CN111779761A - 齿轮箱及轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种齿轮箱及轴承，其中，轴承包括：抗磨套圈，适于套装固定于齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的齿轮之间，所述抗磨套圈与所述齿轮间隙配合；承载套圈，适于套装固定于所述齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的齿轮之间，所述承载套圈与所述齿轮间隙配合，所述承载套圈的外径小于所述抗磨套圈的外径；待所述轴承套装到所述齿轮支撑轴后，所述抗磨套圈的轴向端面与所述承载套圈的轴向端面相接触。本发明实施例通过设计适应不同工况下的组合轴承，不但延长轴承使用寿命，而且降低了生产成本。

Description

齿轮箱及轴承
技术领域
本发明实施例涉及机械技术领域，尤其涉及一种齿轮箱及轴承。
背景技术
随着海上风电的发展，大兆瓦级风机是未来发展的趋势，同时度电成本的降低，对齿轮箱的成本以及运行可靠性有更苛刻的要求，而轴承是齿轮箱中的关键部件，这对轴承的尺寸以及承载能力有更高的要求。由于滚动轴承的失效导致了风力发电齿轮箱失效，致使大量的维修时间和成本的浪费。
因此，如何在节约成本的基础上延长轴承使用寿命，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例解决的技术问题是在节约成本的基础上延长轴承使用寿命。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种轴承，包括：
抗磨套圈，适于套装固定于齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的齿轮之间，所述抗磨套圈与所述齿轮间隙配合；
承载套圈，适于套装固定于所述齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的齿轮之间，所述承载套圈与所述齿轮间隙配合，所述承载套圈的外径小于所述抗磨套圈的外径；
待所述轴承套装到所述齿轮支撑轴后，所述抗磨套圈的轴向端面与所述承载套圈的轴向端面相接触。
可选地，所述抗磨套圈的轴向尺寸小于所述承载套圈的轴向尺寸。
可选地，所述抗磨套圈的数量为两个，所述承载套圈包括轴向内端面和轴向外端面，待所述轴承套装到所述齿轮支撑轴后，各所述抗磨套圈适于分别设置于所述承载套圈的两端，且分别与所述轴向内端面和所述轴向外端面接触。
可选地，所述抗磨套圈包括相连接的轴向部和径向部，所述轴向部适于套装于所述齿轮支撑轴，所述径向部适于抵接于所述齿轮所在的齿轮箱。
可选地，所述抗磨套圈上开设有静压通道，所述静压通道连通所述抗磨套圈的内环面和外环面，所述静压通道适于与所述齿轮支撑轴上的静压油路相连通。
可选地，所述抗磨套圈还开设有静压储油槽，所述静压储油槽连通所述静压通道，所述静压储油槽的开口位于所述抗磨套圈的外环面。
可选地，所述承载套圈上开设有润滑通道，所述润滑通道连通所述承载套圈的内环面和外环面，所述润滑通道适于与所述齿轮箱的轴上的润滑油路相连通。
可选地，所述承载套圈还开设有润滑油储油槽，所述润滑油储油槽连通所述润滑通道，所述润滑油储油槽的开口位于所述承载套圈的外环面。
为解决上述问题，本发明实施例还提供一种齿轮箱，包括齿轮、齿轮支撑轴以及上述的轴承，所述轴承套装固定于所述齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的所述齿轮之间，所述轴承与所述齿轮支撑轴间隙配合。
