CN108291577B - 旋转轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转轴承，特别是大型中心开口的环形轴承，其包括两个同轴的轴承座圈，其中一个轴承座圈具有朝向另一个轴承座圈开口的槽，并且另一个轴承座圈具有插入到前述槽中的凸起环，其中凸起环通过多个支承组件相对于槽而被支承在旋转轴承的轴向和径向上，所述支承组件包括安装在凸起环相对两端面上的至少两个轴向轴承，以及安装在凸起环的外表面上的至少一个径向轴承。根据本发明，多个支承组件具有位于凸起环和槽之间的至少一个滑动轴承和至少一个滚动轴承。

Description

旋转轴承

技术领域

本发明涉及一种旋转轴承，尤其涉及一种大型中心开口的环形轴承，其包括两个同轴的轴承座圈，其中一个轴承座圈具有朝向另一个轴承座圈开口的槽，并且另一个轴承座圈具有插入到前述槽中的凸起环，其中凸起环通过多个支承组件相对于槽而被支承在旋转轴承的轴向和径向上，所述支承组件包括安装在凸起环相对两端面上的至少两个轴向轴承，以及安装在凸起环的外表面上的至少一个径向轴承。

背景技术

在用于特殊用途的大型环形轴承中，有时相当大的弯矩和倾斜力作用于轴承环上，这会导致变形以及轴承座圈相对于彼此的角度偏移，以至于在轴承座圈与滚动元件的区域发生提前磨损。这种类型的旋转轴承可以有数米的直径并且可以用在起重机上，例如用于旋转支承和撑起船用起重机或港口起重机的支撑桅杆，其中不仅有竖直力而且还有弯矩和/或倾斜负荷在这里必须被吸收。在这种情况下，当所述轴承的中间或中心必须保持空心以允许待支撑的部件，例如前述的起重机支撑桅杆，穿过所述轴承，例如因此可以将旋转驱动器连接到被穿过的部件上，上述扭曲和倾斜问题会进一步加剧。由于空间不足，这样一个中心开口旋转轴承的轴承环在制造时不能是任意的所需尺寸，特别是在径向方向上，并且因此在轴承座圈中可获得的惯性面积矩受到限制。

此外为与这类大型环形轴承相关的非常具体的负荷特性问题，这类大型环形轴承在典型的应用中，如在起重机塔或在起重机桅杆轴承或在用于调整风力涡轮机的转子叶片俯仰角度的转子叶片轴承中，在运行和服务年限的大部分时间内是保持静止的，但是然而要承受高负荷。考虑到停机时间占很大比例却要承受高负荷，特别是因为转速相当低，从长远上防止轨道和滚动元件的疲劳相关的变形和表面损坏，并确保它们从静止状态平稳地启动和旋转，这并非完全简单。为了能够在静止状态下吸收这些高负荷，而不使轨道和/或滚动元件产生剩余变形，同时确保从静止状态能平稳启动，具有非常大圆柱直径的圆柱滚动轴承经常被使用，而不采用具有很小滚动元件直径的滚针轴承或滚珠轴承，圆柱滚动轴承具有一定的弹性，这可以更有效地分配负荷，并且可以实现更小的表面压力。然而，因为这种圆柱滚动轴承需要很大的安装空间，所以这种具有非常大圆柱直径的圆柱滚动轴承可能会出现空间问题。

例如在文献EP2092204B1中示出了前述类型的旋转轴承，根据其公开内容，一个轴承座圈的凸起环应该被两个彼此相对设置的轴向轴承和两个彼此相对设置的径向轴承夹紧在另一个轴承座圈的槽中，其中相对设置的轴向轴承和径向轴承应当阻止所述凸起环的不希望的形变，并且避免所述轴承座圈在径向方向的分离。文献WO 2008/088 213 A2中公开了类似的旋转轴承及其在船舶起重机的支撑桅杆上的安装情况。虽然所引用的文献本质上是通过从凸起环侧面的相对两侧夹紧凸起环而解决由所述轴承座圈的扭曲所导致的所述径向轴承的分离问题并试图避免径向轴承的抬升，但是轴向轴承区域内的倾斜和扭曲仍然可能发生。

