CN104912922B - 具有两个同心部分和位于所述部分之间的轴承的组件 - Google Patents

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Abstract

一种具有两个同心部分和位于这两个部分之间的轴承的组件设置有内轴承环、外轴承环、轴向滚子和径向滚子。轴承环中的第一轴承环附接两个同心部分中的第一同心部分，两个同心部分中的第二同心部分在接合部位处连接至轴承环中的第二轴承环。第二同心部分具有载荷支撑构件，其在接合部位处连接至第二轴承环，其中第二同心部分还包括载荷传递构件，其用于将其中的轴向载荷传递给载荷支撑构件，以及第二同心部分在至少一个接合位置处间接地或直接地接合第二轴承环，以及其中至少一个接合位置相对于接合部位定位成在至少一个接合位置处和接合部位处被引入到第二轴承环的径向载荷的合量贯穿径向滚子延伸，而不会围绕径向滚子引起力矩。

Description

具有两个同心部分和位于所述部分之间的轴承的组件
技术领域
本发明涉及一种具有两个同心部分和位于所述两个同心部分之间的轴承的组件，所述轴承用于允许两个同心部分之间绕竖直旋转轴线相对旋转，其中所述轴承包括内轴承环、外轴承环、轴向滚子和径向滚子，所述轴向滚子用于在内轴承环与外轴承环之间传送平行于竖直旋转轴线的轴向载荷，所述径向滚子用于在内轴承环与外轴承环之间传送在朝着或远离竖直旋转轴线的方向上的径向载荷，其中，所述轴承环中的第一轴承环以最大限度地限制其径向扭曲的方式附接至所述两个同心部分中的第一同心部分，以及其中，所述两个同心部分中的第二同心部分在接合部位处连接至所述轴承环的第二轴承环。
背景技术
应当注意，在本文中，表述“径向扭曲”用来表示轴承环的横向横截面的旋转或变形(其中，轴承环的横向横截面是位于贯穿竖直旋转轴线延伸的垂直平面中的横截面)。在轴承中，当这种径向扭曲发生在仅一个所述轴承环或者不同程度地发生在两个轴承环时可能特别不利。
在理想情形下，载荷状况应当使得轴承环之间的轴向载荷贯穿轴向滚子延伸，而不会围绕所述轴向滚子引起力矩，以及使得轴承环之间的径向载荷贯穿径向滚子延伸，而不会围绕所述径向滚子引起力矩。因此，在这样的理想情形下，几乎不会导致轴承环之间的任何径向扭曲。但是，上述类型的现有技术组件的情形不是这种理想情形。因为第二同心部分在接合部位处连接至第二轴承环，所以轴向载荷和径向载荷将在所述接合部位处并穿过所述接合部位传送至第二轴承环。通常，在现有技术中，接合部位限定在第二同心部分与第二轴承环之间的交界面处，并且将径向(朝着或远离旋转轴线)和轴向(平行于旋转轴线的方向)两个方向上分别相对于轴向滚子和径向滚子偏置(这意味着，在接合部位处传送的轴向载荷的合量没有贯穿轴向滚子延伸，而是更向内或更向外地延伸，以及在接合部位处传送的径向载荷的合量没有贯穿径向滚子延伸，而是在更高或更低的高度处延伸)。因此，由此形成的在接合部位处传送的轴向载荷和径向载荷可能引起力矩(围绕轴向滚子和径向滚子)，导致(特别是第二轴承环的)应力和(径向)扭曲。这样的径向载荷可以例如由作用于第二个同心部分上的水平加速度引起(第二个同心部分可能具有相当大的重量)。所述扭曲可以导致协作的两个轴承环之间的相对旋转，该相对旋转只能以有限量被轴承间隙吸收，因而将导致滚子承载不均匀，而这可能导致轴承失效和/或加速磨损。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的上述类型组件。