可选地，所述齿轮支撑轴为阶梯轴，包括互相连接的第一轴段和第二轴段，所述抗磨套圈和所述承载套圈的二者中的一者套装固定于所述第一轴段，另一者套装固定于所述第二轴段。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的轴承，待将抗磨套圈和承载套圈分别套装固定到齿轮支撑轴后，抗磨套圈和承载套圈均与套装于所述齿轮支撑轴的齿轮间隙配合，所述抗磨套圈的轴向端面与所述承载套圈的轴向端面相接触，且所述承载套圈的外径小于所述抗磨套圈的外径，从而抗磨套圈与所述齿轮箱的齿轮之间的间隙小于承载套圈与齿轮之间的间隙，确保在启动或停机阶段行星齿轮与抗磨套圈先接触，通过抗磨套圈承受干摩擦和边界摩擦，并在齿轮箱平稳运行阶段，通过承载套圈与齿轮之间形成油膜，提高轴承的承载能力。通过将轴承按功能分离的方式进行设计，抗磨套圈由耐磨材料制成，从而在干摩擦或边界摩擦的工况下具有更长的使用寿命，提高轴承的耐磨性能；承载套圈主要在齿轮箱稳定运行期间通过与齿轮之间形成油膜起承载作用，承载套圈可采用性能和成本比较低的材料制成，降低了轴承整体的成本，且可以实现轴承的免维护。可见，本发明实施例通过设计适应不同工况下的组合轴承，不但延长轴承使用寿命，而且降低了生产成本。
可选方案中，所述抗磨套圈上还可以开设有静压通道，所述静压通道连通所述抗磨套圈的内环面和外环面，待将轴承套装于齿轮支撑轴后，所述静压通道能够与所述齿轮箱的齿轮支撑轴上的静压油路相连通，通过静压油路为抗磨套圈提供静压油，从而抗磨套圈和齿轮之间也可以形成压力油膜，通过压力油膜支撑齿轮，进一步能够提高轴承的承载性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所提供的一种齿轮箱的局部剖视图；
图2是本发明实施例所提供的一种轴承的局部结构示意图；
图3是本发明另一实施例所提供的齿轮箱的局部剖视图。
其中：10-抗磨套圈；100-静压通道；101-静压储油槽；102-静压油路；110-轴向部；120-径向部；30-承载套圈；300-润滑通道；301-润滑油路；40-行星架；50-齿轮；60-齿轮支撑轴。
具体实施方式
由背景技术可知，由于滚动轴承的失效导致了风力发电齿轮箱失效，致使大量的维修时间和成本的浪费。
为了在节约成本的基础上延长轴承使用寿命，本发明实施例提供了一种齿轮箱及轴承，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本说明书所涉及到的指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位，以特定的方位构造，因此不能理解为对本发明的限制。
请参考图1，图1是本发明实施例所提供的一种齿轮箱的局部剖视图。
如图1所示，本发明实施例所提供的轴承，包括：
抗磨套圈10，适于套装固定于齿轮支撑轴60，且位于所述齿轮支撑轴60和套装于所述齿轮支撑轴60的齿轮50之间，所述抗磨套圈10与所述齿轮50间隙配合；
承载套圈30，适于套装固定于所述齿轮支撑轴60，且位于所述齿轮支撑轴60和套装于所述齿轮支撑轴60的齿轮50之间，所述承载套圈30与所述齿轮50间隙配合，所述承载套圈30的外径小于所述抗磨套圈10的外径；
待所述轴承套装到所述齿轮支撑轴60后，所述抗磨套圈10的轴向端面与所述承载套圈30的轴向端面相接触。
所述抗摩套圈可以是通过易冲压的材料制成，例如，合金结构钢、马氏体型钢、奥氏体型钢、高温合金和钛合金材料等，为了提高其表面硬度以及耐磨性能可以对其做相应的热处理和表面涂层，考虑到薄壁件易变形，也可增加抗磨套圈10的厚度，运用机加工的方式制成，表面同样进行硬化涂层，以确保抗磨套圈10适合启动阶段与齿轮50之间的干摩擦或边界摩擦的工况。
