CN105527101B - 测试大型轴承承载能力的负载结构和用于负载结构的方法 - Google Patents

Abstract

实施例涉及一种用于测试大型轴承210承载能力的负载结构200。负载结构200包括一个外壳220和一个力传递结构230。力传递结构230设计用于，相对于外壳220产生力或力矩并传递到大型轴承210的轴承圈240上。负载结构200此外包括一个与外壳220连接的受力元件295，该受力元件与大型轴承210的对应圈250接触。在此方面，外壳220设计用于，这样间接地通过受力元件295支承对应圈250，使力或力矩通过对应圈250和受力元件295至少部分传递到外壳220上。在此方面，受力元件295的材料具有比外壳220的材料更高的硬度。

Description

测试大型轴承承载能力的负载结构和用于负载结构的方法

技术领域

本实施例处于用于测试大型轴承承载能力的负载结构的领域中。

背景技术

在技术的许多领域，需要在安装使用部件之前对部件进行负载试验。在此方面使用装置，这种装置根据以后的使用目的和部件的尺寸产生相应的力并可与这种力反作用。一个可能的应用领域是风能领域。所要测试的部件例如包括风力发电设备的吊舱、轴承装置或单个的大型轴承。但在此方面，比较大的力会不受约束，这些力通过结构吸收，但这些结构对装置地基的尺寸或稳定性会提出不必要的高要求。在此方面，装置单个部件的刚性可能不再符合这些要求。此外，由于部件所使用的组合使得测试物体很难接近或看到，这样使负载测试复杂化。此外，由于尺寸设计和稳定性要求会产生附加成本。这些或可类比的问题在部件的负载试验时在风能领域方面也会产生。

因此值得追求的是，从节省结构空间、节约成本、测试物体的可达到性和负载结构上的效率中产生一种得到改进的妥协。

发明内容

这些要求通过一种用于测试大型轴承承载能力的负载结构和用于负载结构的方法满足。

依据第一方面，实施例涉及用于测试大型轴承承载能力的负载结构。负载结构包括外壳和力传递结构。力传递结构设计用于，相对于外壳产生力或力矩并传递到大型轴承的轴承圈上。负载结构此外包括与外壳连接的受力元件，该受力元件与大型轴承的对应圈接触。在此方面，外壳设计用于这样间接通过受力元件支承对应圈，使力或力矩通过对应圈和受力元件至少部分传递到外壳上。在此方面，受力元件的材料具有比外壳的材料更高的硬度。由此可以达到节省需要附加结构空间部件的目的。这样可以附加减少制造负载结构的成本。换句话说，达到一种更加紧凑的结构形式，这样以可行方式提高结构的刚性。通过受力元件可以更好的接触或达到测试物体。因此需要时可以更好地监测负载测试，或也可以将附加的传感器安装在测试物体上。通过受力元件的材料更高的硬度，可以减少磨损。

在几个实施例中，受力元件此外包括连接在轴承圈上的轴。轴设计用于，将力或力矩在径向或轴向上传递到轴承圈上。这一点可以在实际使用时存在的和在此方面包括多个力方向的条件下进行负载测试。

在几个实施例中，外壳包括至少三个孔。在此方面，至少三个孔设计用于容纳用于将受力元件固定在外壳上的固定件。由此通过受力元件可以产生测试物体的稳定固定，这样可以提高测试过程的安全性或可靠性。

在某些实施例中，受力元件设计为至少部分环形的。因此在这种状态下通过受力元件可以使所产生的力得到均匀接收并传递到外壳上。

在几个实施例中，负载结构此外包括适配环，该适配环具有径向收缩结构(Einzug)。该适配环设计用于，将力传递结构这样连接在大型轴承的轴承圈上，使轴承圈与径向收缩结构接触。这样可以使大型轴承利用不同的内外半径安装在负载结构上并进行测试。换句话说，因此可与轴承的内半径或外半径进行配合。

