的情况下，例如，当轴向力作用在各滚动元件时，当轴是非水平或当呈现所述轴的轴向振动时，非定位轴承具有一带有装置的保持架是有利的，此装置能够引导各滚动元件轴向抵靠内圈、外圈或者分离元件。
所述轴承装置的另一实施例中，所述滚动轴承是具有至少500mm的外径的大型滚动轴承。本发明的发明人发现，所述滚动轴承的尺寸并且因此其重量增加导致引导各滚动元件轴向抵靠所述轴承各圈之一或抵靠位于所述轴承外侧的一分离元件的需求增加。尤其是当所述轴承被安装在一非水平的车轴上时，其将引起的是，在各滚动元件上的重力将导致一轴向力矢量，以及不仅仅是一个径向力矢量。
所述轴承装置的一实施例中，所述装置是在保持架上朝着所述外圈、内圈或者分离元件中至少一个在径向方向延伸的至少一个部件。
所述轴承装置的一实施例中，所述外圈、内圈或分离元件中的至少一个呈现在所述外圈、内圈或分离元件的圆周方向延伸的至少一个表面，其中所述表面意味着能够容纳所述装置以轴向引导各滚动元件。在另一实施例中，所述的至少一个表面定位于所述内圈和/或外圈的至少一个轴向端部。
在另一实施例中，所述至少一个表面在其轴向延伸是倾斜的、台阶的、凹陷的或凸起的。所述表面将有任何一种形状，此形状能够产生作用在所述装置上的一轴向反作用力成分用于轴向引导轴承中的各滚动元件。
在一实施例中，所述轴承装置被使用在用于海洋船舶的一吊舱推进系统中。在另一实施例中，用于海洋船舶的一吊舱推进装置被呈现，其中包括根据上述任一实施例中所述的轴承装置。
根据本发明的第二方面，通过一种风力涡轮主轴装置实现所述目的，其中所述风力涡轮包括根据上述任一实施例所述的轴承装置，在轴的第一位置可旋转连接至轴的一发电机，以及在轴的第二位置连接至轴的用于吸收风能的装置。所述装置优选的是连接至所述轴用于吸收风能的至少一个转子叶片。所述滚动轴承定位于第一位置与第二位置之间的轴上，并且所述轴位于与所述风力涡轮机的水平线成(90-y)度的角α，其中y介于0到89之间。
本发明的发明人已经实现的是，操作期间，在风力涡轮机中的轴承，例如主轴承，有轴向引导各滚动元件抵靠轴承的各圈之一或抵靠一分离元件的优点。换句话说，所述保持架不是滚子/滚珠居中而是圈居中，滚子/滚珠居中是常见的情况。由于大多被设计的风力涡轮机例如风力涡轮机的主轴定位于非水平位置的事实，此设计是有利的。所述主轴有此配置因为风力涡轮机的转子叶片是从风力涡轮机的塔架向外一个角度，以避免转子的叶片与所述塔架碰撞。当各滚动元件在承载及卸载情况下，由于各滚动元件由通过所述轴承的各圈，或一外部分离圈的保持架轴向引导，导致所述轴承的各滚动元件保持在轴承的中心位置。因此，尤其在各滚动元件卸载的情况下，例如滚动摩擦最小化，减小滚子歪斜并且预防各滚动元件过度的轴向位移。
本发明对于需要大型轴承的大型风力涡轮机是特别有利的，因为增加各滚动元件的重量将增加各滚动元件在其卸载区域的轴向位移的风险。在一实施例中，大型滚动轴承是其外径大于500mm的轴承。
在一实施例中，风力涡轮机轴被垂直的安装。风力涡轮机设计为具有带转子叶片的一垂直轴。
应当注意的是第一方面的所有实施例适用于第二方面的所有实施例，反之亦然。
风力涡轮机的一实施例中，所述轴置于与风力涡轮机的水平线成一角度α，其是1度，2度，3度，4度，5度，6度，7度，8度，9度或10度中的任一角度，或者介于这些角度之间的任一角度。
在另一实施例中，第二滚动轴承定位于第一位置和第二位置之间，距第一滚动轴承一定位置。此轴承可例如是一定位或者非定位轴承。定位轴承能够承受来自转子轴的轴向力。
在另一实施例中，仅一个滚动轴承位于风力涡轮机的主轴上。在这种情况下，所述轴承能够承受轴向和径向载荷。例如，所述轴承可以是还包括集成在轴承中的一附加滚子排的环形滚子轴承，其能够承受轴向力。所述附加排能够例如是位于两轴承圈之一与附件第三轴承圈之间。
在一实施例中，用于轴向引导轴承的各滚动元件的装置定位于所述轴承的一轴向侧面。更明确的是，在一实施例中，作为非水平轴的结果，所述装置位于轴承的轴向侧面，其定位于比轴承另一轴向侧面更高的一垂直的位置。
