CN113775642B - 推力轴承及转动轴 - Google Patents

Abstract

一种推力轴承及转动轴，涉及轴承设计的技术领域，包括固定板及推力瓦，推力瓦两侧均开设有限位槽，固定板上设有限位件，限位件背离固定板的端面沿背离限位件的轴向延伸形成限位部，限位部位于限位槽内，固定板及推力瓦相靠近侧分别开设有第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽之间设有弹性件，且所述弹性件总高度大于第一凹槽和第二凹槽深度之和，其外圆周部分与第一凹槽和第二凹槽的孔径相配合，起到同轴和周向限位的作用。弹性件在受压时产生一定形变，使推力瓦按照形变量的大小倾斜，由于瓦块随着转速、载荷及轴承温度的变化而自由摆动，因此具有较高的稳定性。同时由于弹性件的弹性缓冲能力，轴承也能承受一定的冲击载荷。

Description

推力轴承及转动轴

技术领域

本发明涉及轴承设计的技术领域，具体涉及到一种推力轴承及转动轴。

背景技术

随着风电相关技术不断成熟、设备不断升级，机组容量不断做大。主轴轴承作为承担风力作用载荷及传递载荷的重要部件，滚动轴承存在着使用寿命有限、体积大、振动和噪声较大，对金属屑等异物敏感的缺陷。为了提高风电机组的功率扭矩密度，减轻单位千瓦重量，提高转换效率，降低运维成本，采用滑动轴承替代滚动轴承是风力发电机组的迫切需求。

滑动轴承具有承载能力强、体积小、结构简单等特点，普遍应用在低速重载的场合。滑动轴承采用分块式的结构，更适用于更高容量的风机中，其灵活的安装结构使轴承实现现场安装维修成为可能。

在风力发电机组中，推力轴承安装在用于风轮与齿轮箱连接的转动轴上，推力轴承用于承受转动轴的轴向载荷以及对传动轴进行轴向限位的作用。

由于风力发电机组运行环境通常处于风场或强风处，在实际运行时，转动轴易受风轮及风力影响产生一定晃动或偏离原位置沿着轴线方向的窜动，导致转动轴在晃动或窜动时会引起推力轴承的受力不均或者冲击载荷，对推力轴承产生偏载或者冲击导致推力轴承中的推力瓦偏磨或者过载，影响推力轴承或者推力瓦的使用寿命。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种推力轴承及转动轴，具体方案如下：

一种推力轴承，包括固定板以及安装在所述固定板上的推力瓦，所述推力瓦两侧均开设有限位槽，所述固定板上设有限位件，所述限位件背离所述固定板的端面沿背离所述限位件的轴向延伸形成限位部，所述限位部位于所述限位槽内，且所述限位部与所述限位槽的侧壁呈间隙设置；

所述固定板及所述推力瓦分别开设有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽之间设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵靠于所述第一凹槽和所述第二凹槽的槽底，且所述弹性件总高度大于所述第一凹槽和第二凹槽深度之和，所述弹性件的外圆周与第一凹槽和第二凹槽的孔径相配合，起到同轴和周向限位的作用。

进一步优选地，所述弹性件中部开设有第一储油室，所述固定板及所述推力瓦上分别开设有第一油孔和第二油孔，且所述第一油孔、第一储油室、第二油孔相互连通。

进一步优选地，所述推力瓦靠近所述弹性件一侧开设有第二储油室，所述第二储油室的内径大于所述第一储油室的内径。

进一步优选地，所述推力瓦背离所述弹性件一侧开设有第一油槽，所述第二油孔位于所述第一油槽内。

进一步优选地，所述固定板上设有定位块，所述定位块对推力瓦起到径向限位的作用。

进一步优选地，所述固定板上安装有至少两块所述推力瓦，所述固定板背离所述推力瓦一侧开设有第二油槽，所述固定板上的所述第一油孔均位于所述第二油槽内。

进一步优选地，所述推力瓦背离所述固定板的一侧设有耐磨层。

进一步优选地，还包括呈圆环状的轴承座，所述固定板背离所述推力瓦的一侧连接于所述轴承座上。

本发明还提供一种转动轴，包括上述所述的推力轴承，其特征在于，所述转动轴的外圆上设有背离所述转动轴方向凸起的轴肩，所述推力轴承与所述轴肩构成摩擦副。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

