CN112555275B - 轴承和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴承和风力发电机组。所述轴承包括轴承内圈、轴承外圈以及设置在所述轴承内圈和所述轴承外圈之间的滚动体，所述轴承还包括滑动衬垫，所述滑动衬垫和所述滚动体在所述轴承的圆周方向上相邻地布置在滚道中，所述滑动衬垫的厚度与所述滚动体的直径相同，所述滑动衬垫的厚度方向的两个表面为平坦表面，从而所述两个表面与滚道面接触。根据本发明的轴承，能够使轴承的承载能力大幅提高。

Description

轴承和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，更具体地，涉及一种轴承，尤其涉及一种变桨轴承以及包含该变桨轴承的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组的叶片通过变桨轴承安装到轮毂上，变桨轴承包括轴承内圈、轴承外圈以及位于轴承内圈和轴承外圈之间的滚动体。轴承外圈与叶片的叶根部相连接，轴承内圈与轮毂连接，或者轴承外圈与轮毂连接而轴承内圈与叶片的叶根部连接。

现有技术中，变桨轴承可以采用双排球变桨轴承。双排球变桨轴承具有材料利用率高、经济性好等优点。但受限于滚动体的结构，双排球变桨轴承在运行过程中始终存在较大的径向力与滚道接触应力，所以随着风力发电机组功率的不断增大、独立变桨技术的应用等，双排球变桨轴承由于承载能力与滚道寿命受限，无法满足大功率机组及独立变桨控制的开发需求，其可应用性大大降低。

为了应对大功率、独立变桨机组的变桨需求，三排圆柱滚子轴承应运而生。三排圆柱滚子轴承包含三排滚道与滚子，其中两排轴向滚子主要承受轴向力，一排径向滚子主要平衡变桨过程中的径向力。由于滚子与滚道为线接触，所以相同接口尺寸下，滚道的承载能力较双排球变桨轴承有大幅提高。然而，现有的三排圆柱滚子轴承也存在很多不足，例如，材料利用率低，导致轴承成本过高；由于滚动体的特性，其摩擦力矩远小于同尺寸的双排球轴承，低摩擦力矩不利于变桨系统制动；圆柱滚子数量较多，保持架为分段式多段组合，运行过程中容易出现卡滞。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有改进结构的轴承，以解决现有技术中的轴承存在的不足。

根据本发明的一方面，提供了一种轴承，所述轴承包括轴承内圈(100)、轴承外圈以及设置在所述轴承内圈和所述轴承外圈之间的滚动体，所述轴承还包括滑动衬垫，所述滑动衬垫和所述滚动体在所述轴承的圆周方向上相邻地布置在滚道中，所述滑动衬垫的厚度与所述滚动体的直径相同，所述滑动衬垫与滚道面接触。

根据本发明的一方面，所述滑动衬垫的厚度方向的两个表面的形状与所述滚道的滚道面的形状相应。

根据本发明的一方面，所述滑动衬垫为扇形，并且厚度方向上的两个表面为平坦表面，或者所述滑动衬垫为脊瓦形，并且厚度方向上的两个表面为弧形表面。

根据本发明的一方面，所述滑动衬垫为多个，在相邻的两个滑动衬垫之间分布有多个所述滚动体。

根据本发明的一方面，所述滚动体为圆柱滚子或球滚动体，所述轴承为圆柱滚子轴承或球轴承。

根据本发明的一方面，所述轴承为单排圆柱滚子轴承、双排圆柱滚子轴承或三排圆柱滚子轴承，所述滑动衬垫设置在轴向滚道径和向滚道中的至少一个中。

根据本发明的一方面，所述多个滑动衬垫的弧向长度不同，或者所述多个滑动衬垫的弧向长度相同，并且在所述轴承的圆周方向上非对称布置。

根据本发明的一方面，所述滑动衬垫中设置有润滑油道，所述润滑油道包括穿透所述滑动衬垫的厚度的多个第一通道以及沿着轴承的圆周方向连通所述多个第一通道的第二通道，所述第二通道形成在所述滑动衬垫的内部，或形成在所述滑动衬垫的表面上。

根据本发明的一方面，所述轴承为用于风力发电机组的变桨轴承，所述变桨轴承为三排圆柱滚子轴承，所述滑动衬垫设置在所述变桨轴承的轴向滚道中。

根据本发明的另一方面，提供了一种风力发电机组，所述风力发电组包括变桨轴承，所述变桨轴承为如前所述的轴承。

根据本发明的轴承，能够使轴承的承载能力大幅提高。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明实施例的轴承的立体图；