本发明的另一实施例中，齿轮箱定位于轴和发电机之间。一个或更多轴承可被集成在所述齿轮箱中。此外，此轴承可配置成承受轴向以及径向力，例如是在主轴上的一定位轴承。
附图说明
下面，将更加详细的描述多个优选实施例的具体实施方式。应当注意的是，附图未按比例绘制，并且在一些情况下，特别的细节已被放大以更好地理解本发明。此外，本发明的权利要求不被所描述及示出的实施例所限制，并且在权利要求书范围内本领域的技术人员可作出修改。
图1是根据本发明的轴承装置的示例的示意性截面图。
图2是根据本发明的另一轴承装置的示例的示意性截面图。
图3是根据本发明的风力涡轮机主轴装置的一实施例的示意性截面图。
图4是根据本发明的位于风力涡轮机的吊舱中的风力涡轮机主轴装置的示意性截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的轴承装置10的实施例的示意性截面图。所述剖面图是沿轴承1的轴线的横截面图。轴承装置10包括滚动轴承1。如图所示的实施例中，所述滚动轴承1是一环形滚子轴承。但是，所述轴承也可为其他任一类型的滚动轴承，如滚珠轴承，球面滚子轴承，圆锥滚子轴承，圆柱滚子轴承，球面推力滚子轴承等。众所周知环形滚子轴承能有用于内圈及外圈相对彼此的轴向及角位移。此功能在许多应用中是有利的，例如在风力涡轮机，造纸厂，钢铁制造工业中等等。环形滚子轴承的设计中滚道的及滚子的半径的弯曲轮廓基本大于从中心轴线到每个滚道的中心的距离，这导致了此功能。所述滚动轴承1包括一外圈2，一内圈3，及介于所述外圈2和内圈3之间的多个滚动元件4，用于从彼此间保持及分离各滚动元件4的保持架5，保持架呈现装置6，其用于轴向引导各滚动元件4抵靠在轴承1的内圈3上。在此实施例中所述装置6是保持架5的一部件6，其朝着内圈3的表面8径向延伸。此外，在此实施例中所述表面8是一倾斜表面。如图所示，所述部件6定位在外圈2外侧的轴向位置。应当被认识到的是，部件6在其他实施例中也可放置在内圈3轴向宽度的轴向内侧的位置。所述表面8将是这样的形状，例如当部件6与表面8接触时，其能够向保持架5的部件6作用一轴向反力。所述表面8也可被定位于其他位置，例如在外圈2和/或在轴承1的其他轴向侧面上。此外，本实施例示出了一个部件6，当然保持架5可具有多个部件6，其直接朝向外圈2并且也可在轴承1的其他轴向侧面上。轴承装置10还包括一轴9。如图所示，所述轴9放置在与水平线成α角度的位置。由于轴承1被安装在非水平轴9上，各滚动元件4将倾向于轴向移动尤其是在各滚动元件的卸载区域。由于保持架的部件6轴向引导各滚动元件4抵靠内圈3，甚至在卸载区域各滚动元件均将保持在中心位置。具有此设计的轴承的其他有利的示例是在所述轴在轴向方向发生振动并且轴向力作用在各滚动元件时，其中所述力足够大以至能够使各滚动元件轴向位移。
图2示出了根据本发明的轴承装置10的另一实施例的示意性截面图。所述剖面图是沿轴承1的轴线的横截面图。所述轴承装置10包括一滚动轴承1。在此实施例中，所述滚动轴承1是一环形滚子轴承。但是，所述轴承也可为其他任一类型的滚动轴承，如滚珠轴承，球面滚子轴承，圆锥滚子轴承，圆柱滚子轴承，球面推力滚子轴承等。所述滚动轴承1包括一外圈2，一内圈3，及介于所述外圈2和内圈3之间的多个滚动元件4，用于从彼此间保持及分离各滚动元件4的保持架5。保持架呈现一装置6，其用于轴向引导各滚动元件4抵靠所述轴承1的分离圈7。所述分离圈7被安装在轴9上并且其位于贴近内圈3的位置。在此实施例中所述装置6是保持架5的一部件6，其朝着分离圈7的表面8径向延伸。此外，在此实施例中所述表面8是一倾斜表面。所述表面8将是这样的形状，例如当部件6与表面8接触时，其能够向保持架5的部件6作用一轴向反力。所述圈7也可以定位于其他位置，例如在轴承1的其他轴向侧面，其还可定位于贴近外圈2的位置。此外，围绕轴承1可是多个圈7。此外，本实施例示出了一个部件6，当然保持架5可具有多个部件6，其直接朝向外圈2并且也可在轴承1的其他轴向侧面上。