CN106164509A - 双向轴承、传动系、行星齿轮和风力发电机 - Google Patents

Abstract

提供了一种双向轴承(30)，一种传动系，一种行星齿轮和一种具有双向轴承的风力发电机。该双向轴承包括外轴承壳(32)，该外轴承壳(32)具有第一中间轴承壳(34)，该第一中间轴承壳(34)联接到轴(40)并且与外轴承壳相配合。该双向轴承进一步包括第二中间轴承壳(36)，该第二中间轴承壳(36)相对于第一中间轴承壳布置成与外轴承壳相对。该第二中间轴承壳被构造成承载来自第一中间轴承壳的具有第一方向(D1)的第一载荷。此外，第一第二中间轴承壳被构造成接收具有第二方向(D2)的第二载荷，第二方向(D2)与第一方向大致相反。第一中间轴承壳从第二中间轴承壳接收第二载荷，并且被构造成将该第二载荷传递至外轴承壳。

Description

双向轴承、传动系、行星齿轮和风力发电机

技术领域

本发明涉及一种双向轴承、一种传动系、一种包括双向轴承的行星齿轮以及涉及一种具有行星齿轮的风力发电机。

背景技术

球面轴承(也称为杯状轴承)提供旋转部分(例如齿轮的轴)的万向架或常平架。轴的运动被约束为旋转。为了在轴向方向上安装轴，球面轴承充当双向止推轴承，从而允许轴和轴支撑件之间的角偏转。为了这个目的，球面轴承的球座可以足够大以围绕轴承的球形头。根据替代设计，球面轴承可以包括两个反作用球座，这两个反作用球座将球头的运动限制为旋转运动。第三公知设计原理应用形成一组轴承的两个独立的球面轴承，这两个独立的球面轴承将球头的运动限制在轴向方向上。两个反作用球座的半球通常布置成具有公共中心以便允许轴轴线(球头)与支撑元件轴线(轴承座)之间的稍微倾斜。

球面轴承具有广泛应用。在这些应用当中，一个可能应用是在行星齿轮中安装轴。此外，可以在风力发电机(也称为风能装置，风力发电装置或风力涡轮)的传动系中应用行星齿轮。然而，具体地，在行星齿轮中，可以存在用于轴承的有限的结构空间。

发明内容

本发明的目的是提供具有紧凑设计的双向轴承。此外，本发明的目的是提供紧凑传动系和紧凑行星齿轮以及具有紧凑传动系或行星齿轮的风力发电机。

在本发明的一方面中，提供了包括外轴承壳和第一中间轴承壳的双向轴承，该第一中间轴承壳联接到轴。第一中间轴承壳与外轴承壳相配合。双向轴承进一步包括第二中间轴承壳，该第二中间轴承壳相对于第一中间轴承壳布置成与外轴承壳相对。第二中间轴承壳构造成承载具有第一方向的第一载荷。第一中间轴承壳将该第一载荷传递至第二中间轴承壳。此外，第一中间轴承壳构造成接收具有第二方向的第二载荷。该第二方向与第一方向大致相反。第一中间轴承壳从第二中间轴承壳接收所述第二载荷，并且进一步构造成将该第二载荷传递至外轴承壳。具体地，双向轴承可以进一步包括内轴承壳(例如，内球形盘)，该内轴承壳构造成将第二载荷联接到第二中间轴承壳以便将第二载荷经第一中间轴承壳进一步传递至外轴承壳。

有利地，根据这些方面的双向轴承的双层外壳设计是非常紧凑的。与根据现有技术的双向轴承相比较，根据本发明的方面的双层外壳双向轴承具有减小的结构空间或体积。这对于该轴承在行星齿轮中的应用是特别有利的，这通常仅提供受约束的结构空间。实现了根据本发明的方面的双向轴承的极紧凑设计，因为第一中间轴承壳和第二中间轴承壳都具有双重功能。具体地，第一中间轴承壳承载第一方向上的第一载荷并且将来自第二中间轴承壳的第二载荷沿第二大体相反的方向传递至外轴承壳。类似地，第二中间轴承壳承载来自外轴承壳的第一载荷并且将第二载荷经第一中间轴承壳传递至外轴承壳。第二中间轴承壳可以从内轴承壳(例如内球形盘)接收第二方向上的载荷。