在某些实施例中，外壳至少部分由一种材料制成，该材料的铁的材料份额大于其他任何元素。这一点可以允许使用具有提高稳定性或过度疲劳性能的材料。

依据另一方面，实施例涉及一种用于测试大型轴承承载能力的负载结构的方法。该方法包括：通过负载结构的力传递结构、相对于负载结构的外壳、在大型轴承的轴承圈上产生力。该方法此外包括大型轴承的对应圈相对于外壳的支承间接通过与外壳连接的受力元件进行。在此方面，受力元件的材料具有比外壳的材料更高的硬度。该方法此外包括力通过对应圈和受力元件至少部分传递到外壳上。由此可以达到节省附加部件的目的，由此需要时可以减少必要的结构空间。这样可以附加减少制造负载结构的成本。

附图说明

下面借助附图中所示的实施例详细介绍其他具有优点的构造，但并不局限于这些实施例上。其中：

图1示出依据一种比较实施例用于测试大型轴承承载能力的装置；

图2示出依据一种实施例用于测试大型轴承承载能力的负载结构；以及

图3示出以及按照一种实施例的用于负载结构方法的流程图。

具体实施方式

在以下附图的说明中，相同的附图标记标注相同的或可比较的部件。此外为部件和物体使用概括性的附图标记，它们在一个实施例或在一个附图中多次出现，但在一个或多个特征方面共同地描述。借助相同或概括性附图标记描述的部件或物体在单个、多个或所有特征方面，例如其尺寸方面可以相同，但需要时也可以不同构成，只要说明中没有明确或暗示地得出不同含义。

图1示出一种依据传统的比较实施例的、用于测试大型轴承110中的负载的装置100。地基120上安装一个负载产生单元130和一个负载反应单元140。负载产生单元130包括一个轴150，该轴一端连接在电动机160上，而在相反的一端上则支承大型轴承110。负载反应单元140在此方面连接在大型轴承110上。

负载产生单元130可以施加轴向或径向作用的力或力矩，例如向轴上施加转矩，传递到轴承110上。作为补充，电动机160可以使轴承110进行旋转。负载反应单元140在此方面可反作用于所述力，或换种表达方式，对力形成阻力，从而力至少部分作为负载作用于轴承110。在此方面，力通过以闭环形式标出的力传递路径170传递。换种表达方式，力至少部分由轴150、轴承110、负载反应单元140、地基和负载产生单元130承受。

在这种情况下，所产生的力的作用于轴承110的分量例如至少可以为4MN，而且转矩至少可以为10MNm。这一点当轴承110在风力发电设备上使用时相当于所期望的负载。但通过负载反应单元140产生力阻力可以对装置100或其部件的稳定性，例如负载反应单元140、地基120或负载产生单元130部件的稳定性提出不必要高的要求。此外，该装置100可能具有不足的刚性、要求不必要多的结构空间或本身造成高的加工成本。此外，轴承110可能很难接触或看到，并因此在测试期间很难监测。

实施例可以提供一种可能性，改进所称方面的负载结构。用于测试大型轴承210负载能力的负载结构200的一个实施例在图2中示出。负载结构200包括一个外壳220和一个力传递结构230。力传递结构230设计用于，相对于外壳220产生力或力矩，例如旋转力矩、扭转力矩、负载力矩或弯曲力矩并传递到大型轴承210的轴承圈240上。外壳220设计用于这样支承大型轴承220的对应圈250，使力或力矩通过对应圈250至少部分传递到外壳220上。

由此可以达到节省需要附加结构空间的部件的目的。这样可以附加降低制造负载结构200的成本。换句话说，可以达到更加紧凑的结构形式，这样可以提高结构的刚性。

大型轴承210例如可以是滑动或滚动轴承，其具有至少600mm的外径。此外，大型轴承可以具有高达1500mm至4000mm或甚至更大的直径。除了大型轴承外，负载结构200此外可以设计用于，测试具有多个轴承的轴承装置或风力发电设备的例如其他部件，例如像吊舱的承载能力。轴承圈240例如可以是内圈，而对应圈250则可以是外圈或反之亦然。

负载结构200例如可以包括试验台或试验设备或由这种设备包含。负载能力例如可以通过负载极限表明特性。例如出现负载极限的是，只要通过力的作用例如出现断裂、停机标记、噪声产生、故障(例如像卡住)、磨损或温度超出所具有的温度极限值。

