CN107727396A - 轴承试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承试验设备，更具体地涉及用于试验径向轴承的试验设备，径向轴承包括第一座圈、第二座圈、以及布置在第一座圈与第二座圈之间的多个滚动元件。试验设备包括第一座圈的部段、第二座圈的部段、以及多个滚动元件中的一个或多个，其中，第一座圈的部段布置为与第二座圈的部段相对，一个或多个滚动元件布置在第一座圈的部段与第二座圈的部段之间，并且一个或多个滚动元件与第一座圈的部段和第二座圈的部段接触。试验设备还包括：用于在第一座圈的部段上施加载荷的装置、以及用于使第一座圈的部段和第二座圈的部段相对于一个或多个滚动元件运动的装置。此外，本发明涉及一种用于试验这种径向轴承的方法。

Description

轴承试验设备

技术领域

本发明涉及一种用于试验具有滚动元件的径向轴承的试验设备。具体来说，本发明涉及一种用于这种轴承的改善疲劳试验的概念。此外，本发明涉及一种用于试验具有滚动元件的径向轴承的方法。

背景技术

径向轴承的座圈和滚动元件自然而然地就暴露于磨损和疲劳。当设计和维护这种轴承时，最佳可能地了解轴承的磨损和疲劳程度至关重要。

用于确定径向轴承的磨损和疲劳的一种方法是大量的实验室试验，以便模拟滚动元件与座圈之间的接触。这些试验通常聚焦于材料特性以及其在轴承的操作期间（即，在载荷作用于轴承上期间）随着时间改变的方式。这种实验室试验通常用计算机模拟来进行补充。也就是说，该方法的缺陷在于与这些评估方法相关的大量误差源。此外，实验室试验和计算机模拟可能需要花费相当长的时间才能获得有效的且可信的结果。

用于确定径向轴承的磨损和疲劳的另一方法是全尺寸（full scale）疲劳试验。为此，使用并且操作处于全尺寸中（即，实际大小（full size））的径向轴承。随着时间的推移，确定出座圈和滚动轴承的状态，并且因此可以给出关于其磨损和所带来的维护工作的陈述。这些全尺寸轴承试验的缺陷在于相当大的成本以及在取得可靠结果之前的长时间跨度。

因此，期望提供一种与现有技术状态相比改进的并且能够可靠地试验径向轴承的概念。

发明内容

该目的是通过独立权利要求来解决。从属权利要求中描述了有利实施例和修改。

根据本发明，提供了一种用于试验径向轴承的试验设备，其中，该径向轴承包括第一座圈、第二座圈、以及多个滚动元件。这些滚动元件布置在第一座圈与第二座圈之间。试验设备包括第一座圈的部段、第二座圈的部段、以及多个滚动元件中的一个或多个。注意，第一座圈的部段布置为与第二座圈的部段相对。此外，一个或多个滚动元件布置在第一座圈的部段与第二座圈的部段之间。此外，一个或多个滚动元件与第一座圈的部段和第二座圈的部段接触。最后，试验设备包括：用于在第一座圈的部段上施加载荷的装置、以及用于使第一座圈的部段和第二座圈的部段相对于一个或多个滚动元件运动的装置。

本发明聚焦于与线性轴承相反的径向轴承。径向轴承由座圈限定，座圈具有大体上圆形或者环形的形状，如在截面图中观察到的。具体地，这应该这样被理解为外座圈的内表面具有大体上圆形的形状。同样，内座圈的外表面具有大体上圆形的形状。

待被试验的径向轴承包括两个座圈，第一座圈和第二座圈。这不排除待被试验的径向轴承包括甚至其它座圈，例如，第三座圈和第四座圈。待被试验的径向轴承然后可以是例如双列轴承，换言之，双座圈轴承。这涉及用作内座圈的两个座圈和用作外座圈的两个座圈。

此外，本发明聚焦于待被试验的径向轴承，该径向轴承包括多个滚动元件，例如，与滑动轴承相反。下文更加详细地描述合适且优选的滚动元件的示例。

在本发明的某些实施例中，座圈是锥形轴承，即，具有倾斜座圈的轴承。

试验设备包括第一座圈的部段和第二座圈的部段。具体来说，第一座圈的部段小于整个第一座圈。同样地，具体来说，第二座圈的部段小于整个第二座圈。

注意，试验设备包括用于在第一座圈的部段上施加载荷的装置。优选地，第一座圈布置为使得：当在第一座圈上施加载荷时，施加该载荷的力向下指向。这具有如下优点：引起在第一座圈的部段上施加载荷的重力有利于作用该力。