根据本发明的方面的轴承的有利的双层外壳设计的概念并不限于特定类型的轴承。双向轴承可以例如是滚珠轴承或平面轴承。然而，为了具有特别平坦且紧凑的轴承，双向轴承可以是滑动轴承或甚至是液体动压滑动轴承。

第一和第二载荷可以分别具有大体相对的第一和第二方向。因此，轴承适于承载双向载荷。换言之，可以提供紧凑双向止推轴承。

有利地，双向轴承可以是球面轴承。因此，提供了轴的双向万向架或常平架。这使得双向轴承承载或多或少稍微偏离仅轴向载荷的载荷。根据本发明的方面，与轴承间隙或滑动界面相邻的、位于外轴承壳与第一中间轴承壳之间、第一中间轴承壳与第二中间轴承壳之间的滑动表面、特别是在第二中间轴承壳与第二轴承壳之间的滑动表面可以具有大致相同的曲率半径中心点。更确切地说，滑动表面可以是具有公共中心或公共中心点的球形部分。由该球面轴承支撑的轴因此绕该中心点或公共中心点倾斜。

根据本发明的另一个方面，外轴承壳和第一中间轴承壳被布置成彼此直接相邻。在该说明书的背景下，当轴承的部件之间保留有轴承间隙时，轴承的这些部件被称为布置成相互直接“相邻”。具体地，第一中间轴承壳和第二中间轴承壳也布置成相互直接相邻。此外，外轴承壳，第一中间轴承壳和第二中间轴承壳被布置成相互直接相邻。此外，第一中间轴承壳可以包括滑动表面，该滑动表面与外轴承壳的滑动表面相配合。第一中间轴承壳还可以包括相对的滑动表面，该相对的滑动表面与第二中间轴承壳的滑动表面相配合。具体地，第二中间轴承壳和内轴承壳可以被布置成彼此直接相邻。第二中间轴承壳可以包括与第一中间轴承壳的滑动表面相配合的滑动表面。此外，第二中间轴承壳可以包括与内轴承壳的滑动表面相配合的相对的滑动表面。

当第一中间轴承壳、外轴承壳、第二中间轴承壳和内轴承壳布置成相互直接相邻并且进一步被构造成具有滑动表面以便提供滑动轴承时，根据本发明的方面的双向轴承具有非常紧凑的设计。

如先前所描述的并且包括外轴承壳、第一和第二中间轴承壳和内轴承壳的双向轴承有利地是球面轴承。换言之，外轴承壳、第一和第二中间轴承壳和内轴承壳都能够具有带有球形形状的表面。有利地，在联接轴与太阳小齿轮之间以及在联接轴与输出中空轴之间可以进一步存在花键连接件。这些花键连接件因此有利地布置成靠近联接轴的端部并且在轴承的内部(朝向联接轴的中心)。花键连接件代表联接轴的径向支撑件。花键连接件允许轴的轻微倾斜。如先前所述的双向轴承(包括外轴承壳，第一和第二中间轴承壳和内轴承壳)有利地布置在轴的两端上。整个球形安装件的倾斜中心然后有利地与花键连接件的中间平面位于相同的平面内。它们一起形成由球面轴承轴向地支撑的转矩传输元件，因此允许转矩传输同时中空轴轻微地自由倾斜。

