CN104314985B - 一种风电用满装球面滚子轴承 - Google Patents

Abstract

一种风电用满装球面滚子轴承，其零件包括内圈、外圈、滚子、保持架，内圈具有双滚道，外圈滚道为球面，滚子为对称球面滚子，其特征在于：保持架由优质冷轧钢板冲压而成，冲压保持架的轴向截面是由“7”型轮廓，包括滚子装配孔、工艺倒角、凸起平台、滚子安装槽等部位，并对其中的一些具体关键结构和参数进行了优化设计，并经过试验，其具有承载能力极高、使用寿命长、启动转矩小、能耗低、安全性高等优点。

Description

一种风电用满装球面滚子轴承

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其是涉及一种风电用满装球面滚子轴承结构型式。

背景技术

球面滚子轴承主要用在风电设备的主轴部位，风电机组主轴的作用是支撑轮毂及叶片，并为增速器传递转矩。主轴轴承主要承受径向力，要求具有良好的调心性能、抗振性能和运转平稳性，其一般采用带黄铜实体保持架的球面滚子轴承，如图1所示：由外圈1、内圈2、滚子3、黄铜实体保持架4组成。受结构设计原因，该设计的球面滚子轴承存在内圈挡边21位置有较大的应力集中、挡边位置易开裂、承受载荷能力小、启动转矩大等缺点。

发明内容

针对现有的风电用球面滚子轴承的缺点，本发明提供另一种风电用满装球面滚子轴承结构型式，该轴承为滚子引导型，通过整体结构的优化，尤其是保持架的整体优化，并配合内外圈以及滚子的优化设计，提高了承载能力、使用寿命和安全性，降低了启动转矩及能耗。

本发明的目的可采用如下技术方案来实现：一种风电用满装球面滚子轴承，其零件包括内圈、外圈、滚子、保持架，其中，内圈具有双滚道，外圈滚道为球面，滚子为对称球面滚子，其特征在于：保持架整体是由优质冷轧钢板冲压而成的，是一个整体结构，冲压保持架的轴向截面是由“7”型轮廓，保持架中具有滚子装配孔、工艺倒角、凸起平台、滚子安装槽等结构特征，首先，保持架中所述滚子装配孔的最宽处和轴承中心的连线与轴承径向截面的夹角等于公称接触角a，轴承运转时，外圈外径与箱体配合，内圈受到轮毂及叶片带来的的径向力，给位于轴承下部的滚子提供足够的摩擦力，当主轴有足够的扭矩时，带动球面滚子轴承的内圈旋转，由于摩擦力存在，此时滚子会沿其自身轴线进行旋转，滚子旋转时带动保持架一起旋转。

具体地，所述保持架内径分布圆远远小于滚子分布中心圆，且两者直径差值为0.5～0.7倍滚子直径(D)，最优的直径差值为0.6倍滚子直径，保持架小端内径沿公称接触角a倾斜线法线方向向轴承内侧延伸成锥筒状，然后，沿滚子内侧端面方向向外延伸至滚子回转中心圆外0.2～0.3倍滚子直径(D)处，最优是滚子回转中心圆外0.25倍滚子直径处，最后，向滚子外侧方向折弯，折弯后的保持架外径与滚子回转轴线平行，折弯后延伸至0.3～0.4倍滚子高度处，最优是0.35倍滚子高度处。保持架外径沿周向均匀设有若干“m”型滚子安装槽，相邻的所述“m”型滚子安装槽之间的横梁间距为0.8～0.9倍的滚子直径(D)，最优是0.86倍的滚子直径。滚子安装槽内侧中部设有与滚子内侧端面配合的凸起平点。相对应地，在每个“m”型滚子安装槽径向内侧的锥筒状的保持架上均匀设有若干滚子装配孔，滚子装配孔和滚子滚动面配合处的形状为与滚子滚动面圆弧一致的R轮廓，滚子装配孔与滚子两侧端面配合的形状为与公称接触角a倾斜线平行的平面。其中，R轮廓为轴承专用术语，代表的是球面轮廓。