转动轴在晃动或偏离原安装轴线时，由于推力瓦下面有弹性体，弹性体在受压时产生一定形变，使推力瓦按照形变量的大小倾斜，有利于形成油膜；而且瓦块随着转速、载荷及轴承温度的变化而自由摆动，具有较好的自适应能力，因此具有较高的稳定性。同时由于弹性件缓冲能力，轴承也能承受一定的冲击载荷；因此很好的避免了推力瓦因受力不均产生的偏磨或者冲击造成的过度磨损，有效的延长推力瓦的使用寿命。即使在推力轴承的服役期间，有推力瓦损坏时，也无需对推力轴承进行整体拆换，仅需对应损坏的固定板或推力瓦进行拆换或维修即可，降低推力轴承维修成本及提高维修效率。

附图说明

图1为本发明的实施例的整体示意图；

图2为本发明的实施例的剖面示意图；

图3为展示径向瓦沿转动轴的周向呈不均匀分布的示意图；

图4为展示径向瓦沿转动轴的周向呈均匀分布的示意图；

图5为展示推力瓦安装于轴承座的示意图；

图6为展示可倾结构的一个剖面示意图；

图7为展示可倾结构的另一个剖面示意图。

附图标记：1、固定板；11、第一凹槽；12、第一油孔；13、第二油槽；2、推力瓦；21、第二凹槽；22、第二油孔；23、第二储油室；24、第一油槽；3、限位槽；4、限位件；41、限位部；5、弹性件；51、第一储油室；6、定位块；7、耐磨层；8、轴承座；9、转动轴；91、轴肩；100、径向轴承；200、推力轴承。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

结合图1和图2所示，一种转动轴9，其两端分别用于风力发电机组中风轮与齿轮箱或者风轮与发电机之间连接，风力带动风轮的叶片转动，通过叶片的转动驱动转动轴9旋转，转动轴9带动齿轮箱转动以驱动发电机进行风力发电作业。沿转动轴9的周向在转动轴9外圆上设有背离转动轴9方向凸起的轴肩91，该轴肩91可与转动轴9一体连接或通过连接件固定连接。以风轮为起点，转动轴9上依次安装有用于承受径向载荷的两个径向轴承100以及用于承受轴向载荷的推力轴承200，其中一个径向轴承100(前轴承)套接安装于转动轴9靠近风轮处，另一个径向轴承100(后轴承)套接安装于转动轴9靠近轴肩91的第一端面处，推力轴承200安装在径向轴承100(后轴承)上，并且推力轴承200与轴肩91的第一端面和第二端面的接触面在实际作业时构成滑动摩擦副。其中，径向轴承100中的轴瓦为径向瓦，推力轴承200中的轴瓦为推力瓦2，在具体安装过程中，径向瓦直接与转动轴9的外圆周面接触，推力瓦2与轴肩91的端面接触，利用径向瓦与推力瓦2承受转动轴9径向载荷和轴向载荷。