如图所示，所述部件6被定位于外圈2外侧的轴向位置。应当被认识到的是，部件6在其他实施例中也可放置在内圈3轴向宽度的轴向内侧的位置。轴承装置10还包括一轴9。如图所示，所述轴9放置在与水平线成α角度的位置。由于轴承1被安装在非水平轴9上，各滚动元件4将倾向于轴向移动尤其是在各滚动元件的卸载区域。由于保持架的部件6轴向引导各滚动元件4抵靠内圈3，甚至在卸载区域，各滚动元件均将保持在中心位置。具有此设计的轴承的其他有利的示例是在所述轴在轴向方向发生振动并且轴向力作用在各滚动元件时，其中所述力足够大以至能够使各滚动元件轴向位移。
图3示出了根据本发明的风力涡轮机主轴装置100的实施例的示意性截面图。所述剖面图是沿所述主轴装置100的轴线的横截面图。所述风力涡轮机主轴100包括一轴承装置10，转子叶片120，及一发电机110。此外，所述风力涡轮机主轴装置通常还包括位于主轴9及发电机110之间的齿轮箱(未示出)。所述主轴9传递转子叶片的旋转至所述发电机110以使旋转动能转化为电。所述轴承装置10包括第一滚动轴承1以及第二滚动轴承300，其用于支撑主轴9，并且其中所述轴承1及轴承300被安装在风力涡轮机的吊舱(未示出)中。所述滚动轴承1包括一外圈2，一内圈3，及介于所述外圈2和内圈3之间的多个滚动元件4，用于从彼此间保持及分离各滚动元件4的保持架5。保持架呈现一装置6，其用于轴向引导各滚动元件4抵靠所述轴承1的内圈3。在此实施例中所述装置6是保持架5的一部件6，其朝着内圈3的表面8径向延伸。此外，在此实施例中所述表面8是一倾斜表面。所述表面8将是这样的形状，例如当部件6与表面8接触时，其能够向保持架5的部件6作用一轴向反力。所述滚动轴承1在此实施例中是一环形滚子轴承，但是也可使用如上述描述的其他任一类型的轴承。在此实施例中所述的另一轴承300优选的为一定位轴承，其能够承受径向和轴向载荷。例如，所述轴承300可为一球面滚子轴承。轴承1及轴承300位于彼此之间具有一定距离。在一实施例中，所述轴承1及轴承300彼此之间的距离基本上为0。在另一实施例中，所述轴承1及轴承300被集成在彼此之间。在其他的另一实施例中，仅一个轴承支撑轴，其中此轴承呈现一部件6用于轴向引导各滚动元件4抵靠在内圈3、外圈2或分离圈中的至少一个。在其他的一实施例中，第二轴承300集成在齿轮箱(未示出)内。在其他的另一实施例中，所述滚动轴承1被集成在风力涡轮机的齿轮箱中。所述风力涡轮机主轴装置100位于非水平位置，其显示为如图所述的角度α。像这样布置主轴9是非常寻常的，其目的是避免转子的叶片120与风力涡轮机的塔架(未示出)碰撞。
图4示出了根据本发明的在风力涡轮机中的风力涡轮机主轴装置100的实施例的示意性截面图。所述剖面图是沿所述主轴装置100的轴线的横截面图。所述风力涡轮机主轴100包括一轴承装置10，通过毂(未示出)连接至主轴的转子叶片120，及一发电机110。此外，所述风力涡轮机主轴装置通常还包括位于主轴9及发电机110之间的齿轮箱(未示出)。所述主轴9传递转子叶片的旋转至所述发电机110以使旋转动能转化为电。所述轴承装置10包括第一滚动轴承1以及第二滚动轴承300，其用于支撑主轴9，并且其中所述轴承1及轴承300被安装在风力涡轮机的吊舱400中。此外，所述吊舱400通过塔架500定位和支撑。所述滚动轴承1设计为上述实施例中滚动轴承1的任一种。另一轴承300在此实施例中优选为一定位轴承，其能够承受径向及轴向载荷。例如，所述轴承300可以是球面滚子轴承。风力涡轮机主轴装置100被定位在吊舱400中的非水平位置，其显示为如图所示的角度α。所述角度α可以为例如1度，2度，3度，4度，5度，6度，7度，8度，9度，10度中的任一角度或者为介于这些角度之间的任何角度。像这样布置主轴9是非常寻常的，其目的是避免转子的叶片120与风力涡轮机的塔架500碰撞。

Claims (13)

1.一种轴承装置(10)，包括：