公称接触角a是滚动体与套圈滚道接触点和轴承中心组成的连线，与轴承径向平面之间的夹角。a越大，轴承承受轴向载荷的能力就越大。

所述滚子为对称球面滚子，滚子内侧端面设置有SR球面，其SR半径取值在3.5～4倍的滚动面R值之间，最优选择3.8倍的滚动面R值；滚子外侧端面设置有圆形凹坑，凹坑深度为0.05～0.20mm，最优为0.10mm，凹坑直径为0.55～0.65倍的滚子端面直径，最优选择0.625倍的滚子端面直径。

其中SR球面是轴承领域一常用术语，是指以球心为顶点在球的表面切割等于球半径平方的面积所对应的的立体角为一球面弧度。

本发明的优势以及有益效果将在实施例部分结合构造进行进一步的阐述。

附图说明

附图1为传统的带黄铜实体保持架的球面滚子轴承结构示意图。

附图2为本发明的满装球面滚子轴承结构示意图。

附图3为本发明的滚子示意图。

附图4为本发明保持架的轴向截面示意图。

附图5为本发明保持架的立体图。

图中：1外圈，2内圈，21内圈挡边，3滚子，31SR球面，32圆形凹坑，33滚子滚动面，34滚子回转轴线，D1保持架内径分布圆，D2滚子分布中心圆，4保持架，41滚子装配孔，41’横梁，42R轮廓，43工艺倒角，44保持架小端内径，45保持架外径，46保持架内侧平面，47保持架外侧平面，48凸起平点，49滚子安装槽。

具体实施方式

结合附图，说明本发明的具体实施例。

如附图2所示：本发明轴承其零件包括外圈1、内圈2、滚子3、保持架4。

如附图2至附图5所示：保持架4的轴向截面为“7”型轮廓，一体式冲压成型，保持架内径分布圆D1远远小于滚子分布中心圆D2，其直径差值(D2-D1)为0.5～0.7倍滚子直径，最优的直径差值为0.6倍滚子直径。保持架小端内径44沿公称接触角a倾斜线法线方向向轴承内侧延伸成锥筒状，然后，沿滚子3内侧端面方向向外延伸至滚子回转轴线34外0.2～0.3倍滚子直径(D)处，最优是滚子回转轴线34外0.25倍滚子直径处，最后，向滚子外侧方向折弯，折弯后的保持架外径45与滚子回转轴线34平行，折弯后延伸至0.3～0.4倍滚子高度处，最优是0.35倍滚子高度处。保持架外径45沿周向均匀设有若干“m”型滚子安装槽49，其相邻的横梁间距为0.797～0.913倍的滚子直径(D)，最优是0.863倍的滚子直径。滚子安装槽49内侧中部设有与滚子内侧端面配合的凸起平点48，用于与滚子内侧端面的SR球面配合。相对应地，在每个“m”型滚子安装槽49的径向内侧，即沿保持架小端内径44围成的锥筒上均匀设有若干滚子装配孔41，且“m”型滚子安装槽49和滚子装配孔41在数量和位置上一一对应，滚子装配孔41和滚子滚动面33配合处的形状为与滚子滚动面33圆弧一致的R轮廓42的形状，可以方便滚子自保持架的外侧装入，与滚子3两侧端面配合的形状为与公称接触角a倾斜线平行的平面。滚子3由保持架滚子安装槽49外侧装入保持架装配孔41内。为减小交点处的应力集中，滚子装配孔四个倒角位置设置工艺倒角43。为了可成对装配保持架4，保持架内侧平面46设计为竖向平面，保持架内侧平面46由保持架4向外折弯成形后车加工而成。由于保持架内径分布圆D1直径远远小于滚子分布中心圆D2，使得相同滚子数量时保持架两滚子装配孔之间的横梁41’的梁宽比现有的带黄铜实体保持架设计的球面滚子轴承梁宽宽很多，因此可在原设计的基础上(在横梁梁宽一致的情况下)每列增加2到4颗滚子，可在保持架的强度不降低的前提下，达到满装滚子状态，可使轴承的载荷数值提高11％～22％。