注意，具体地，由于一个或多个滚动元件布置在第一座圈的部段与第二座圈的部段之间，所以载荷通常不仅被施加在第一座圈的部段上，而且被施加在第二座圈的部段上，并且还被施加在（多个）滚动元件上。因此，两个座圈（并且甚至是（多个）滚动元件）均遭受到疲劳。因此，不仅可以分析第一座圈的磨损和疲劳，而且可以分析第二座圈以及（多个）滚动元件的磨损和疲劳。

上文所描述的这种试验设备可以有利地用于风力涡轮机的径向轴承。对于利用发明性试验设备来进行试验尤其有用的径向轴承的示例是在风力涡轮机的轮毂与转子叶片之间的变桨轴承。此外，风力涡轮机的偏航轴承和主轴承也非常适合于利用所描述的试验设备来进行试验。

本发明的关键方面在于，通过仅仅各自使用第一座圈和第二座圈的部段，并且通过仅仅使用多个滚动元件中的一个（或者几个），不必提供全尺寸轴承试验设备以便执行可靠的试验。相反，仅仅足以执行试验的相对较小的部分按照可以执行长期疲劳试验的方式被加以截取和布置。

在第一替代例中，用于使第一座圈和第二座圈的部段运动的装置布置和配置为使得第一座圈和部段和第二座圈的部段两者可以平行于彼此运动。

换言之，两个座圈部段均优选地同时地且在相反方向上运动。通过在系统（包括两个座圈部段和一个或多个滚动元件）上施加载荷，其中，该载荷大于（多个）滚动元件与座圈部段之间的摩擦，（多个）滚动元件能保持大体上静止，而两个座圈部段则平行于彼此运动。这具有如下优点：（多个）滚动元件相对于用于施加载荷的装置（例如，液压缸）的位置保持不变。因此，可以选择出（多个）滚动元件的相对于用于施加载荷的装置的最佳位置，然后将在整个试验过程中保持该位置。

在第二替代例中，座圈的一个部段保持静止，并且仅仅使座圈的另一部段运动。

由于系统上的载荷（该载荷被认为大于（多个）滚动元件与座圈部段之间的摩擦），所以（多个）滚动元件仍会相对于两个座圈部段运动。因此，可靠的试验仍是可能的。

该替代例具有如下优点：仅仅需要使一个座圈部段运动，因此减少了对用于使（多个）座圈部段运动的装置的能耗和磨损。

在本发明的实施例中，第一座圈包括大体上环形的形状，并且第一座圈的部段短于第一座圈的周长的25%。特别地，第一座圈的部段短于第一座圈的轴承的10%，甚至更特别地，其短于第一座圈的周长的5%。

因此，仅仅需要第一座圈的相对较小的部分（以及第二座圈的相对较小的部分）来执行径向轴承的试验。注意，座圈的该相对较小的长度通常是足够的，以使得能够按照如下方式来执行一个或多个滚动元件在第一座圈的该部段上的运动：即，可以获得有效的试验结果以便可靠地评估径向轴承。

注意，对于所提出的试验设备，同样仅仅需要第二座圈的相对较小的部段。用于实践目的，有利的是提供大体上相同长度的两个部段，即，第一座圈的部段和第二座圈的部段。

所需要的第一座圈的部段的相对较小的大小（以及所需要的第一座圈的部段的相对较小的大小）的有利结果是第一座圈和第二座圈的这些部段的质量分别相对较小。这可以使得仅仅通过维修人员就能够处理相应座圈部段，即，不用任何辅助装置。

以所需要的和用于试验设备的第一座圈的部段的长度为特征的另一方法在于，其长度与待被试验的径向轴承的滚动元件的周长相关。在本发明的实施例中，第一座圈的部段短于滚动元件的周长的二十倍，特别地短于滚动元件的周长的五倍，甚至更特别地短于滚动元件的周长的两倍。

因此，已经观察到，即使是座圈的部段的相对较小的长度也足以执行径向轴承的有效疲劳试验。滚动长度必须确保材料几乎完全没有载荷。该距离取决于滚动元件的大小、接触比率（osculation ratio）、以及载荷水平，但其可以甚至小于滚动元件的直径。然而，可能优选地是选择稍微较长的长度，以便例如在第一座圈的部段的一个或者两个边缘处具有一定安全裕度。