在几个实施例中，力传递结构230此外包括一个连接在轴承圈上的轴260。轴260设计用于，将力或力矩在径向或轴向上传递到轴承圈上。负载结构例如可以包括一个促动器或也可以包括气动或液压的部件，这些部件将力施加在外壳220与力传递结构230之间，并由此使轴260在径向上或轴向上移动。由此可以模拟大型轴承210上所期待的力，这种力在使用中的野外运行时例如通过结构(例如风力涡轮机)的自重或环境条件(例如正面或面作用的风)产生。此外，图2中的轴260连接在电动机270上，该电动机可以使轴260并因此轴承圈240以预先规定的转矩进行旋转。在此方面，电动机270有选择地支承在外壳220或地基290上。这样可以在所期待的运行条件下进行负载测试。力在此方面至少为4MN和最高为8MN，但也可以或多或少。转矩例如可以处于10到80MNm的范围内。

力在这种情况下由力传递结构230传递到大型轴承210上，并由与大型轴承210直接或间接接触的外壳220承受。换句话说，外壳220与力反作用。由此可以产生封闭的力传递路径280-1；280-2。这里所示的力传递路径280-1和280-2例如是两种可以取决于轴260的移动方向的可能路线。

与图1中的力传递路径170相比，力传递路径280-1；280-2具有更短的路线。负载结构200、或换种表达方式包括外壳220和力传递结构230的装置，由此可以自身补偿内部产生的力。由此可以取消如图1所示的负载反应单元140。此外，力传递路径280-1；280-2的经过支承外壳220的地基290的路线可以被避免。地基290在此方面位置固定，而且与外壳220固定连接。换种表达方式，作用于地基290的力可以一直降到负载结构200的自重。这样必要时降低对地基290稳定性的要求。通过取消负载反应单元140此外可以节省结构空间。

在图2中，对应圈250间接通过受力元件295与外壳220连接。受力元件295处于外壳的外侧面上。换种表达方式，外侧面是背离被外壳包围的容积的面。大型轴承210同样处于外侧面上。这样可以达到测试物体例如大型轴承210更好的可接触性、可看性或可达到性。因此需要时可以更好地监测负载测试，或附加的传感器也可以安装在测试物体上。附加的传感器可以选择安装在外壳210上，例如用于测量变形的应变计、用于测量大型轴承(例如产生的摩擦热)工作温度或润滑剂温度的温度传感器或还有加速度传感器。

受力元件295在几个实施例中可以由一种具有比外壳220的材料更高硬度的材料制成。受力元件295可以环形或至少部分圆形(换句话说是扇形)构成。此外，大量的受力元件295安装在外壳上，它们为对应圈250的连接产生固定点。例如，外壳220可以包括至少三个孔。至少三个孔设计用于，容纳用于将受力元件295固定在外壳220上的固定件，例如螺栓、铆钉或销钉，并在需要时具有螺纹。这样产生的固定点因此可以定义一个平面，该平面包括力作用时用于对应圈250的作用面。由此可以提高测试时负载结构200的稳定性。孔可以从大型轴承210的旋转轴出发，处于在同一旋转轴上具有圆心点的一个共同的圆半径上，并例如以120°等间隔设置。

在图2中，负载结构200此外包括一个适配环285，该适配环具有径向缩入。适配环285设计用于，将力传递结构230这样连接在大型轴承210的轴承圈240上，使轴承圈240与径向收缩结构(Einzug)接触。因此负载结构200可与不同尺寸的测试物体进行个性化配合。有选择或作为选择利用存在另一适配环，该另一适配环设置在受力元件295与对应圈250之间。由此例如可以补偿轴承圈240的径向膨胀与对应圈250的径向膨胀之间的差别。

外壳220至少部分可以由一种材料制成，其铁的材料部分大于其他任何元素。该材料附加可以具有最高2％的碳部分。换句话说，该材料可以是一种合金，例如钢。该材料此外可以包括例如镍、铬、钨、钼、钒、钴、硫或锰。此外，外壳220可以包括其他材料，例如混凝土或钢筋混凝土。