因此，根据本发明，该组件的特征在于，所述第二同心部分具有载荷支撑构件，所述载荷支撑构件在接合部位处连接至第二轴承环，使得通过所述载荷支撑构件引入到所述第二轴承环的竖直载荷贯穿轴向滚子延伸，而不会围绕所述轴向滚子引起力矩，其中第二同心部分还包括载荷传递构件，所述载荷传递构件用于将其中的轴向载荷传递给所述载荷支撑构件，以及其中，第二同心部分以如下方式在至少一个接合位置处间接地或直接地接合第二轴承环：在所述至少一个接合位置处仅仅引入径向载荷而基本上没有引入轴向载荷，以及其中，所述至少一个接合位置相对于所述接合部位定位成，在竖直旋转轴线的方向上看去，在所述至少一个接合位置处和所述接合部位处引入到所述第二轴承环的径向载荷的合量贯穿径向滚子延伸，而不会围绕所述径向滚子引起力矩。
以这种方式，可以保证轴向载荷和径向载荷不径向扭曲第二轴承环。首先，载荷传递构件尽可能多地将轴向载荷传递给载荷支撑构件(所述轴向载荷通常是在轴向方向上作用于第二同心部分的载荷，其尤其可以是外部载荷或质量载荷，也可以是第二同心部分上的弯曲力矩所引起的载荷)，所述载荷支撑构件连接至第二轴承环，使得其能够与轴向滚子成一条直线地将所述载荷传递给第二轴承环，因而不会引起力矩。其次，使在至少一个接合部位处和接合位置处传送的径向载荷平衡，以使得这些径向载荷的合量贯穿径向滚子延伸，因而同样不会引起力矩。
接合位置的位置(或者，更具体地说，一方面接合部位与径向滚子之间的距离(所述距离在竖直旋转轴线的方向上测量)与另一方面接合位置与径向滚子之间的距离之比)将由作用在接合部位处的载荷与作用在至少一个接合位置处的载荷之比来确定。如果，例如除了接合部位处的径向载荷之外，仅在单个接合位置处存在径向载荷，并且两处的径向载荷同样大，则这些距离应当相同。
根据本发明的组件的另外的优点是：对于竖直(轴向)载荷以及对于水平(径向)载荷来说，轴承环的相关径向扭曲(旋转和/或变形)各自最小化。这意味着，一个载荷分量(竖直或水平)不会影响另一个载荷分量，因此可以应付竖直载荷和水平载荷之间的任何比率的载荷分配。另外，第二轴承环以相当柔性的方式被支撑，从而允许轴承组件补偿任一同心部分的(制造)偏差、变形以及补偿第一轴承环的任何其它扭曲，而不会引起大的应力。最后，本发明允许减小支撑轴承所需的构造材料(特别是钢)的量。
在一个实施例中，设置有一轭架，该轭架在所述接合部位处刚性连接至第二轴承环，并且延伸至所述至少一个接合位置，其中，第二同心部分在所述至少一个接合位置处通过所述轭架间接地接合第二轴承环。在这样的实施例中，第二同心部分因而不直接地接合第二轴承环。
在组件的这样的实施例中，可能是第二同心部分的载荷支撑构件通过一凸缘在接合部位处连接至第二轴承环，其中，轭架具有朝着所述接合位置延伸的竖直支腿，所述竖直支腿连接至所述凸缘。轭架的这种构造非常简单，但在实现了所期望的结果方面又非常有效。凸缘通常将通过螺栓或类似装置连接至第二轴承环，从而提供大面积，在该大面积处可以在第二同心部分和第二轴承环之间传送载荷。轭架与第二轴承环的刚性连接可以是直接的或间接的(例如，通过凸缘)。
根据又一实施例，轭架的竖直支腿不直接接合所述第二轴承环，并且构造为刚性元件。结果，主要由径向载荷引起的轭架的有限变形不会引起作用于第二轴承环上不期望的载荷。
但是，也可能是轭架的竖直支腿通过中间构件接合第二轴承环。这可能是有利的，因为径向载荷于是直接传送至第二轴承环。例如，所述中间构件可以是树脂，例如
轭架可以包括围绕竖直旋转轴线看去周向间隔开的多个独立的轭架构件(连续轭架构件之间的间距可以不同，甚至可以是如此小以使得连续轭架构件虽然限定了独立部件却相互接触)。可替代地，所述轭架为完全围绕竖直旋转轴线延伸的单个轭架。