在本发明的另一实施例中，试验设备进一步包括保持器，该保持器用于可拆卸地将第一座圈的部段附接至试验设备。

提供这种保持器具有如下优点：可以容易地试验第一座圈的不同部段。第一座圈的这些不同部段可以是相同座圈的一部分；换言之，在试验设备中对相同座圈的不同部段进行试验。此外，座圈的这些不同部段还可以源自不同的座圈，以便在试验设备中试验不同的轴承。在任何情况下，用于迅速地且容易地改变待被试验的座圈的部段的保持器是有利的。

在本发明的另一实施例中，用于向第一座圈的部段施加载荷的装置包括液压缸。

该装置已得到很好的验证并且非常合适，以便循环地向第一座圈施加载荷以及从第一座圈解除载荷。

在本发明的另一实施例中，用于使座圈部段相对于一个或多个滚动元件运动的装置包括马达和杆系统。

该马达和杆系统尤其适合于执行滚动元件的预定运动。例如，可以通过该系统来编程和执行循环运动。

在本发明的另一实施例中，第一座圈的部段的内表面的轮廓具有圆形段的形状，其中，该圆形段小于半圆。

径向轴承的座圈的内表面通常是圆的并且能够接收和引导滚动元件。具体来说，典型的座圈具有带有类似于圆形段的形状的内表面。因此，作为试验设备的一部分的第一座圈的部段的内表面同样可以具有这种圆形段的形状，即小于半圆。已经证明，四分之一圆也足以执行可靠且有效的试验测量。

在本发明的另一实施例中，第一座圈的部段的后表面包括边缘，并且第一座圈的部段布置为使后表面的边缘向下指向。

换言之，在本发明的有利实施例中，第一座圈的部段倾斜例如约四十五度，以便使角部边缘向下指向。这具有如下优点：可以按照最佳方式来引导滚动元件并且使其运动。

本发明进一步涉及一种用于试验径向轴承的方法，该径向轴承包括第一座圈、第二座圈、以及布置在第一座圈与第二座圈之间的多个滚动元件，其中，该方法包括如下步骤：

提供第一座圈的部段，

提供第二座圈的部段，

提供多个滚动元件中的一个或多个，

将第一座圈的部段布置为与第二座圈的部段相对，并且将一个或多个滚动元件布置在第一座圈的部段与第二座圈的部段之间，其中，一个或多个滚动元件与第一座圈的部段和第二座圈的部段接触，

在第一座圈的部段上施加载荷，以及

使第一座圈（11）的部段（21）和第二座圈（12）的部段（22）相对于一个或多个滚动元件运动。

发明性方法的关键方面在于，在提供了第一座圈和第二座圈的部段以及提供了待被试验的径向轴承的一个或多个滚动元件之后，按照恰当方式来布置这些部件并且在第一座圈的部段上施加载荷，并且使座圈部段相对于一个或多个滚动元件运动。例如，该运动可以是来回运动。

在发明性方法的优选实施例中，该运动是循环运动。换言之，该运动是周期运动。这是疲劳试验中的优选运动，因为通过这种循环运动，可以确保可重复试验条件。例如，所描述的方法的一种应用可以是：在预定载荷下在座圈部段上来回地执行1000次运动，并且在实验室中调查滚动元件以及第一座圈（即，其部段）的状态和性质。

在另一实施例中，第一座圈的部段的内表面的轮廓具有圆形段的形状，并且方法包括转变第一座圈的部段以使得圆形段减小至小于半圆的又一步骤。

换言之，改变或者转变第一座圈的部段的该又一步骤包括：取走材料并且减小内表面。这可以是有利的，因为第一座圈的部段存在更少的材料和更小的重量，同时仍可以执行可靠且有效的试验测量。这是由于如下事实：理想地，在滚动元件与待被试验的座圈的表面之间可以仅仅存在一条接触线。可替代地，同样可以存在多于一条接触线，但在任何情况下，取决于座圈和滚动元件的准确设计，都能不必使得存在整个半圆座圈表面。

在本发明的又另一实施例中，座圈的第一部段包括后表面，并且方法包括使该后表面纵长地变平的又一步骤。

这可以包括：使后表面的向下指向的边缘变平。注意，第一座圈可以具有环形形状。因此，不仅内表面可以具有圆形轮廓线，而且外表面也可以具有圆形轮廓线。因此，当取出第一座圈的部段时，然后在后表面上仍然存在曲率。因此，使后表面纵长地变平可以是有利的。