在风力发电机组安装过程中，转动轴9的轴向通常与水平面呈夹角以使转动轴9呈倾斜状安装。将靠近风轮一侧的径向轴承100称为前轴承，前轴承的径向瓦沿转动轴9的周向可以等间距分布，也可以不等间距分布。如图3所示，以不等间距分布为例：每个三角形代表一块径向瓦，沿高度方向在转动轴9下侧设置有四块径向瓦，上侧设置有两块径向瓦，利用位于转动轴9下侧的径向瓦确保转动轴9对自身重量及风轮重量进行承重，同时利用位于转动轴9上侧的径向瓦承受转动轴的晃动与偏斜，降低风轮对转动轴9引起的跳动；由于上侧推力瓦的减少也降低了安装成本；将背离风轮一侧的径向轴承100称为后轴承，后轴承的径向瓦沿转动轴9的周向设置为呈分布均匀状，例如：如图4所示，每个三角形代表一块径向瓦，沿转动轴9的周向均匀设置有六块径向瓦。由于风力是六自由度载荷，为减少转动轴9承受风力冲击载荷、受风轮引起的弯扭载荷和振动以及减少振动对传动链后端的影响，后轴承采用均布的结构，每个径向瓦可根据转速、载荷及轴承温度的变化而自由摆动形成动压润滑油膜，以支撑转动轴9上的负载具有较高的稳定性。

如图5所示，推力轴承200包括轴承座8、固定板1、推力瓦2，轴承座8呈圆形，固定板1呈扇环状，根据实际需求可将多块固定板1拼接安装在轴承座8的端面上，以形成固定形状。推力瓦2安装于固定板1背离轴承座8的一侧，且一块固定板1上至少安装有一块推力瓦2。当固定板1或固定板1上推力瓦2损坏时，无需对推力轴承200进行整体拆换，仅需对对应损坏的固定板1或推力瓦2进行拆换或维修即可，降低推力轴承200维修成本及提高维修效率。

由于风力发电机组运行环境通常处于风口或强风处，在实际工作时，转动轴9易受风轮及风力影响产生一定晃动或偏离原安装轴线，导致转动轴9在晃动或偏离原安装轴线时会引起推力轴承200的受力不均，使推力瓦2产生偏磨，影响推力轴承200及推力瓦2使用寿命。本实施例中将推力轴承200中的推力瓦2设置为可倾结构，以使转动轴9在晃动或偏离原安装轴线时，推力瓦2通过可倾结构中的弹性件的形变倾斜以调整其方位对载荷压力进行自动调节，改变油膜的刚度，从而提高推力瓦2对压力的承受能力，提高推力瓦2使用寿命。优选地，推力轴承200中的推力瓦2根据压力的计算大小也可以设置为非可倾结构，本实施例对非可倾结构不加以赘述。

结合图6和图7所示，上述可倾结构具体设置可为：在推力瓦2相对两侧均开设限位槽3，固定板1上设置限位件4，限位件4背离固定板1的端面沿背离限位件4的轴向延伸形成限位部41，限位部41位于限位槽3内，限位部41与限位槽3的侧壁呈间隙设置。利用限位部41及限位槽3通过卡接方式将推力瓦2安装在固定板1上，且通过限位部41与限位槽3的侧壁之间的间隙设置，使推力瓦2具有一定的可倾范围。同时，在固定板1及推力瓦2相靠近侧分别开设第一凹槽11与第二凹槽21，第一凹槽11与第二凹槽21之间设置弹性件5，弹性件5的两端分别抵靠于第一凹槽11和第二凹槽21的槽底，沿第一凹槽11的深度方向弹性件的总高度大于第一凹槽11和第二凹槽21的深度之和，且弹性件5的外圆周部分与第一凹槽11和第二凹槽21的孔径相配合，起到同轴和周向限位的作用。本实施例中，限位件4可为螺钉，弹性件5的材料可为橡胶，具体不作限制。

转动轴9在晃动或偏离原安装轴线时，对推力瓦2产生压力冲击，利用弹性件5在推力瓦2受压时产生一定形变，使推力瓦按照形变量的大小倾斜，有利于形成油膜；而且瓦块随着转速、载荷及轴承温度的变化而自由摆动，具有较好的自适应能力，因此具有较高的稳定性。同时由于弹性件缓冲能力，轴承也能承受一定的冲击载荷；因此很好的避免了推力瓦因受力不均产生的偏磨或者冲击造成的过度磨损，有效的延长推力瓦的使用寿命。

优选地，固定板1上设有呈圆弧状的定位块6，定位块6与推力瓦2背离固定板1的轴心一侧抵接，定位块6对推力瓦2起到径向限位的作用.