通常，竖直方向的起重机负荷和起重机桅杆支承结构内的相应的支承力仍然组成旋转轴承负荷的大部分或相当大部分，并且需要吸收竖直方向的起重机负荷的底部轴向轴承通常被配置成承载负荷的圆柱滚动轴承的形式，所述滚动轴承的圆柱滚子具有比较大的圆柱滚子宽度，从而具有足够大的接触线来将表面压力保持在可承受的范围内。另一方面，因为情况很快变成是所述圆柱滚子的仅仅很小一部分实际上承受负荷，所以如此大宽度的圆柱滚子轴承对滚道彼此之间的倾斜和/或歪斜反应强烈。

在这方面，已经提出增加使用的支承组件的数量以实现对凸起环的进一步更稳定的支承。例如，文献WO2015/055317A2提出使用三个轴向轴承，其中两个轴向轴承被设置在凸起环的一侧上，并且第三个轴向轴承被设置在凸起环的相对另一侧上。此外，凸起环由两个相对设置的径向轴承支承。然而，增加轴承组件的数量会导致更大的结构体积，这是因为如果多个滚动轴承在凸起环的一侧彼此相邻设置，那么不仅滚动轴承需要垂直于滚动元件的旋转轴线的空间，而且所述旋转轴线也应当在滚动元件的方向上彼此间隔开。在受限的安装条件下，至少当凸起环和/或支承在其上的槽环的环部分不是被过分减薄时，这可能会导致问题，这将会使得通过增加支承组件数量而实现的倾斜和扭转刚度的增强效果被抵消而无效化。

发明内容

本发明解决了生产上述类型的改进的旋转轴承的问题，其避免了现有技术的缺点并以有利的方式发展了现有技术。特别是，大型中心开口的环形轴承被制造为具有用于有限的安装空间的紧凑设计，并且可以吸收高的轴向负荷，从而不会受到轨道倾斜负荷和歪斜的影响。

根据本发明，所述问题通过如权利要求1所述的旋转轴承来解决。本发明的优选构造是从属权利要求的主题内容。

因此提出不仅在凸起环和另一个轴承座圈中的凹槽之间设置滚动轴承，而且还提出将滚动轴承与滑动轴承结合，使得凸起环通过滑动轴承和滚动轴承被支承在凹槽上并且一部分载荷被滑动轴承吸收而且另一部分载荷被滚动轴承吸收。根据本发明，多个支承组件具有位于凸起环和凹槽之间的至少一个滑动轴承和至少一个滚动轴承。通过巧妙地选择滑动轴承与滚动轴承的结合，可以在紧凑设计中实现从静止状态的平稳启动，这也非常适合于安装空间受限的情况，并且可以在静止期间和旋转运行期间都实现各种受力部件的精确支承，以避免凸起环向凹槽的扭曲或者甚至倾斜。

在本发明的进一步实施例中，至少一个径向轴承被设置为滑动轴承，而至少一个轴向轴承被构造为滚动轴承。由于在典型的使用情况下，轴向力通常占主导地位而且通常甚至远大于径向支承力，因此可能通过用作轴向轴承的滚动轴承实现从静止状态的平稳启动，而同时可能实现特别紧凑的轴承结构，该轴承结构通过使用用作径向轴承的至少一个滑动轴承还能充分良好地吸收径向力。

根据本发明的有利发展，滑动轴承和滚动轴承也可以在轴向轴承中结合使用，从而也有效地吸收径向力并确保平稳启动。特别地，多个径向轴承中的至少一个可以被构造为滑动轴承，并且多个径向轴承中的至少另一个可以被构造为滚动轴承，其中有利地用作径向轴承的滑动轴承和滚动轴承可以被设置在凸起环的相对两侧上。