图2是根据本发明实施例的轴承的分解视图；

图3是根据本发明实施例的轴承的局部放大立体图；

图4是根据本发明实施例的轴承中的滑动衬垫的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。在下面的示例中，以三排圆柱滚子轴承为例来描述本发明的实施例。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的轴承1000包括轴承内圈100、轴承外圈200、设置在轴承内圈100和轴承外圈200之间的滚道中的滚动体300和滑动衬垫400。这里，为了清楚示出滚动体300和滑动衬垫400，省去了支撑滚动体300的保持架。

轴承1000包括两排轴向滚子和一排径向滚子。在附图1和2所示的示例中，滑动衬垫400设置在轴向滚道中。然而，本发明不限于此，滑动衬垫400可以设置在两排轴向滚道和一排径向滚道中的至少一个中。为了方便描述，这里以滑动衬垫400设置在轴向滚道中为例进行下面的详细描述。

如图1和图2所示，滚动体300和滑动衬垫400沿着滚道的圆周方向相邻布置，以承载通过轴承内圈100和轴承外圈200施加的轴向力和/或径向力。

为了方便安装滚动体400，可以对轴承内圈100或轴承外圈200进行分段。在附图2所示的示例中，轴承外圈200分为两段，即，第一段210和第二段220。

根据本发明的实施例，滑动衬垫400的厚度与滚动体300的直径相同，从而滑动衬垫400的厚度方向上的两个表面分别与轴向滚道的顶表面和底表面之间是面接触。

由于滑动衬垫400与轴向滚道之间为面接触，与现有技术中的三排圆柱滚子轴承相比，滑动衬垫400的承载能力较圆柱滚子的承载能力大幅提高，可以承受大部分正压力，所以，在满足同样承载能力的情况下，可以减小滚动体300的直径。

原则上，对滑动衬垫400的宽度没有特别要求，但是，为了防止滑动衬垫400在滚道内在径向方向上大幅度来回窜动，优选地，在径向方向上，滑动衬垫400的径向两端与滚道保持小量间隙。例如，在滑动衬垫400设置在轴向滚道内的情况下，滑动衬垫400的径向宽度可以与保持架的宽度基本相同。

滑动衬垫400沿着圆周方向延伸，形成为与滚道对应的形状。滑动衬垫400的与滚道接触的表面形状与滚道的表面形状相应。当滑动衬垫400设置在轴向滚道中时，滑动衬垫400为与滚道形状对应的扇形，滑动衬垫400的厚度方向上的两个表面可以为平坦表面。当滑动衬垫400设置在径向滚道中时，滑动衬垫400形成为与滚道形状对应的脊瓦形，相应地，滑动衬垫400的厚度方向上的两个表面可以为弧形面。

滑动衬垫400的数量可以是一个或多个。当滑动衬垫400数量为多个时，可以与滚动体400间隔布置，例如，相邻的两个滑动衬垫400之间分布若干个圆柱滚子。滑动衬垫400的数量以及各个滑动衬垫400的弧向长度可以根据设计需求计算得到。

例如，可以以滑动衬垫400为第一设计考虑因素，滚动体300为第二考虑因素。在这种情况下，设计计算时先确定滑动衬垫400需要分担的外载比例，从而按照系统成本优化以及滚动体300能够满足剩余承载要求，来确定滑动衬垫400的数量和尺寸。

再例如，可以以滚动体300为第一设计考虑因素，滑动衬垫400为第二考虑因素。在这种情况下，以现有的轴承为设计原型，在轴承结构尺寸受限导致滚动体无法满足承载要求时，再进行额外的滑动衬垫400的设计。

在滚道内布置滑动衬垫400时，滑动衬垫400和滚动体300的布置可以对称布置或非对称布置。

对于沿着圆周方向连续旋转的轴承，优选为滑动衬垫400和滚动体300在圆周方向上对称布置，可以使多个滑动衬垫400的尺寸相同，并沿着圆周方向位置对称。例如，在设置4个滑动衬垫300的情况下，四个滑动衬垫400可以布置为相互呈90度。

对于在圆周方向上受力不均匀的轴承，除了滑动衬垫400的厚度需要与滚动体300的直径相同之外，各个滑动衬垫400的圆周方向的长度可以不同。例如，根据实际载荷情况，在载荷大的区域设置接触面积更大的滑动衬垫400，在载荷小的区域设置接触面积较小的滑动衬垫400。此外，根据摩擦力的大小，不同尺寸的滑动衬垫400之间可以分布相应不同数量的滚动体300。

如图4所示，滑动衬垫400中还可以设置有润滑油道，例如，包括沿着滑动衬垫400的厚度方向穿透的多个第一通道410，多个第一通道410可以沿着滑动衬垫400的圆周方向排列并间隔布置。此外，滑动衬垫400中还可以设置有第二通道420，第二通道420可以沿着圆周方向将多个第一通道410相互连通。第二通道420可以形成在滑动衬垫400的内部，也可以形成在滑动衬垫400的表面上。通过设置润滑油道，可以实现滑动衬垫400和滚道之间的充分润滑。