根据本发明的另一方面，提供了传动系和包括根据本发明的方面的双向轴承的行星齿轮。具体地，双向轴承可以支撑行星齿轮的联接轴。

根据本发明的另一方面，可以提供包括根据本发明的方面的行星齿轮的风力发电机。

已经相对于根据本发明的方面的双向轴承提及的相同或类似的优点以相同或类似的方式应用于行星齿轮和风力发电机并且因此不被重复。

附图说明

本发明的进一步方面和特征通过结合附图对本发明的优选实施例的下列描述产生，其中，

图1是根据本发明的实施例的简化风力发电机，

图2是根据本发明的实施例的风力发电机的简化传动系，

图3是示出根据本发明的实施例的行星齿轮的简化立体图，

图4为示出使用根据现有技术的对抗性止推轴承对安装的行星齿轮的联接轴的简化详细截面，

图5是图4的细节，

图6是示出根据本发明的实施例的双向轴承的简化截面视图，以及

图7是示出使用根据本发明的实施例的双向轴承齿接的行星齿轮的联接轴的另一截面视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的简化的风力发电机2。风力发电机2包括支撑结构4，支撑结构4基于海6中的适当的基础。仅借助于示例，风力发电机2是海上风力发电机。机舱(不可见)布置在支撑结构4的顶部处，支撑结构4可以是例如塔。承载多个转子叶片10的转子毂8联接到传动系70的主轴72。

图2示出根据本发明的实施例的简化的传动系70。传动系70可以布置在风力发电机2的机舱中。转子毂8联接到主轴72，主轴72是行星齿轮74的驱动轴。行星齿轮74的从动轴驱动发电机78的输入轴76。传动系70可以包括转子毂8、主轴72、行星齿轮74和其输出轴，该输出轴是发电机78的输入轴76。

图3是根据本发明的实施例的行星齿轮74的简化立体图。主轴72可以同时经转子中空轴(未示出)联接到行星齿轮74的输入轴。还指出了转子侧(轮毂侧)和发电机侧。

根据现有技术，具体地，现有技术行星齿轮的联接轴可以使用一对反作用球面轴承安装。图4示出该行星齿轮的联接轴12的详细截面。借助于示例，联接轴12可以是中空轴。存在啮合太阳小齿轮或恒星齿轮15的螺旋形行星齿轮(未示出)。联接轴12将转矩从太阳小齿轮15传递至输出轴19。使太阳小齿轮15与联接轴12连接的花键连接件22以及使联接轴12与输出中空轴19连接的花键连接件21代表联接轴12的径向支撑件。对于轴向载荷支撑以及将联接轴12的移动约束至仅倾斜移动，包括第一轴承壳14和第一球形盘16的第一球面轴承52布置在轴12的左侧上。包括第二轴承壳18和第二球形盘20的第二球面轴承54可以布置在轴12的右侧上。行星齿轮的轴承被构造为用于风力发电机的正常或标准操作。这意味着，由于转子毂8的旋转，主轴72向行星齿轮74施加转矩，该转矩被传递至发电机78用于产生电力。然而，在非标准操作模式下，例如，当发电机78的短路产生时，可能存在载荷或载荷反向的交替。该反向操作可能导致极端地动态操作状态，包括行星齿轮中的多种振动。

具体地，行星齿轮74中的载荷反向可能导致支撑板17经受较大的轴向载荷。对于安装支撑板17的螺钉56需要较大的安全裕度。由于行星的不同载荷分布以及由于制造公差，轴12的轴线A可以相对于太阳小齿轮52的轴线(中心轴线)略微倾斜。作为这种倾斜的结果，在载荷反向期间，紧固螺钉56将暴露于不同的载荷水平。在图5中示出该现有技术概念的更详细的视图，图5是图4的细节。

根据本发明的方面的双向轴承尤其克服这些技术缺陷。在图6中，存在根据本发明的实施例的双向轴承30的简化截面。

双向轴承30包括第一外轴承壳32，该第一外轴承壳32与第一中间球面轴承壳34相配合。此外，双向轴承30包括第二中间轴承壳36和内轴承壳38。第一中间轴承壳34和第二中间轴承壳36具有双重功能。它们都被构造成承载载荷并且同时传递载荷。