滚动轴承(1)，其中所述滚动轴承(1)包括内圈(3)、外圈(2)以及介于所述内圈(3)与外圈(2)之间的滚动元件(4)、用于保持和分离所述滚动元件(4)的保持架(5)，并且其中所述内圈(3)呈现出内部圆周表面(31)，
轴(9)，其中所述滚动轴承(1)通过所述内圈(3)的所述内部圆周表面(31)安装在所述轴(9)上，
其特征在于，
在操作期间，所述轴(9)在其轴向方向会发生振动，或
所述轴(9)被置于为(90-y)度的角度α，其中y介于0到89之间，或
在操作期间，所述滚动元件(4)被施加轴向力F，并且
其中所述保持架(5)呈现出装置(6)，其用于轴向引导所述滚动元件(4)抵靠所述内圈(3)、所述外圈(2)或位于所述滚动轴承(1)外侧的分离元件(7)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的轴承装置(10)，
其中所述滚动轴承(1)是滚子轴承。
3.根据权利要求2所述的轴承装置(10)，
其中所述滚子轴承(1)是环形滚子轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承或者圆柱滚子轴承中的任一种。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(10)，
其中所述滚动轴承(1)是非定位轴承。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(10)，
其中所述滚动轴承(1)是具有至少500mm的外径的大型滚动轴承。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(10)，
其中所述装置(6)是在所述保持架(5)上的至少一个部件(6)，其朝着所述外圈(2)、内圈(3)或分离元件(7)中的至少一个在径向方向上延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(10)，
其中所述外圈(2)、内圈(3)或分离元件(7)中的至少一个呈现在所述外圈(2)、内圈(3)或分离元件(7)的圆周方向上延伸的至少一个表面(8)，其中所述表面(8)意味着能够容纳所述装置(6)以因此轴向引导所述滚动元件(4)。
8.根据权利要求7所述的轴承装置(10)，
其中所述至少一个表面(8)定位于所述内圈(3)和/或外圈(2)的至少一个轴向端部。
9.根据权利要求7或8所述的轴承装置(10)，
其中所述至少一个表面(8)在其轴向延伸上是：
倾斜的、台阶的、凹陷的或凸起的。
10.一种风力涡轮机主轴装置(100)，包括：
根据前述权利要求中任一项的轴承装置(10)，
发电机(110)，其在轴(9)的第一位置可旋转地连接至所述轴(9)，
用于吸收风能的装置(120)，其在所述轴(9)的第二位置连接至所述轴(9)，
其中所述滚动轴承(1)定位于介于第一位置与第二位置之间的轴(9)上，并且
其中所述轴(9)置于与风力涡轮机的水平线(200)成(90-y)度的角度α，其中y介于0到89之间。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机主轴装置(100)，
其中所述轴(9)设置成的角度α为下述角度中任一个：
与风力涡轮机的水平线(200)成1度，2度，3度，4度，5度，6度或7度或介于这些角度之间的任一角度。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的风力涡轮机主轴装置(100)，
其中第二滚动轴承(300)定位于所述第一位置和所述第二位置之间，距第一滚动轴承(1)有一定距离的位置。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮机主轴装置(100)，
其中所述第二滚动轴承(300)是能够承受轴向力的定位轴承。
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