如上所述，如果径向轴承被设置在凸起环的相对两侧上，则有利的是，被设置为滑动轴承的径向轴承被设置在凸起环的外侧上，而被设置为滚动轴承的径向轴承可以被设置在凸起环的内侧上。通过将滑动轴承设置在凸起环的外侧上，为轴承座圈的边缘板创造空间，该边缘板以指状方式从外侧包围凸起环，使得所述轴承座圈边缘板可以在具有径向紧凑设计的同时更加牢固并且/或者更少地被减薄。尽管设计更紧凑，但可以通过这种方式进一步提高刚性。

在本发明的另一个实施例中，从径向观察时，用作径向轴承的滑动轴承和同样用作径向轴承的位于相反侧的滚动轴承可以彼此重叠，但是有利地两者在轴向方向上彼此略微偏移，并且因此滑动轴承和滚动轴承不位于同一平面内。有利地，滑动轴承可以更加朝向轴向轴承中的一个偏移，而滑动轴承更加居中地被设置在彼此相对布置的轴向轴承之间。

如果考虑在两个轴向轴承之间垂直于轴承的旋转轴线延伸的虚拟中心平面，具体地该虚拟中心平面与设置在凸起环的相对两侧上的轴向轴承等距，即与这两个轴向轴承等距离地设置，有利地，用作径向轴承的滑动轴承比也用作径向轴承的滚动轴承更加远离前述中心平面。以这种方式，可以实现径向力的更均匀的吸收，同时减小凸起环的变形趋势，而且不会由此引起空间问题。滑动轴承可以更靠近轴向轴承中的一个滑动而不会引起空间问题，而位于轴向轴承之间更居中的用作径向轴承的滚动轴承可以以更平衡的方式吸收在轴向轴承之间产生的更居中的径向支承力。

在本发明的进一步实施例中，当从径向观察时，用作径向轴承的滑动轴承可以被设置成与一个轴向轴承重叠。可以说，所述滑动轴承因此可以覆盖轴向轴承中的一个。

在本发明的一个有利的改进方案中，在旋转轴承的旋转轴线的方向上将凸起环支承在凹槽上的每个轴向轴承都可以被设置为滚动轴承以便最佳地吸收通常非常高的轴向力。在这种情况下，设置两个轴向轴承是有利的，所述两个轴向轴承被设置在凸起环的相对两侧上。

在轴向上观察，两个轴向轴承可以彼此重叠，但有利地彼此略微偏移，使得一个轴向轴承具有比另一个轴向轴承更小的直径。

如果需要的话，第三轴向轴承也可以支承与凹槽相对的凸起环，并且因此支承与另一个轴承座圈相对的一个轴承座圈，使得较高的轴向力可以被更窄的轴承吸收并且可以被分布到各个支承点。在这种情况下，位于凸起环同一前侧上的两个轴向轴承不仅横向地彼此间隔开，而且也在轴向方向上彼此偏移，以便获得关于扭转和倾斜的更多且因此更大的坚固性。有利地，凸起环还通过第三轴向轴承在轴向上被支承在凹槽上，其中两个轴向轴承在分开的轨道上被设置在凸起环的同一侧上，所述分开的轨道沿滚动轴承的轴向彼此偏移。由于凸起环的同一前侧上的两个轴向轴承的轨道在轴向上偏移的结果，尽管这两个轴向轴承被设置在凸起环的同一侧上，这两个轴向轴承获得了不同的支点比，并且因此可以在扭转和轨道倾斜的情况下实现改进的支承，并且这两个轴向轴承不会同时以相同的方式发生倾斜或松脱。

有利的是，凸起环的相同前侧上的两个轴向轴承中的每一个的宽度可以小于位于凸起环的相对另一侧表面上的轴向轴承的宽度。如果圆柱滚子轴承被用作轴向轴承，则其宽度是滚动元件的长度和/或轴承轨道的宽度。如果滑动轴承被用作轴向轴承，则其宽度是滑块元件的宽度，或者如果使用多个滑动衬垫，则其宽度是滑块的宽度的总和和/或滑动轴承的轨道宽度。通过为位于凸起环的同一前表面上的两个轴向轴承采用两个独立的相对较窄的轨道，可能更容易适应连接结构的变形引起的倾斜。另外，两个这样的彼此偏移和相对较窄的轨道共同带来滚动元件和轨道之间或滑动块和轨道之间的更长的线接触，特别是当由于变形引起的轨道的轻微倾斜发生时。而且，从制造的角度来看，窄轨道也更容易以更高的精度生产，并且因此形状公差也不会经常出现并且其权重较轻。