优选地，弹性件5呈圆环状以使弹性件5中部形成有第一储油室51，固定板1及推力瓦2上分别开设有第一油孔12和第二油孔22，第一油孔12、第一储油室51、第二油孔22相互连通。同时，推力瓦2靠近弹性件5一侧开设有第二储油室23，第二储油室23的内径大于第一储油室51的内径。其中，第二油孔22、第二储油室23和第二凹槽21是同心且依次相通的，形成孔径逐渐扩大的阶梯孔。并且，推力瓦2背离弹性件5一侧开设有第一油槽24，第二油孔22背离弹性件5一侧的开口位于第一油槽24的槽底，以使第二油孔22与第一油槽24相通，固定板1背离弹性件5一侧开设有第二油槽13，第一油孔12背离弹性件一侧的开口位于第二油槽13的槽底，以使第一油孔12与第二油槽13相通。轴承座8上设有用于与外部润滑系统连通的进油通道，进油通道与第二油槽13相互连通。通过外部润滑系统将润滑油依次经过进油通道、第二油槽13、第一油孔12、第一储油室51、第二储油室23、第二油孔22、第一储油室51、第二储油室23后，润滑油位于推力瓦2与轴肩91之间，形成润滑油膜，起到润滑和承载的作用。利用第一、第二、第三、第二油槽13对润滑油可实现存储功能，当外部润滑系统受损无法正常导入润滑油时，可使用各油槽中存有的润滑油进行暂缓润滑作用。

优选地，为减少推力瓦2与轴肩91接触面的机械磨损，在推力瓦2背离固定板1的一侧设有耐磨层7，耐磨层7可采用具有自润滑性能的材料，例如PTFE(聚四氟乙烯)，巴氏合金，铜合金等，此处不作限定。结合耐磨层7以及润滑油作用，有效降低推力瓦2与转动轴9之间的转动摩擦系数，提高推力轴承200使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种推力轴承，包括固定板以及安装在所述固定板上的推力瓦，其特征在于，所述推力瓦两侧均开设有限位槽，所述固定板上设有限位件，所述限位件背离所述固定板的端面沿背离所述限位件的轴向延伸形成限位部，所述限位部位于所述限位槽内，且所述限位部与所述限位槽的侧壁呈间隙设置；

所述固定板及所述推力瓦分别开设有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽之间设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵靠于所述第一凹槽和所述第二凹槽的槽底，且所述弹性件总高度大于所述第一凹槽和第二凹槽深度之和，所述弹性件的外圆周与第一凹槽和第二凹槽的孔径相配合，起到同轴和周向限位的作用；

所述弹性件中部开设有第一储油室，所述固定板及所述推力瓦上分别开设有第一油孔和第二油孔，且所述第一油孔、第一储油室、第二油孔相互连通。

2.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述推力瓦靠近所述弹性件一侧开设有第二储油室，所述第二储油室的内径大于所述第一储油室的内径。

3.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述推力瓦背离所述弹性件一侧开设有第一油槽，所述第二油孔位于所述第一油槽内。

4.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述固定板上设有定位块，所述定位块对推力瓦起到径向限位的作用。

5.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述固定板上安装有至少两块所述推力瓦，所述固定板背离所述推力瓦一侧开设有第二油槽，所述固定板上的所述第一油孔均位于所述第二油槽内。

6.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述推力瓦背离所述固定板的一侧设有耐磨层。

7.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，还包括呈圆环状的轴承座，所述固定板背离所述推力瓦的一侧连接于所述轴承座上。

8.一种转动轴，包括权利要求1至7任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述转动轴的外圆上设有背离所述转动轴方向凸起的轴肩，所述推力轴承与所述轴肩构成摩擦副。