外轴承壳32和第二中间轴承壳36是固定部件，其例如可以联接到行星齿轮74的机器壳体(图3)。第一中间轴承壳34和内轴承壳38是旋转部件；它们可以联接到行星齿轮74的轴40。具体地，轴可以是行星齿轮74的联接轴12。双向轴承30可以是用于安装轴40的双向止推轴承。这意味着，双向轴承30能够承载具有第一方向D1的第一载荷，并且同时，双向轴承30可以承载具有第二方向D2的第二载荷。第一方向D1和第二方向D2可以大致为轴向方向，其平行于轴40的初始主轴线A。然而，根据本发明的方面的双向轴承30可以构造成承载径向载荷。换言之，双向轴承30可以构造成为轴40提供万向架或常平架。这将允许第一方向D1和第二方向D2或多或少地轻微偏离轴线A的初始方向。例如，轴线A可以轻微倾斜角度α。这将导致倾斜的轴线A’。仅出于清晰原因，该角度α在图3中过分夸大。

第一中间轴承壳34承载具有第一方向D1的第一载荷并且经位于第一中间轴承壳34和第二中间轴承壳36之间的滑动界面或间隙42将对应的力传递至第二中间轴承壳36。这由以虚点线示出的力流来示出，虚点线由参考数字44识别。该力耦合到机器壳体中，机器壳体例如支撑第二中间轴承壳36(由箭头指示，该箭头指向与该力相反)。另一方面，双向轴承30构造成承载具有第二方向D2的第二载荷。轴40联接到内轴承壳38，并且所述内轴承壳38经滑动界面或间隙46将对应的力耦合到第二中间轴承壳36中。然而，中间壳不承载该载荷。它将载荷经滑动界面或间隙42传递到第一中间轴承壳34中。第一中间轴承壳34由外轴承壳32支撑，并且在第二方向D2上被指向的力最终经另一滑动界面或间隙48被耦合到外轴承壳32中。再次，这由指向与该力相反的箭头示出。对应的力流由具有参考数字50的第二虚点线指示。例如，外轴承壳32可以由行星齿轮的机器壳体齿轮来支撑。

有利地，双向轴承30构造成在风力发电机2的正常或标准操作期间承载行星齿轮74中的载荷。此外，在非标准操作模式下，例如，当发电机78的短路发生，并且当载荷反向时，双向轴承30构造成在该极端地动态操作状态下在行星齿轮74中承载发生的载荷。

具体地，由于行星齿轮的螺旋形切口，在恒星齿轮中诱发的轴向载荷围绕支撑板的周边分布。因此，紧固螺钉承受更均匀的轴向载荷冲击，这是由于行星齿轮上的反向载荷造成的。此外，轴40的轻微倾斜将不会进一步导致特定紧固螺钉的过载。由于止推轴承30提供常平架，且该常平架能够同时在两个大致相反的方向上承载载荷，因此载荷水平将被平均。

双向轴承30可以是滑动轴承。换言之，与滑动界面42、46和48中相应一个相邻的外轴承壳32的表面、第一中间轴承壳34的表面、第二中间轴承壳36的表面和内轴承壳38的表面可以是滑动表面。此外，外轴承壳32、第一中间轴承壳34、第二中间轴承壳36和内轴承壳38可以布置成彼此直接相邻。膜或润滑剂设置在滑动界面或间隙42、46和48中以允许双向轴承30的所提及的部分的平滑旋转。

在图6的简化截面中示出的双向轴承30具有非常紧凑的设计。它为轴40提供了双向万向架。为了提供该万向架，与滑动界面42、46和48相邻的外部轴承壳32的滑动表面、第一中间轴承壳34的滑动表面、第二中间轴承壳36的滑动表面和内轴承壳38的滑动表面可以是球形部分。它们可以被布置成具有公共中心或中心点。

在图7中，存在示出根据本发明的方面的行星齿轮74的细节的简化截面。轴，例如该行星齿轮74的联接轴12，通过使用根据本发明的实施例的双向轴承30来安装。外轴承壳32由行星齿轮74的机器壳体支撑。类似地，第二中间轴承壳36联接到机器壳体。第一中间轴承壳34联接到轴40并且在外轴承壳32与第二中间轴承壳36之间突出。类似地，内轴承壳(内球形盘)38联接到轴40。第二中间轴承壳36联接到机器壳体。双向轴承30为轴40提供万向架或常平架。即使轴40从其初始轴向方向A轻微倾斜，联接到机器壳体的第二中间轴承壳36和外轴承壳32以及联接到齿轮的旋转部分的第一中间轴承壳34和内轴承壳(内球形盘)38经受围绕它们周边的均匀载荷分布。