原则上，相同前侧上的两个轴向轴承的前述轴向偏移可以具有不同的构造或尺寸。为了实现关于扭转和不同支承比的显著解耦，本发明的进一步实施例中的所述偏移量为滚动元件的规定直径的至少10％但小于200％。

在本发明的另一个实施例中，也可以为轴向轴承提供滑动和滚动轴承的组合。特别是当三个轴向轴承以上述方式被设置时，所述轴向轴承中的一个可以被设置为滑动轴承，其中，优选地，被设置在凸起环的同一侧上的两个轴向轴承中的一个可以被设置为滑动轴承，从而使得滑动轴承和滚动轴承可以在凸起环的这一侧彼此结合。

当观察设置在凸起环的彼此相对的前表面上的轴向轴承时，有利地，轴向轴承可具有不同的轨道直径，其中本发明的有利改进方案提出，当从轴向观察轴向轴承时，位于凸起环相同前侧上的两个轴向轴承，例如设置在那里的滑动轴承，不与位于凸起环另一前侧上的轴向轴承重叠。在这种情况下，轴向意味着滚动轴承的旋转轴线。

在本发明的有利改进方案中，在轴向方向上观察时，设置在凸起环的相同前侧上的两个轴向轴承中的一个例如其中的滚动轴承可以与凸起环的另一个前侧上的轴向轴承重叠，而凸起环的同一前侧上的两个轴向轴承中的另一个例如其中的滑动轴承不与凸起环另一前侧上的轴向轴承重叠。

附图说明

在下文中，基于优选实施例和相关附图更详细地解释本发明。附图示出了如下内容：

图1：示出了根据本发明的优选实施例的中心开口旋转轴承的纵向半剖视图，其中两个轴承座圈通过两个圆柱滚子轴承形式的轴向轴承和两个径向轴承彼此支承，其中两个径向轴承为一个圆柱滚子轴承和一个滑动轴承的形式。

图2：示出了根据本发明的进一步实施例的中心开口旋转轴承的纵向半剖视图，其中两个轴承座圈通过三个轴向轴承和两个径向轴承彼此支承，其中三个轴向轴承为一个滑动轴承和两个圆柱滚子轴承的形式，两个径向轴承为一个滑动轴承和一个圆柱滚子轴承的形式。

具体实施方式

如图1和2所示，滚动轴承1可以包括两个轴承座圈2和3，其中一个轴承座圈2形成内圈并且另一个轴承座圈3形成外圈。所述内圈2可具有比外圈3更小的内径并且/或者外圈3可具有比内圈2更大的外径。

一个轴承座圈2，优选为内圈，可以具有朝向另一个轴承座圈3开口的凹槽4，该凹槽4优选地朝向外圈，并且另一个轴承套圈3以设置在其上的凸起环5插入配合到所述凹槽4中，从而在所有侧面上形成间隙和/或间隔。优选地，该凹槽4能够从四个侧面，即在凸起环5的侧面的两个相对侧上以及凸起环5的前侧的两个相对侧上包围凸起环5。

在此，所述凹槽4具有(大致)U形的底部轮廓，其中凹槽底部(图1中的左右)由两个支承环臂包围。此外，凹槽4在与凹槽底部相对的一侧上可以具有横向突出的延伸部4a，该延伸部4a在与凹槽底部相对的一侧上包围凸起环5的前部。总体而言，所述凹槽4可以被构造成使得其被底切。为了能够将凸起环5插入凹槽4中，具有凹槽4的轴承座圈2可以由支撑环6和可以放置在支撑环上的保持环7组成，参见图1和图2。

如图1所示，所述凸起环5可以通过两个轴向轴承8和10以及两个径向轴承11和12相对于凹槽4被支承。有利的是，两个轴向轴承8和10设置在凸起环的相对两端面上。有利地，径向轴承11和12也可以设置在相对两侧上，即，凸起环5的侧表面的相对两侧上，从而在每种情况下，所述凸起环5在位于相对两侧上的轴承之间在轴向方向和径向方向都以类似三明治的方式被嵌入和/或被支承。因此，凸起环5在所有侧面上相对于凹槽4被支承。