附图说明

现在将参照附图仅仅通过示例的方式对本发明的实施例进行描述，在附图中：

图1示出了径向轴承的截面图；

图2示出了沿着该径向轴承的线A-A’的剖面图；

图3示出了试验设备的部分；

图4示出了关于试验设备的概图，试验设备聚焦于施加第一座圈的部段的载荷的液压缸；

图5示出了用于使滚动元件在第一座圈的部段上运动的马达和杆系统。

附图中的示意图是图解形式。应注意，在不同的附图中，类似的或者相同的元件可以提供有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了径向轴承10的截面图。径向轴承10包括第一座圈11和第二座圈12。第一座圈11还可以表示为内座圈，而第二座圈12可以表示为外座圈。两个座圈11和12在截面图中均具有大体上圆形的形状。

第一座圈11和第二座圈12布置为使得第二座圈12可以围绕旋转轴线14相对于第一座圈11彼此旋转。

如图1中示出的，径向轴承10是滚动元件径向轴承。这意味着两个座圈11和12不直接针对彼此滑动，而是在这两个座圈11和12之间布置有多个滚动元件14。在如图1中图示的示例中，滚动元件14成形为球。

图2示出了沿着如图1中图示的线A-A’的截面图。其沿着旋转轴线14示出了第一座圈11的轮廓和第二座圈12的轮廓。可以这么说，第一座圈11具有带有半圆形状的内表面。同样地，第二座圈12也具有大体上成形为半圆的内表面。对于两个座圈11和12，后表面均大体上是平坦的。

图1和图2示出了待由发明性试验设备进行试验的径向轴承。

图3示出了第一座圈11的部段21和第二座圈12的部段22。两个部段21和22均是待被试验的径向轴承的相应座圈11和12的部分。图3也示出了滚动元件13，滚动元件13也是待被试验的径向轴承的一部分。注意，滚动元件13布置在第一座圈11的部段21与第二座圈12的部段22之间。注意，滚动元件13理想地在一个单个点处与第一座圈11的部段21接触并且理想地在一个单个点处与第二座圈12的部段22接触。一旦使得滚动元件13来回运动，就在第一部段21和第二部段22的内表面处生成对应的接触线。

注意，第一座圈11的部段21的内表面211具有轮廓，换言之是轮廓线212，该轮廓或者轮廓线212示出圆形段的一部分。具体来说，其具有大体上为四分之一圆的形状。由于已经从第一座圈11截取的第一座圈11的部段21已经被切割（cut out），因此就是这样的情况。这具有如下优点：节约了材料，并且能够更容易手动地运输第一座圈11的部段21。

在图3中，后表面213及其边缘214同样可见。后表面213的边缘214在图3中向下指向。这也是在试验设备中如何组装这些部件的配置，如可以在图4中看到的。

图4示出了用于施加载荷的装置23。将载荷施加在第二座圈12的部段22上，并且因此也间接地将载荷施加在滚动元件13和第一座圈11的部段21上。示例性地，用于施加载荷的装置可以实现为液压缸231。液压缸是有利的，因为其允许给滚动元件13和第一座圈11的部段21施加特定的且可重复的载荷。

试验设备的另一关键部件是在图5中示出的马达和杆系统。图5公开了用于使第一座圈11的部段21和第二座圈12的部段22运动的装置。该装置具体地由两个杆242来实现，该两个杆242连接承载着第一座圈11的部段21和第二座圈12的部段22的支撑台。因此，可以使这两个支撑台来回地运动。该运动是通过马达241来实现。具体而言，实现了循环运动。通过这种测量，可以确保对于试验径向轴承10的特性的可靠且可重复的长时间测量。

Claims (15)

1.用于试验径向轴承（10）的试验设备，所述径向轴承（10）包括第一座圈（11）、第二座圈（12）、以及布置在所述第一座圈（11）与所述第二座圈（12）之间的多个滚动元件（13），