所述承载套圈30可采用成本和性能相对低的材料制成，在运行稳定状态发挥作用，依靠齿轮50和承载套圈30之间的相对运动形成油膜产生压力，形成动压滑动轴承。轴承的外环面与齿轮50之间能够形成密闭空间，因此，轴承与齿轮50之间相对转动时，能够形成压力油膜。
在一种具体实施例中，可以通过公差的方式实现所述承载套圈30的外径小于所述抗磨套圈10的外径：即所述承载套圈30的外径名义尺寸与所述抗磨套圈10的外径名义尺寸相同，由于公差的设定，使得所述承载套圈30的实际外径小于所述抗磨套圈10的实际外径。当然，在其他实施例中，也可以是承载套圈30的外径名义尺寸小于所述抗磨套圈10的外径名义尺寸实现所述承载套圈30的外径小于所述抗磨套圈10的外径。
待将抗磨套圈10和承载套圈30分别套装固定到齿轮支撑轴60后，抗磨套圈10和承载套圈30均与套装于所述齿轮支撑轴60的齿轮50间隙配合，所述抗磨套圈10的轴向端面与所述承载套圈30的轴向端面相接触，且所述承载套圈30的外径小于所述抗磨套圈10的外径，从而抗磨套圈10与所述齿轮箱的齿轮50之间的间隙小于承载套圈30与齿轮50之间的间隙，确保在启动或停机阶段行星齿轮50与抗磨套圈10先接触，通过抗磨套圈10承受干摩擦和边界摩擦，并在齿轮箱平稳运行阶段，通过承载套圈30与齿轮50之间形成油膜，提高轴承的承载能力。
通过将轴承按功能分离的方式进行设计，抗磨套圈由耐磨材料制成，从而在干摩擦或边界摩擦的工况下具有更长的使用寿命，提高轴承的耐磨性能；承载套圈主要在齿轮箱稳定运行期间通过与齿轮之间形成油膜起承载作用，承载套圈可采用性能和成本比较低的材料制成，降低了轴承整体的成本，且可以实现轴承的免维护。可见，本发明实施例通过设计适应不同工况下的组合轴承，不但延长轴承使用寿命，而且降低了生产成本。
为了保证正常运行时的动压承载区域，且降低轴承整体的成本，在一种具体实施例中，所述抗磨套圈10的轴向尺寸小于所述承载套圈30的轴向尺寸。
抗磨套圈10和承载套圈30的数量不做限定。在一种具体实施例中，为了便于将轴承安装到齿轮支撑轴60上，所述抗磨套圈10的数量为两个，所述承载套圈30的数量是1个。所述承载套圈30包括轴向内端面和轴向外端面，待所述轴承套装到所述齿轮50支撑轴后，各所述抗磨套圈10分别设置于所述承载套圈30的两端，且分别与所述轴向内端面和所述轴向外端面接触。当然，在其他实施例中，还可以是抗磨套圈的数量是1个，承载套圈的数量是2个，待所述轴承套装到所述齿轮箱的行星轴后，承载套圈分别设置于所述抗磨套圈的轴向两端。
结合图1参考图2，齿轮50的受载比较复杂，轴向载荷不是一直存在的，比如：应用于行星齿轮时，如果行星轴有挠曲，齿轮50上会有轴向分力，因此，在一种具体实施例中，所述抗磨套圈10可以包括相连接的轴向部110和径向部120，抗磨套圈10呈L形，所述轴向部110适于套装于所述齿轮50支撑轴，所述径向部120适于抵接于所述齿轮50所在的齿轮箱。
在工作过程中2个抗磨套圈10和1个承载套圈30均承受径向载荷，左右布置(图1中的左右两侧)的L形抗磨套圈10可以承受轴向载荷。当然，在其他实施例中，抗磨套圈10的轴向部110和径向部120也可以分离，待抗磨套圈10组装到齿轮支撑轴60后，轴向部110和径向部120可以直接相接触，或者轴向部与径向部过盈配合，还可以是轴向部与径向部间隙配合，轴向部抵接于行星架实现轴向定位。
需要说明的是，此处的齿轮箱包括齿轮箱壳体以及齿轮箱壳体内的组件。径向部抵接于所述齿轮所在的齿轮箱，可以是抵接于齿轮箱的壳体，或者抵接于齿轮支撑轴的轴肩，当齿轮箱是行星齿轮箱时，如图1所示，径向部可以抵接于与行星轴过盈配合的行星架，只要能够保证轴承安装到齿轮箱后，轴承能够正常运行而不会沿轴向移动即可。