在该组件的一个可替代实施例中，第二同心部分在所述至少一个接合位置处直接地接合第二轴承环。所以，在这样的实施例中，没有设置轭架(或者人们可以说，第二轴承环本身起到轭架的作用)。
在这样的实施例中，可以想到的是，所述第二同心部分在所述至少一个接合位置处通过螺栓联接至第二轴承环(例如通过螺栓联接到第二轴承环的下侧)。
而且，在这些可替代实施例中，第二同心部分的载荷支撑构件可以在接合部位处通过凸缘连接至第二轴承环。
在该组件的一个实施例中，第二轴承环是内轴承环。
但是，应当注意，第二轴承环是外轴承环的情形同样如此。
在该组件的一个优选实施例中，所述接合部位处于高于径向滚子的高度处，而所述接合位置处于低于径向滚子的高度处。这意味着，第二同心部分在接合部位处接合第二轴承环的顶部，而轭架从所述第二轴承环的顶部向下延伸。但是，也可以想到所述接合部位处于低于径向滚子的高度处以及轭架向上延伸的情形，这是完全等效的。
在根据本发明的组件的实际实施例中，所述第一同心部分为船舶，所述船舶具有与其附接的限定了外轴承环的第一轴承环，其中，所述船舶设置有月池，所述第二同心部分是为位于所述月池中的转塔，所述转塔间接地(通过轭架和凸缘)或直接地连接至限定了内轴承环的第二轴承环。
转塔(以及与其附接的所有部件)的重量是作用于轴承环的轴向(竖直)载荷的主要来源之一。除了轴向载荷之外，还存在径向载荷，例如由通过锚链作用于转塔的下端部的系泊力引起的径向载荷或由作用于重转塔的水平加速力引起的径向载荷。
在这样的实施例中，可以想到的是，转塔包括外竖直延伸壳体，所述外竖直延伸壳体限定了载荷支撑构件，并且在接合部位处通过凸缘接合内轴承环，其中，转塔还包括一水平板，所述水平板在径向平面中延伸并且在所述至少一个接合位置处接合轭架，所述水平板能够将径向载荷引入到这里，但不能将轴向载荷引入到这里。
可能的是转塔设置有限定了载荷传递构件的至少一个轴向且径向延伸的板、隔壁或类似部分，用于将轴向载荷传递给所述外竖直延伸壳体，所述板、隔壁或类似部分不会间接地(例如通过凸缘或轭架)或直接地接合第二轴承环以及水平板的外部部分。结果，转塔上的全部轴向载荷或大部分轴向载荷(例如转塔的重量和作用于转塔上的外部轴向力)都被传递给壳体，没有传递给水平板、轭架或凸缘。
更具体地说，转塔可包括围绕竖直旋转轴线看去周向间隔开的多块板、隔壁或类似部分。
实现水平板能够不将轴向载荷引入到这里的一个可能的选择是，水平板在该组件的轴向方向上弱化(因此可以向上或向下弯曲)。但是，壳体针对径向扭曲也可以是弱化的(因此可以向内和向外弯曲)，因此，外轴承环所造成的任何偏差或旋转可以被内轴承环很容易地跟随。甚至可能是水平板允许一些径向位移，尽管其主要构造成引入径向载荷。
附图说明
下文将在参照附图的同时阐明本发明。这里：
图1以示意横截面视图显示了现有技术的组件的一半；
图2以类似的视图显示了根据本发明的第一实施例；
图3显示了第二实施例；
图4显示了第三实施例；
图5显示了第四实施例；以及
图6显示了第五实施例。
具体实施方式
在详细描述附图之前，应当注意，对于根据图2-4的实施例共同的是，第二轴承环通过轭架被同心部分间接地接合；对于根据图5和6的实施例共同的是，第二轴承环由同心部分直接地接合，而没有使用轭架。
首先，参照图1，显示了现有技术的组件的一半。该组件包括两个同心部分1、2(在该实施例中，所述两个同心部分表示船舶1和位于船舶的月池3中的转塔2)和轴承，所述轴承位于所述部分1、2之间，用于允许所述部分之间绕竖直旋转轴线4相对旋转(一般地，该图示中的旋转轴线4还限定了该组件的对称轴线，没有显示该轴线右边的部分，其是所示的左边部分的镜像)。