其中：

所述试验设备包括所述第一座圈（11）的部段（21）、所述第二座圈（12）的部段（22）、以及所述多个滚动元件（13）中的一个或多个，

所述第一座圈（11）的所述部段（21）布置为与所述第二座圈（12）的所述部段（22）相对，

所述一个或多个滚动元件（13）布置在所述第一座圈（11）的所述部段（21）与所述第二座圈（12）的所述部段（22）之间，

所述一个或多个滚动元件（13）与所述第一座圈（11）的所述部段（21）和所述第二座圈（12）的所述部段（22）接触，并且

所述试验设备还包括：用于在所述第一座圈（11）的所述部段（21）上施加载荷的装置（23）、以及用于使所述第一座圈（11）的所述部段（21）和所述第二座圈（12）的所述部段（22）相对于所述一个或多个滚动元件（13）运动的装置（24）。

2.根据权利要求1所述的试验设备，

其中，用于使所述第一座圈（11）的所述部段（21）和所述第二座圈（12）的所述部段（22）运动的所述装置（24）配置为使得所述第一座圈（11）和所述第二座圈（12）的所述部段（21、22）能够大体上平行于彼此运动。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的试验设备，

其中，所述第一座圈（11）包括大体上环形的形状，并且所述第一座圈（11）的所述部段（21）短于所述第一座圈（11）的周长的25%，特别地短于所述第一座圈（11）的周长的10%，甚至更特别地短于所述第一座圈（11）的周长的5%。

4.根据权利要求1或者2中的任一项所述的试验设备，

其中，所述试验设备的至少一个所述滚动元件（13）包括限定出所述滚动元件（13）的周长的大体上圆形的截面，并且所述第一座圈（11）的所述部段（21）短于所述滚动元件（13）的周长的二十倍，特别地短于所述滚动元件（13）的周长的五倍，甚至更特别地短于所述滚动元件（13）的周长的两倍。

5.根据权利要求4所述的试验设备，

其中，所述第一座圈（11）的所述部段（21）长于所述滚动元件（13）的周长。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的试验设备，

其中，所述试验设备进一步包括保持器，所述保持器用于可拆卸地将所述第一座圈（11）的所述部段（21）附接至所述试验设备。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的试验设备，

其中，用于向所述第一座圈（11）的所述部段（21）施加载荷的所述装置（23）包括液压缸（231）。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的试验设备，

其中，用于使所述第一座圈（11）和所述第二座圈（12）的所述部段（21、22）分别相对于所述一个或多个滚动元件（13）运动的所述装置（24）包括马达和杆系统。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的试验设备，

其中，所述第一座圈（11）的所述部段（21）的内表面（211）的轮廓（212）具有圆形段的形状，其中，所述圆形段小于半圆，例如，四分之一圆。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的试验设备，

其中，所述第一座圈（11）的所述部段（21）的后表面（213）包括边缘（214），并且所述第一座圈（11）的所述部段（21）布置为使得所述后表面（213）的所述边缘（214）向下指向。

11.用于试验径向轴承（10）的方法，所述径向轴承（10）包括第一座圈（11）、第二座圈（12）、以及布置在所述第一座圈（11）与所述第二座圈（12）之间的多个滚动元件（13），其中，所述方法包括如下步骤：

提供所述第一座圈（11）的部段（21），

提供所述第二座圈（12）的部段（22），

提供所述多个滚动元件（13）中的一个或多个，

将所述第一座圈（11）的所述部段（21）布置为与所述第二座圈（12）的所述部段（22）相对，并且将所述一个或多个滚动元件（13）布置在所述第一座圈（11）的所述部段（21）与所述第二座圈（12）的所述部段（22）之间，其中，所述一个或多个滚动元件（13）与所述第一座圈（11）的所述部段（21）和所述第二座圈（12）的所述部段（22）接触，

在所述第一座圈（11）的所述部段（21）上施加载荷，以及

使所述第一座圈（11）的所述部段（21）和所述第二座圈（12）的所述部段（22）相对于所述一个或多个滚动元件（13）运动。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中，所述第一座圈（11）和所述第二座圈（22）的所述部段（21、22）的所述运动是循环运动。

13.根据权利要求11或者12中的任一项所述的方法，

其中，所述第一座圈（11）的所述部段（21）大体上平行于所述第二座圈（12）的所述部段（22）运动。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，

其中，所述第一座圈（11）的所述部段（21）的内表面（213）的轮廓（212）具有圆形段的形状，并且所述方法包括转变所述第一座圈（11）的所述部段（21）以使得所述圆形段减小至小于半圆的又一步骤。

15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，

其中，所述第一座圈（11）的所述部段（21）包括后表面（213），并且所述方法包括使所述后表面（213）纵长地变平的又一步骤。