需要说明的是，齿轮箱类型不做限定。为便于描述，本发明以行星齿轮箱为例进行描述，相应的，齿轮为行星齿轮，齿轮支撑轴为行星轴。当然，在其他实施例中，齿轮箱还可以是圆柱齿轮齿轮箱。
在一种具体实施例中，为了降低抗磨套圈10和齿轮50之间的摩擦，还可以在抗摩套圈上设计合理的油路，如图3所示，所述抗磨套圈10上开设有静压通道100，所述静压通道100连通所述抗磨套圈10的内环面和外环面，所述静压通道100适于与所述齿轮50支撑轴上的静压油路102相连通，以便于为静压通道100提供静压油。
在启动阶段将静压油通过静压油路102通入静压通道100中，因静压油具有压力，能够在启动初期起到支撑齿轮50的作用，能够进一步提高抗磨轴承的承载能力。
在一种具体实施例中，如图2所示，所述抗磨套圈10还开设有静压储油槽101，所述静压储油槽101连通所述静压通道100，所述静压储油槽101的开口位于所述抗磨套圈10的外环面，使得齿轮50和抗磨套圈10接触表面能够更好的充满润滑油。
继续参考图3，在一种具体实施例中，所述承载套圈30上可以开设有润滑通道300，所述润滑通道300连通所述承载套圈30的内环面和外环面，所述润滑通道300适于与所述齿轮箱的行星轴上的润滑油路301相连通，以便于为润滑通道300提供静压油。
在运行稳定阶段，将普通的润滑油通过润滑油路301通入润滑通道300中，整个轴承和齿轮50之间能够形成动压油膜，该动压油膜能够起到支撑齿轮50的作用，提高轴承的承载能力，使得整个系统平稳的运行。
当然，与抗磨套圈10类似，所述承载套圈30也可以开设有润滑油储油槽，所述润滑油储油槽连通所述润滑通道300，所述润滑油储油槽的开口位于所述承载套圈30的外环面，使得齿轮50和承载套圈30接触表面能够更好的充满润滑油。
本发明实施例还提供一种齿轮箱，包括：齿轮50支撑轴以及上述的轴承，所述轴承套装于所述行星架40且所述轴承设置于所述齿轮50、行星架40以及行星轴围成的空间内。
齿轮箱类型不做限定。在一种实施例中，如图3所示，所述齿轮箱为行星齿轮箱，相应的，齿轮50为行星齿轮，齿轮支撑轴60为行星轴。所述轴承设置于所述齿轮50、行星架40以及行星轴围成的空间内。
当然，在其他实施例中，齿轮箱还可以是圆柱齿轮齿轮箱。
本发明实施例所提供的齿轮箱，因轴承的抗磨套圈和承载套圈的外环面均与所述齿轮箱的齿轮间隙配合，所述抗磨套圈的轴向端面与所述承载套圈的轴向端面相接触，且所述承载套圈的外环面的直径小于所述承载套圈的外环面的直径，从而抗磨套圈的外环面与所述齿轮箱的齿轮之间的间隙小于承载套圈的外环面与齿轮之间的间隙，确保在启动或停机阶段行星齿轮与抗磨套圈先接触，通过抗磨套圈承受干摩擦和边界摩擦，并在齿轮箱平稳运行阶段，通过承载套圈与齿轮之间形成油膜，提高轴承的承载能力。通过将轴承按功能分离的方式进行设计，抗磨套圈由耐磨材料制成，从而在干摩擦或边界摩擦的工况下具有更长的使用寿命，提高轴承的耐磨性能；承载套圈主要在齿轮箱稳定运行期间通过与齿轮之间形成油膜起承载作用，承载套圈可采用性能和成本比较低的材料制成，降低了轴承整体的成本，且可以实现轴承的免维护。可见，本发明实施例通过设计适应不同工况下的组合轴承，不但延长轴承使用寿命，而且降低了生产成本。
继续参考图3，在一种具体实施例中，所述齿轮支撑轴60上开设有静压油路102和润滑油路301，所述静压油路102连通静压通道100，为所述抗磨套圈10的外环面提供静压油，所述润滑油路301连通润滑通道300，为所述承载套圈30的外环面提供润滑油。
行星轴上开设的静压油路102和润滑油路301的形状不做限制，如图3所示，为了便于在行星轴上开孔，可以在行星轴上开设互相垂直的轴向孔和径向孔。当然，在其他实施例中，只要能够实现所述静压油路能够为所述抗磨套圈的外环面提供静压油，所述润滑油路能够为所述承载套圈的外环面提供润滑油的作用即可。