如附图3所示：滚子3为对称球面滚子，为了优化保持架凸起平台48与滚子内侧端面的接触状态，利于润滑油膜的形成并减小启动转矩，滚子内侧端面设置有SR球面，其SR半径取值在3.5～4倍的滚动面33R值之间，最优选择3.8倍的滚动面33R值；滚子外侧端面设置有圆形凹坑32，凹坑深度为0.05～0.20mm，最优为0.10mm，凹坑直径为0.55～0.65倍的滚子端面直径，最优选择0.625倍的滚子端面直径。其中，SR和R在图3中有所表示。

由上面结构可以看出，本发明设计的保持架4采用“7”型轮廓设计，其内径分布圆D1远远小于滚子分布中心圆D2，使得相同滚子3数量时保持架两滚子装配孔之间横梁41’的梁宽较传统设计的带黄铜保持架的球面滚子轴承梁宽要宽很多，可以在保持架板厚和强度不变的情况下增加2到4颗滚子，达到满装滚子状态，使轴承的载荷数值得到极大提高，额定寿命明显增加；保持架中的滚子装配孔41与滚子的滚动面33配合处的的形状为R轮廓42，方便滚子3由保持架外侧装入滚子装配孔41；滚子装配孔41四个交点位置设置工艺倒角43，避免在交点处产生应力集中；通过滚子内侧端面SR球面31和外侧端面圆形凹坑32的优化设置，使得保持架与滚子端面之间的润滑油膜更加易于形成，润滑性能提高，并极大地降低了启动转矩，减少了风电机组的能量损耗；取消传统设计的内圈挡边21，避免该处可能产生的应力集中以及挡边破裂隐患。综上所述，本发明具有承载能力极高、使用寿命长、启动转矩小、能耗低、安全性高等优点。

Claims (3)

1.一种风电用满装球面滚子轴承，其零件包括内圈、外圈、滚子、保持架，内圈具有双滚道，外圈滚道为球面，其特征在于：保持架由优质冷轧钢板冲压而成，所述保持架的轴向截面是 “7”型轮廓，所述保持架内径分布圆小于滚子分布中心圆，且两者直径差值为0.6倍滚子直径（D），所述保持架小端内径沿公称接触角a倾斜线法线方向向轴承内侧延伸成锥筒状，然后，所述保持架沿滚子内侧端面方向向外延伸至滚子回转中心圆外0.25倍滚子直径（D）处，最后，所述保持架向滚子外侧方向折弯，折弯后的保持架外径与滚子回转轴线平行，折弯后延伸至0.35倍滚子高度（H）处，所述保持架外径沿周向均匀设有若干“m”型滚子安装槽，相邻的所述“m”型滚子安装槽之间的横梁间距为0.86倍的滚子直径（D），所述“m”型滚子安装槽内侧中部设有与滚子内侧端面配合的凸起平点，相对应地，在每个“m”型滚子安装槽内侧的锥筒状的保持架上均匀设有若干滚子装配孔，所述滚子装配孔的最宽处和轴承中心的连线与轴承径向截面的夹角等于公称接触角a，所述滚子装配孔和滚子滚动面配合处的形状为与滚子滚动面圆弧一致的R轮廓，所述滚子装配孔与所述滚子两侧端面配合的形状为与公称接触角a倾斜线平行的平面；所述滚子为对称球面滚子，所述滚子内侧端面设置有SR球面，其SR半径取值在3.5～4倍的滚动面R值之间，所述滚子外侧端面设置有圆形凹坑，所述凹坑深度为0.05 mm ～0.20mm，所述凹坑直径为0.55～0.65倍的滚子端面直径。

2.根据权利要求1所述的一种风电用满装球面滚子轴承，其特征是，所述SR半径取值为3.8倍的滚动面R值。

3.根据权利要求1所述的一种风电用满装球面滚子轴承，其特征是，所述凹坑深度为0.10mm，凹坑直径为0.625倍的滚子端面直径。