如图1所示，这些轴承包括滑动轴承和滚动轴承。特别地，两个径向轴承12中的一个可以被设置为滑动轴承，而位于相对另一侧的径向轴承11可以被设置为滚动轴承，尤其是圆柱滚子轴承。原则上，也可以将两个径向轴承11和12都设置为滑动轴承，或者将多个滑动轴承构造为径向支承结构，特别是将它们设置在凸起环的相对两侧上。然而，有利的是，通过如图1所示的结合使用滑动轴承和滚动轴承，紧凑的设计可以与有利的支承力吸收性能相结合，这使得能够平稳启动。

如图1所示，从径向观察，两个径向轴承11，12可以彼此重叠，但也可以相对于彼此稍微偏移。特别地，滑动轴承可以有利地朝向轴向轴承8中的一个更加偏移，而相对另一侧的滚动轴承11更加居中地设置在两个轴向轴承之间。根据图1所示的方位，滑动轴承12和滚动轴承11可以被设置为更加靠上。尤其是，在径向上观察，用作径向轴承12的滑动轴承可以覆盖和/或包围轴向轴承8中的一个。

如图1所示，当从轴向观察时，两个轴向轴承8和10可以彼此重叠，但是可以相对于彼此略微偏移；换句话说，这两个轴向轴承中的一个轴向轴承8可以具有比另一个轴向轴承10更大的直径。有利地，两个轴向轴承8和10可以构造为圆柱滚子轴承。用作径向轴承11的滚动轴承也可以构造为圆柱滚子轴承，但是也可以设想径向轴承11构造为滚珠轴承。

如图1所示，用作轴向轴承8和10的滚动轴承可以具有比在径向起作用的滚动轴承11更大的圆柱滚子轴承直径并且或者可以具有比在轴向起作用的的滚动轴承11更大的圆柱滚子轴承宽度。在这种情况下，两个轴向轴承8和10可以具有基本相同的尺寸；换句话说，两个轴向轴承8和10可以具有相同的圆柱滚子直径和相同的圆柱滚子宽度；参见图1。

根据图2所示的替代实施例，凸起环5也可以通过三个轴向轴承8，9和10以及两个径向轴承11和12相对于凹槽4被支承。有利地，两个所述轴向轴承8和9可以被设置在凸起环的相同的前侧上(根据图1的下侧)并且第三轴向轴承10可以设置在凸起环的相对另一前侧上。径向轴承11和12也可以设置在相对两侧上，即，凸起环5的侧表面的相对两侧上，使得凸起环5在位于相对两侧上的轴承之间在轴向方向和径向方向都以类似三明治的方式被嵌入和/或被支承。凸起环5在所有侧面上相对于凹槽4被支承。

如图2所示，设置在凸起环的相同前侧上的两个轴向轴承8和9不仅在径向方向上彼此间隔开并且被设置在不同的轨道上，而且它们在轴向上(即在箭头13的方向上)也彼此偏移从而使得两个轴向轴承8和9不位于相同的高度。

在本发明的进一步实施例中，三个轴向轴承8、9和10中的至少一个轴向轴承9可以被构造为滑动轴承，优选为设置在凸起环的同一前侧上的两个轴向轴承8和9中的一个。同时，另外两个轴向轴承8和10可以被构造为滚动轴承，尤其是圆柱滚子轴承，从而在轴向轴承8、9和10之间也存在滑动轴承和滚动轴承的组合。

如图2所示，设置在凸起环的同一前侧上的两个轴向轴承9和8中的靠外的一个可以构造为滑动轴承，而靠内的轴向轴承8可以构造为滚动轴承。原则上也可以将靠内的轴向轴承8设置为滑动轴承并且将靠外的轴向轴承9配置为滚动轴承。根据另一替代方案，也可以将三个轴向轴承中的两个轴向轴承配置为滑动轴承，而仅有一个设置为滚动轴承，其中这种情况下的两个滑动轴承可以设置在凸起环的同一前侧上，或者也可以设置在凸起环的相对两个前侧上。