滑动衬垫400的材料可以与滚动体的材料相同或不同，可以采用金属材料或非金属材料。

在上面的实施例中，虽然以三排圆柱滚子轴承为例描述了本发明的实施例，然而，上述滑动衬垫还可以应用于其他类型的轴承中，例如，单排圆柱滚子轴承、两排圆柱滚子、或者球轴承中。

根据本发明的轴承，由于在滚道内设置了滑动衬垫与滚道之间为面接触，承载能力大幅提高，因此，在满足同样承载能力的情况下，可以减小滚动体的直径和滚道尺寸，在同样的外形尺寸的情况下，可以提高套圈强度，解决套圈强度不足引发的断裂问题。

另一方面，在满足同样的承载力需求的情况下，通过使用滑动衬垫，能够大幅降低轴向圆柱滚子与滚道的高度尺寸，在同样的径向接口下，可以大幅降低轴承套圈的高度，从而降低成本。由于滑动衬垫的引入，减少了滚动体的数量，相应地减少了保持架的数量，从而降低了轴承运行过程中的卡滞风险。此外，滑动衬垫代替了部分滚动体，降低了轴承的制造成本。

另外，滑动衬垫在一定程度上增加了轴承的摩擦力矩。当风力发电机组采用引入了滑动衬垫的变桨轴承时，有利于变桨轴承的制动，提高整个变桨系统的稳定性。

虽然已经参照附图描述本发明的实施例，但在不脱离本发明的精神和原理的情况下，本领域的技术人员可以做出各种改变，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种变桨轴承，所述变桨轴承包括轴承内圈(100)、轴承外圈(200)以及设置在所述轴承内圈(100)和所述轴承外圈(200)之间的滚道中的滚动体(300)，其特征在于，所述变桨轴承还包括滑动衬垫(400)，所述滑动衬垫(400)和所述滚动体(300)在所述变桨轴承的圆周方向上相邻地布置在所述滚道中，所述滑动衬垫(400)的厚度与所述滚动体(300)的直径相同，所述滑动衬垫(400)与滚道面接触，在所述变桨轴承的圆周方向上，所述滑动衬垫(400)为多个，在相邻的两个滑动衬垫(400)之间分布有多个所述滚动体(300)，所述滚道包括径向滚道，所述滑动衬垫(400)包括设置在所述径向滚道中的第一滑动衬垫，所述滚动体(300)包括多个第一滚动体，多个所述第一滚动体与所述第一滑动衬垫相邻地布置在所述径向滚道中，所述滚道还包括轴向滚道，所述滑动衬垫(400)还包括设置在所述轴向滚道中的第二滑动衬垫，所述滚动体(300)还包括多个第二滚动体，多个所述第二滚动体与所述第二滑动衬垫相邻地布置在所述轴向滚道中。

2.如权利要求1所述的变桨轴承，其特征在于，所述滑动衬垫(400)的厚度方向的两个表面的形状与所述滚道的滚道面的形状相应。

3.如权利要求2所述的变桨轴承，其特征在于，所述第一滑动衬垫为脊瓦形，并且厚度方向上的两个表面为弧形表面，所述第二滑动衬垫为扇形，并且厚度方向上的两个表面为平坦表面。

4.如权利要求1所述的变桨轴承，其特征在于，所述滚动体(300)为圆柱滚子或球滚动体，所述变桨轴承为圆柱滚子轴承或球轴承。

5.如权利要求1所述的变桨轴承，其特征在于，所述变桨轴承为单排圆柱滚子轴承、双排圆柱滚子轴承或三排圆柱滚子轴承，所述三排圆柱滚子轴承包括一排径向滚道和两排轴向滚道。

6.如权利要求1所述的变桨轴承，其特征在于，所述多个滑动衬垫(400)的弧向长度不同，或者所述多个滑动衬垫(400)的弧向长度相同，并且在所述变桨轴承的圆周方向上非对称布置。

7.如权利要求1-6中任一项所述的变桨轴承，其特征在于，所述滑动衬垫中设置有润滑油道，所述润滑油道包括穿透所述滑动衬垫(400)的厚度的多个第一通道(410)以及沿着所述变桨轴承的圆周方向连通所述多个第一通道(410)的第二通道(420)，所述第二通道(420)形成在所述滑动衬垫(400)的内部，或形成在所述滑动衬垫(400)的表面上。

8.如权利要求7所述的变桨轴承，其特征在于，所述变桨轴承为用于风力发电机组的变桨轴承，所述变桨轴承为三排圆柱滚子轴承，包括两排轴向滚道以及位于所述两排轴向滚道之间的一排径向滚道。

9.一种风力发电机组，所述风力发电组包括变桨轴承，其特征在于，所述变桨轴承为如权利要求1-8中任一项所述的变桨轴承。

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