所述轴承包括内轴承环5、外轴承环6、轴向滚子7(例如滚珠或滚柱)和径向滚子8，所述轴向滚子用于在内轴承环5与外轴承环6之间传送平行于竖直旋转轴线4的轴向载荷(如箭头A所示)，所述径向滚子用于在内轴承环与外轴承环之间传送在朝着或远离竖直旋转轴线4的方向上的径向载荷(如箭头R所示)。
外轴承环6以最大限度地限制其径向扭曲的方式附接于同心部分(例如船舶的甲板)1(这意味着，外轴承环6在其所预定操作载荷范围将不会扭曲或几乎不扭曲，而且将基本上保持其位置和形状)。
另一个同心部分(或转塔)2设置有外壳体9，所述外壳体9(例如由于存在轴向延伸的板或隔壁10或另一载荷传递构件)通过凸缘11将大体上全部轴向(竖直)载荷(箭头A)引导到内轴向环5中，所述凸缘11限定接合部位。该凸缘11可以是转塔2的一部分(并且例如，可以是水平板12的一体部分)，以及可以通过螺栓联接至内轴承环5。通常，通过所述同心部分2引入到所述内轴承环5的竖直载荷(的合量)(箭头A)不贯穿轴向滚子7延伸。结果，该轴向(竖直)载荷A可能引入导致内轴承环5扭曲的力矩。
此外，径向载荷(箭头R)也在凸缘或接合部位11处通过水平板12(或等效结构)被引入，因为该径向载荷作用在高于径向滚子8的一距离d处，所以，这也在内轴承环5上引起力矩，所述力矩可能导致内轴承环径向扭曲。
参照图2，示出了根据本发明第一实施例的组件。该实施例也涉及容置于船舶1的月池3中的转塔2。该组件部分地类似于根据图1的现有技术的组件，类似的部分设有类似的附图标记。因而，它包括内轴承环5、外轴承环6、轴向滚子7、径向滚子8、第一同心部分(船舶)1和第二同心部分(转塔)2。
转塔2也包括外壳体9(在本领域，有时也被称为“罐部分(can section)”)，所述外壳体9通过凸缘11(限定了接合部位)将轴向载荷A加载到内轴承上。正如下文将出现的，轴向载荷A现在与轴向滚子7成一条直线地(贯穿轴向滚子7)延伸。
该组件设置有轭架13(大多数时间，构造成刚性元件)，所述轭架13具有连接至凸缘11的竖直支腿13'。竖直支腿13'延伸至接合位置14，所述接合位置14相对于凸缘或接合部位11位于径向滚子8的相对侧，如在竖直旋转轴线4的方向上所看到的(在此意味着接合位置14位于低于径向滚子8的高度(距离d2)处，接合部位11位于高于径向滚子8的高度(距离d1)处)。
转塔2还包括水平板12，但是，现在水平板12以如下方式在所述接合位置14处接合轭架13：基本上没有轴向载荷被引入到这里，以及分别在所述接合位置14处和所述接合部位11处被引入到所述第二轴承环5的径向(水平)载荷R2和R1的合量R贯穿径向滚子8延伸。
应当注意，“被引入到所述第二轴承环5中”对于径向载荷R1来说是指通过凸缘11直接地被引入，但对于径向载荷R2来说是指经由轭架13和凸缘11间接地被引入。
距离d1与d2之比取决于轴向载荷R1和R2之比。例如，当两个载荷相等时，距离也是类似的，以实现的径向载荷合量R贯穿径向滚子8延伸。不同的载荷将导致不同的距离。
为了保证在接合部位14处不会引入竖直(轴向)载荷，而是仅仅使得(合成的)载荷A和轴向滚子7成一直线，水平板12是弱化的，并且可以在竖直(轴向)方向上容易偏转。另外，径向板或隔壁10不接合水平板12(或其外部部分)，也不接合轭架13和凸缘11，因此没有竖直载荷传送到这里。
另外，壳体9在径向方向上可以是弱化的，使得内轴承环5可以跟随外轴承环6的强加径向扭曲，而不会损坏轴向滚子7和径向滚子8。在某些实施例中，可以想到在非常有限的范围内水平板12可以在径向方向上弱化。
另外，在图2中可以清楚地看到，轭架13的竖直支腿13'不接合内轴承环5。用于传送径向载荷R2的轭架13构造为刚性元件。