在启动阶段将静压油通过静压油路通入静压通道中，因静压油具有压力，能够在启动初期起到支撑齿轮的作用，能够进一步提高抗磨轴承的承载能力，在运行稳定阶段，将普通润滑油通过润滑油路通入润滑通道中，整个轴承和齿轮之间能够形成动压油膜，该动压油膜能够起到支撑齿轮的作用，提高轴承的承载能力，使得整个系统平稳的运行。
进一步地，在一种具体实施例中，为了方便承载套圈30在组装过程中的定位，所述齿轮支撑轴60可以是阶梯轴，包括互相连接的第一轴段和第二轴段，所述抗磨套圈10和所述承载套圈30的二者中的一者套装固定于所述第一轴段，所述抗磨套圈10和所述承载套圈30的二者中的另一者套装固定于所述第二轴段。
如图3所示，与所述轴向内端面接触的所述抗磨套圈10的内径大于所述承载套圈30的内径。如此，安装时能够缩短轴承轴向安装长度，更易于将分组的轴承套装到齿轮支撑轴60上。
虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种轴承，其特征在于，包括：
抗磨套圈，适于套装固定于齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的齿轮之间，所述抗磨套圈与所述齿轮间隙配合；
承载套圈，适于套装固定于所述齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的齿轮之间，所述承载套圈与所述齿轮间隙配合，所述承载套圈的外径小于所述抗磨套圈的外径；
待所述轴承套装到所述齿轮支撑轴后，所述抗磨套圈的轴向端面与所述承载套圈的轴向端面相接触。
2.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述抗磨套圈的轴向尺寸小于所述承载套圈的轴向尺寸。
3.如权利要求2所述的轴承，其特征在于，所述抗磨套圈的数量为两个，所述承载套圈包括轴向内端面和轴向外端面，待所述轴承套装到所述齿轮支撑轴后，各所述抗磨套圈适于分别设置于所述承载套圈的两端，且分别与所述轴向内端面和所述轴向外端面接触。
4.如权利要求3所述的轴承，其特征在于，所述抗磨套圈包括相连接的轴向部和径向部，所述轴向部适于套装于所述齿轮支撑轴，所述径向部适于抵接于所述齿轮所在的齿轮箱。
5.如权利要求1-4任一项所述的轴承，其特征在于，所述抗磨套圈上开设有静压通道，所述静压通道连通所述抗磨套圈的内环面和外环面，所述静压通道适于与所述齿轮支撑轴上的静压油路相连通。
6.如权利要求5所述的轴承，其特征在于，所述抗磨套圈还开设有静压储油槽，所述静压储油槽连通所述静压通道，所述静压储油槽的开口位于所述抗磨套圈的外环面。
7.如权利要求6所述的轴承，其特征在于，所述承载套圈上开设有润滑通道，所述润滑通道连通所述承载套圈的内环面和外环面，所述润滑通道适于与所述齿轮箱的轴上的润滑油路相连通。
8.如权利要求7所述的轴承，其特征在于，所述承载套圈还开设有润滑油储油槽，所述润滑油储油槽连通所述润滑通道，所述润滑油储油槽的开口位于所述承载套圈的外环面。
9.一种齿轮箱，其特征在于，包括：齿轮、齿轮支撑轴以及如权利要求1-8任一项所述的轴承，所述轴承套装固定于所述齿轮支撑轴，且位于所述齿轮支撑轴和套装于所述齿轮支撑轴的所述齿轮之间，所述轴承与所述齿轮支撑轴间隙配合。
10.如权利要求9所述的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮支撑轴为阶梯轴，包括互相连接的第一轴段和第二轴段，所述抗磨套圈和所述承载套圈的二者中的一者套装固定于所述第一轴段，另一者套装固定于所述第二轴段。
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