在径向方向上测量，设置在凸起环的相同前侧上的两个轴向轴承8和9的宽度B可以设为小于设置在凸起环的相对另一前侧上的轴向轴承10的宽度，其中两个轴向轴承8和9的两个宽度的总和在适当情况下可以等于另一个轴向轴承10的宽度。

位于凸起环的相同前侧上的两个轴向轴承8和9可以被定位成使得当沿轴向观察时，一个轴向轴承9与位于凸起环的相对另一前侧上的轴向轴承10重叠，而另一个轴向轴承8不具有这种重叠位置关系。

两个径向轴承11和12可以彼此相对地设置。独立于此，当两个径向轴承11和12设置在轴向轴承8、9和10之间时是有利的；参见图1。

Claims (11)

1.一种旋转轴承，包括两个同轴的轴承座圈(2，3)，其中一个轴承座圈(2)具有朝向另一个轴承座圈(3)开口的槽(4)，并且另一个轴承座圈(3)具有插入到前述槽(4)中的凸起环(5)，其中所述凸起环(5)通过多个支承组件(8，9，10，11，12)相对于所述槽(4)而被支承，所述支承组件(8，9，10，11，12)包括至少两个安装在凸起环的相对两端面上的轴向轴承(8，9，10)，以在轴向上提供支承，以及至少一个径向轴承(11，12)，以在径向上提供支承，其特征在于，所述支承组件(8，9，10，11，12)包括滑动轴承和滚动轴承，其中设置有多个径向轴承(11，12)，至少一个径向轴承(12)被设置为滑动轴承并且至少另一个径向轴承(11)被设置为滚动轴承，其中用作径向轴承的滑动轴承被设置在所述凸起环(5)的外侧，并且用作径向轴承的滚动轴承被设置在所述凸起环(5)的内侧，其中从径向观察时，用作径向轴承(12)的滑动轴承与用作轴向轴承(8)的滚动轴承重叠。

2.根据权利要求1所述的旋转轴承，其中至少一个径向轴承(11，12)被设置为滑动轴承并且至少一个轴向轴承(8，10)被设置为滚动轴承。

3.根据权利要求1所述的旋转轴承，其中各自用作径向轴承(11，12)的所述滑动轴承和相对设置的所述滚动轴承从径向观察时彼此重叠，但在轴向上彼此偏移。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转轴承，其中所有的轴向轴承(8，9，10)被设置为滚动轴承，并且仅有至少一个所述径向轴承(12)被设置为滑动轴承。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转轴承，其中所述多个轴向轴承(8，9，10)包括至少一个滑动轴承和至少一个滚动轴承。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转轴承，其中所述凸起环(5)相对于所述槽(4)被支承并且因此所述两个轴承座圈(2，3)相对于彼此被支承是确切地通过两个轴向轴承(8，10)和两个径向轴承实现的，其中确切地所述径向轴承中的一个是滑动轴承并且所述两个轴向轴承(8，10)是滚动轴承。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转轴承，其中所述至少一个滑动轴承具有大于1米的直径。

8.根据权利要求1所述的旋转轴承，其中，所述旋转轴承是大型中心开口的环形轴承。

9.根据权利要求3所述的旋转轴承，其中，所述滑动轴承相比于位于与滑动轴承相对的另一侧的滚动轴承更加远离中心平面，所述中心平面与设置在所述凸起环的相对两侧上的轴向轴承(8，9，10)距离相等并且垂直于所述旋转轴承的旋转轴线而延伸。

10.根据权利要求4所述的旋转轴承，其中，所有的轴向轴承(8，9，10)被设置为圆柱滚动轴承。

11.根据权利要求5所述的旋转轴承，其中，所述多个轴向轴承(8，9，10)包括在所述凸起环的一侧上设置的滚动轴承以及在所述凸起环的相对另一侧上设置的至少一个滑动轴承和至少一个滚动轴承。

Images