图4显示了一个可替代实施例，其中，设置一中间构件15，该中间构件在轭架13与内轴承环5之间延伸。因此，径向力(的一部分)还从水平板12直接传送至内轴承环5。该中间构件可以由树脂制成，例如
作为可替代方案，轭架13的竖直支腿13'也可直接地接合内轴承环5。
图3示出了该组件的许多可能的可替代实施例的一个例子，例如该组件用于同心部分2是起重机的一部分的实施例中。而在图2和4的实施例中，轭架13附接于内轴承环5(外轴承环6刚性地固定到诸如船舶1的结构上，以便在受到载荷时基本上不扭曲)，而在图3中，轭架19附接于外轴承环17(内轴承环18刚性地固定到静止部件1，例如起重机或船舶的下框架)。
轭架13(或19)可以包括围绕竖直旋转轴线4看去周向间隔开的多个独立的轭架构件(在该情况下，例如，在图3中，左右两边显示的轭架部分19是彼此不连接的独立部分)，但是，也可能的是轭架是完全围绕竖直旋转轴线延伸的单个轭架。同样，水平板12可以被分成多个相邻的板构件或者甚至是径向延伸的杆。最后，径向板10可以被等效地适于朝着外壳体9传送力的其它结构(例如，加强杆的结构)替代。
图5显示了一实施例，其中，水平板12(以及因而第二同心部分2)直接地接合第二轴承环5(同时限定了接合位置)。在该实施例中，没有设置轭架(尽管人们也可以说内轴承环5起到了轭架的作用)。水平板12可以以不同方式附接于内轴承环5，例如使用螺栓。
图6所示的实施例非常类似于图5，不同的是，现在水平板12包括台阶20，人们也可以认为所述台阶20是轭架(的一部分)，其与内轴承环5一起负责在期望的位置(高度)处引入水平(径向)载荷。由于所述台阶的缘故，可能将水平板12定位在比根据图5的情况高的高度处(这可以是正确地平衡径向载荷所需要的)，同时仍然能够将水平板12附接于第二轴承环5的下侧(由于构造原因，这可能是有利的)。
本发明不局限于前面所述的实施例，在由所附的权利要求书所限定的本发明的范围内，这些实施例可以广泛地变化。例如，可以想到该构造与前面所述的实施例相比倒置的实施例。另外，虽然前面所示和所述的所有实施例都是指在两个部位(在接合部位处和在接合位置处)处引入水平载荷的情形，但是，也可以想到，水平载荷在多于两个的部位被引入(具体地说，从例如图2中看到的，通过提供多于一个的接合位置使得径向力R2被分成在不同高度处起作用的两个或更多个径向力)。同样适用于轴向载荷，可以在多于一个的接合部位处施加轴向载荷，例如，另外在第二轴承环的下侧处施加轴向载荷)。

Claims (20)

1.一种具有两个同心部分和位于所述两个同心部分之间的轴承的组件，所述轴承用于允许所述两个同心部分之间绕着竖直旋转轴线相对旋转，其中，所述轴承包括内轴承环、外轴承环、轴向滚子和径向滚子，所述轴向滚子用于在内轴承环与外轴承环之间传送平行于竖直旋转轴线的轴向载荷，所述径向滚子用于在内轴承环与外轴承环之间传送在朝着或远离竖直旋转轴线的方向上的径向载荷，其中，所述内轴承环与外轴承环中的第一轴承环以最大限度地限制其径向扭曲的方式附接至所述两个同心部分中的第一同心部分，以及其中所述两个同心部分中的第二同心部分在接合部位处连接至所述内轴承环与外轴承环中的第二轴承环，其特征在于，所述第二同心部分具有载荷支撑构件，所述载荷支撑构件在接合部位处连接至第二轴承环，使得通过所述载荷支撑构件引入到所述第二轴承环的竖直载荷贯穿轴向滚子延伸，而不会围绕所述轴向滚子引起力矩，其中第二同心部分还包括载荷传递构件，所述载荷传递构件用于将其中的轴向载荷传递给所述载荷支撑构件，以及其中，第二同心部分以如下方式在至少一个接合位置处间接地或直接地接合第二轴承环：在所述至少一个接合位置处仅仅引入径向载荷而没有引入轴向载荷，以及其中所述至少一个接合位置相对于所述接合部位定位成使得在竖直旋转轴线的方向上看去在所述至少一个接合位置和所述接合部位处引入到所述第二轴承环的径向载荷的合量贯穿径向滚子延伸，而不会围绕所述径向滚子引起力矩。