再次参照图4，并且具体地，花键连接件22(在图7中未示出)将太阳小齿轮15(在图7中未示出)与联接轴12相连接，并且花键连接件21将联接轴12与输出中空轴19相连接。图4所示的这些花键连接件21、22也代表在图7中部分示出的实施例中的联接轴12的径向支撑件。花键连接件允许轴12的轻微倾斜。如先前所描述的双向轴承30(包括外轴承壳、第一和第二中间轴承壳和内轴承壳)有利地布置在轴40的两端上。这个实施例的整个球形安装件的倾斜中心有利地与花键连接件21、22(如图4中所示)的中间平面位于相同的平面内。它们一起形成由球面轴承(在轴的左右端处)轴向支撑的转矩传输元件，因此允许转矩传输同时(中空)轴40轻微地自由倾斜。由于均匀载荷分布，紧固螺钉56不需要被成尺寸为过大部件。这将降低生产成本。

虽然上文已经参照特定实施例描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施例，无疑地，技术人员将想到位于如要求保护的本发明的范围内的进一步的替代方案。

Claims (15)

1.一种双向轴承，包括：外轴承壳；和第一中间轴承壳，该第一中间轴承壳联接到轴并且与所述外轴承壳配合，所述双向止推轴承还包括第二中间轴承壳，所述第二中间轴承壳相对于所述第一中间轴承壳布置成与所述外轴承壳相对，其中所述第二中间轴承壳构造成承载来自所述第一中间轴承壳的具有第一方向的第一载荷，其特征在于，所述第一中间轴承壳进一步构造成从所述第二中间轴承壳接收具有第二方向的第二载荷，所述第二方向与所述第一方向大致相反，并且其中所述第一中间轴承壳构造成将所述第二载荷传递至所述外轴承壳。

2.根据权利要求1所述的双向轴承，还包括内轴承壳，所述内轴承壳构造成将所述第二轴向载荷联接至所述第二中间轴承壳以便将所述第二载荷经所述第一中间轴承壳进一步传递至所述外轴承壳。

3.根据权利要求1或2所述的双向轴承，其中所述轴承是滑动轴承。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的双向轴承，其中所述轴承是为所述轴提供双向万向架或常平架的球面轴承。

5.根据权利要求4所述的双向轴承，其中所述外轴承壳和所述第一中间轴承壳之间的滑动表面、所述第一中间轴承壳和所述第二中间轴承壳之间的滑动表面、以及特别是所述第二中间轴承壳和所述内轴承壳之间的滑动表面具有大体相同的曲率半径中心点。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的双向轴承，其中，所述外轴承壳和所述第一中间轴承壳布置成彼此直接相邻。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的双向轴承，其中，所述第一中间轴承壳和所述第二中间轴承壳布置成彼此直接相邻。

8.根据权利要求6或7所述的双向轴承，其中所述第一中间轴承壳包括滑动表面，所述滑动表面与所述外轴承壳的滑动表面相配合，并且所述第一中间轴承壳还包括相对的滑动表面，所述相对的滑动表面与所述第二中间轴承壳的滑动表面相配合。

9.根据权利要求2至8中的任一项所述的双向轴承，其中，所述第二中间轴承壳和所述内轴承壳布置成彼此直接相邻。

10.根据权利要求9所述的双向轴承，其中所述第二中间轴承壳包括滑动表面，所述第二中间轴承壳的该滑动表面与所述第一中间轴承壳的滑动表面相配合，并且所述第二中间轴承壳包括相对的滑动表面，所述相对的滑动表面与所述内轴承壳的滑动表面相配合。

11.一种齿轮装置，包括根据前述权利要求中的任一项的双向轴承。

12.根据权利要求11所述的齿轮装置，其特征在于，它是行星齿轮。

13.根据权利要求12所述的行星齿轮，其中，所述双向轴承支撑所述行星齿轮的联接轴。

14.一种传动系，包括根据权利要求11或12或13所述的齿轮。

15.一种风力发电机，包括根据权利要求11或12或13的齿轮。