图3示出用于测试大型轴承承载能力的负载结构的方法300的一个实施例。方法300包括产生310力，通过负载结构的力传递结构相对于负载结构的外壳传递到大型轴承的轴承圈上。方法300此外包括大型轴承的对应圈相对于外壳的支承320，其间接通过与外壳连接的受力元件进行。在此方面，受力元件的材料具有比外壳的材料更高的硬度。方法300此外包括力通过对应圈和受力元件至少部分传递330到外壳上。

再次换种表达方式，实施例可以提供一种可行方案，用于制造一种用于在负载作用于轴承时测试轴承负载能力的负载结构。负载结构例如可以作为静压的负载装置构成。在这种情况下可以节省部件和材料，因为负载结构可以再次接收对轴承本身内部产生的力。由此可以缩短力传递路径。在某些实施例中，为此可以使用穿孔圆盘形式连接在外壳上并与轴承接触的受力元件。在测试轴承时，这一点此外可以节省成本。此外，与传统的解决方案相比可以改进负载结构的刚性。由此用于对轴承上产生力的控制件(例如液压装置、促动器等)可以更加有效地运行。所要测试的轴承由此可以更好地看到，这样例如可以使测试过程中的检验或监测变得容易，或可以使附加的传感装置安装在轴承上。此外，需要时可以减少结构空间。

上面所介绍的实施例仅是本发明原理的一种说明。不言而喻，可以使其他专业人员明白其中所介绍的布置和细节的修改和变化。因此本发明仅由权利要求书的保护范围限制，而不受借助实施例的说明和阐述所体现的具体细节的限制。

前面的说明书、后面的权利要求书和附图中所公开的特征为以其不同的构成实现实施例，无论是单独，还是以任意组合均具有重要的实施意义。

附图标记清单

100 装置

110 大型轴承

120 地基

130 负载产生单元

140 负载反应单元

150 轴

160 电动机

170 力传递路径

200 负载结构

210 大型轴承

220 外壳

230 力传递结构

240 轴承圈

250 对应圈

260 轴

270 电动机

280-1；280-2 力传递路径

285 适配环

290 地基

295 受力元件

300 方法

310 产生

320 支承

330 传递

Claims (7)

1.一种用于测试大型轴承(210)的承载能力的负载结构(200)，包括：

外壳(220)；

力传递结构(230)，其中，力传递结构(230)设计用于，相对于外壳(220)产生力或力矩并传递到大型轴承(210)的轴承圈(240)上；以及

与外壳(220)连接的受力元件(295)，该受力元件与大型轴承(210)的对应圈(250)接触，其中，外壳(220)设计用于，这样间接通过受力元件(295)支承对应圈(250)，使力或力矩通过对应圈(250)和受力元件(295)至少部分传递到外壳(220)上，其中，受力元件(295)的材料具有比外壳(220)的材料更高的硬度。

2.按权利要求1所述的负载结构(200)，其中，力传递结构(230)此外包括连接在轴承圈(240)上的轴(260)，其中，轴(260)设计用于将力或力矩在径向或轴向上传递到轴承圈(240)上。

3.按前述权利要求之一所述的负载结构(200)，其中，外壳(220)包括至少三个孔，其中，至少三个孔设计用于，容纳用于将受力元件(295)固定在外壳(220)上的固定件。

4.按权利要求1所述的负载结构(200)，其中，受力元件(295)设计成至少部分环形的。

5.按权利要求1所述的负载结构(200)，此外包括适配环(285)，该适配环具有径向收缩结构，以及该适配环设计用于，将力传递结构(230)这样连接在大型轴承(210)的轴承圈(240)上，使轴承圈(240)与径向收缩结构接触。

6.按权利要求1所述的负载结构(200)，其中，外壳(220)至少部分由一种材料制成，该材料的铁的材料份额大于其他任何元素。

7.一种用于测试大型轴承承载能力的负载结构的方法，包括：

通过负载结构的力传递结构、相对于负载结构的外壳、在大型轴承的轴承圈上产生力或力矩；

大型轴承的对应圈间接地通过与外壳连接的受力元件支承在外壳上，其中，受力元件的材料具有比外壳的材料更高的硬度；以及

力或力矩通过对应圈和受力元件至少部分传递到外壳上。

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