2.如权利要求1所述的组件，其中，设置有一轭架，所述轭架在所述接合部位处刚性连接至第二轴承环，并且所述轭架延伸至所述至少一个接合位置，以及其中第二同心部分在所述至少一个接合位置处通过所述轭架间接地接合第二轴承环。
3.如权利要求2所述的组件，其中，第二同心部分的载荷支撑构件在接合部位处通过凸缘连接至第二轴承环，以及其中轭架具有竖直支腿，所述竖直支腿朝着所述至少一个接合位置延伸，而且所述竖直支腿连接至所述凸缘。
4.如权利要求3所述的组件，其中，轭架的竖直支腿不直接接合所述第二轴承环，并且构造为刚性元件。
5.如权利要求3所述的组件，其中，轭架的竖直支腿通过中间构件接合第二轴承环。
6.如权利要求5所述的组件，其中，所述中间构件为树脂。
7.如权利要求2-6中任一项所述的组件，其中，轭架包括围绕竖直旋转轴线看去周向间隔开的多个独立轭架构件。
8.如权利要求2-6中任一项所述的组件，其中，所述轭架为完全围绕竖直旋转轴线延伸的单个轭架。
9.如权利要求1所述的组件，其中，第二同心部分在所述至少一个接合位置处直接地接合第二轴承环。
10.如权利要求9所述的组件，其中，所述第二同心部分在所述至少一个接合位置处通过螺栓联接至第二轴承环。
11.如权利要求9或10所述的组件，其中，第二同心部分的载荷支撑构件在接合部位处通过凸缘连接至第二轴承环。
12.如权利要求1所述的组件，其中，第二轴承环是内轴承环。
13.如权利要求1所述的组件，其中，所述接合部位处于高于径向滚子的高度处，所述至少一个接合位置处于低于径向滚子的高度处。
14.如权利要求3-6中任一项所述的组件，其中，所述第一同心部分为船舶，所述船舶具有与其附接的、限定了外轴承环的所述第一轴承环，其中，所述船舶设置有月池，所述第二同心部分是转塔，所述转塔定位于所述月池中，并且间接地或直接地连接至所述限定了内轴承环的所述第二轴承环。
15.如权利要求14所述的组件，其中，所述转塔包括外竖直延伸壳体，所述外竖直延伸壳体限定载荷支撑构件，并且在接合部位处接合内轴承环，其中，转塔还包括水平板，所述水平板在径向平面中延伸，并且在所述至少一个接合位置处间接地或直接地接合第二轴承环，所述水平板能够将径向载荷引入到所述至少一个接合位置处，但不能将轴向载荷引入到所述至少一个接合位置处。
16.如权利要求15所述的组件，其中，所述转塔设置有限定载荷传递构件的至少一个轴向且径向延伸的板或隔壁，用于将轴向载荷传递给所述外竖直延伸壳体，所述板或隔壁不会间接地或直接地接合第二轴承环以及水平板的外部部分。
17.如权利要求16所述的组件，其中，所述板或隔壁不会接合所述轭架和述凸缘。
18.如权利要求16或17所述的组件，包括围绕竖直旋转轴线看去周向间隔开的多块板或隔壁。
19.如权利要求15所述的组件，其中，所述水平板在该组件的轴向方向上弱化。
20.如权利要求15所述的组件，其中，所述第一同心部分为起重机的静止或活动底盘，所述底盘具有与其附接的、限定了外轴承环的所述第一轴承环，其中所述起重机设置有限定了第二同心部分的可旋转起重机塔，所述可旋转起重机塔间接地或直接地连接至限定了内轴承环的所述第二轴承环。
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