CN117685299A - 具有距离传感器的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

滚动轴承用于安装在机器上并且包括第一圈(10)、第二圈(12)、配置在第一圈和第二圈之间的至少一列轴向滚动元件(19)和径向滚动元件(22)。第一圈和第二圈中的每个设置有在轴向上界定所述圈的正面(10c、10d、12c、12d)。至少第一圈(10)形成为分离式圈并包括在轴向上堆叠的第一部分圈(13)和第二部分圈(14)，第一部分圈(13)包括正面(13a)，该正面在轴向上支承抵着第二部分圈的面对的正面(14a)。滚动轴承还包括至少一个第一距离传感器(24)，其安装在第一圈的第一部分圈(13)和第二部分圈(14)中的一个部分圈上，以测量所述部分圈的正面(13a、14a)之间的轴向距离。

Description

具有距离传感器的滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动轴承领域。
本发明特别是涉及大直径滚动轴承领域，大直径滚动轴承可以适应(accommodate)轴向载荷和径向载荷，并且具有绕着在轴向方向上延伸的旋转轴线同心地配置的内圈和外圈。
背景技术
这种大直径滚动轴承可以用在例如隧道掘进机中、采矿机中或风力涡轮机中。
大直径滚动轴承包括两个同心的内圈和外圈，以及配置在内圈与外圈之间的至少两列滚动元件，诸如滚子。
这种滚动轴承通常受到滚动轴承通过螺栓组装在其上的结构的高度约束。
轴承组装程序规定高水平的组装表面几何质量和与螺栓张紧(tensioning)规范的一致性，以这种方式使得在机器操作(/工作)(operation)期间轴承几何形状可以保持在规范内。
由于振动和可变约束，随着时间的推移可能存在松动的螺栓。还可能发生约束高于指定的螺栓和张紧可以支撑的约束。
因此，在特定操作(operating)条件下，这可能导致高轴承变形，从而导致高度磨损和轴承破坏。
常见的是预见定期检查操作以监测螺栓张紧。
发明内容
本发明的一个目的是克服这个缺点。
本发明涉及一种滚动轴承，所述滚动轴承用于安装在机器上并且包括第一圈、第二圈、配置在设置于所述第一圈和所述第二圈上的径向滚道之间的至少一列轴向滚动元件以及配置在设置于所述第一圈和所述第二圈上的轴向滚道之间的至少一列径向滚动元件。
所述第二圈包括突出鼻部(nose)，所述突出鼻部接合(engaged)到所述第一圈的环形槽中并且设置有所述第二圈的轴向滚道和径向滚道。
至少所述第一圈形成为分离式圈(split ring)，并且包括在轴向上堆叠的(stacked)第一部分圈(first part ring)和第二部分圈，所述第一部分圈包括正面(frontal face)，所述正面在轴向上支承抵着(bearing against)所述第二部分圈的面对的正面。
根据总体特征，所述滚动轴承还包括至少一个第一距离传感器，所述至少一个第一距离传感器安装在所述第一圈的第一部分圈和第二部分圈中的一个部分圈上，以测量所述部分圈(part rings)的正面之间的轴向距离。
术语“轴向滚动元件”应理解为意指适于适应(adapted to accommodate)轴向载荷的滚动元件，而术语“径向滚动元件”应理解为意指适于适应径向载荷的滚动元件。
由于本发明，用于将第一圈组装在机器上的螺栓的张紧(tensioning)可以利用所述部分圈的所述正面之间的轴向接触的缺失(loss)来监测。
所述第一圈的所述部分圈可以包括径向孔，所述径向孔在轴向上通向(openingonto)所述正面上，并且所述第一距离传感器布置在所述径向孔的内部。所述第一距离传感器的感测面可以与所述部分圈的所述正面齐平(flush)。
优选的是，所述滚动轴承还包括控制单元，所述控制单元连接到所述第一距离传感器并且适于(/被适配成)(adapted to)当由所述第一距离传感器检测到的所述轴向距离的值高于第一预定阈值时触发警报。
所述控制单元可以远离所述滚动轴承的组成部件(components)定位。作为另一种选择，所述控制单元可以安装在所述滚动轴承的组成部件中的一个上，例如安装在第一圈或第二圈上。
在一个实施方式中，所述滚动轴承包括在周向方向上间隔开的多个第一距离传感器，尤其是所述滚动轴承包括在周向方向上规则地(/均匀地/均等地)(regularly)间隔开的多个第一距离传感器。
有利的是，所述滚动轴承还可以包括至少一个第二距离传感器，所述至少一个第二距离传感器安装在所述第一圈和所述第二圈中的一个圈上并且设置有在轴向上向外取向的感测面，以测量所述圈的正面中的一个正面与所述机器的用于在轴向上面对所述圈的所述正面的第一组装表面之间的轴向距离。
因此，用于将滚动轴承组装在机器的第一组装表面上的螺栓的张紧(tensioning)可以利用所述圈的所述正面与第一组装表面之间的轴向接触的缺失(loss)来监测。
所述圈可以包括径向孔，所述径向孔在轴向上通向所述正面，并且所述第二距离传感器布置在所述径向孔的内部。所述第二距离传感器的感测面可以与所述圈的所述正面齐平(flush)。
优选的是，所述第二距离传感器连接到所述控制单元，所述控制单元适于(/被适配成)(adapted to)当由所述第二距离传感器检测到的轴向距离的值高于第二预定阈值时触发警报。
在一个实施方式中，所述滚动轴承包括在周向方向上间隔开的多个第二距离传感器，尤其是所述滚动轴承包括在周向方向上规则地(/均匀地/均等地)(regularly)间隔开的多个第二距离传感器。
在一个实施方式中，所述滚动轴承还包括至少一个第三距离传感器，所述至少一个第三距离传感器安装在另一圈上并且设置有在轴向上向外取向的感测面，以测量所述另一圈的正面与所述机器的用于在轴向上面对所述另一圈的所述正面的第二组装表面之间的轴向距离，其中所述另一圈的所述正面在轴向上在与所述圈的所述正面相反的一侧。
因此，可以监测用于将滚动轴承组装在机器的第二组装表面上的螺栓的张紧。
优选的是，所述第三距离传感器连接到所述控制单元，所述控制单元适于当由所述第三距离传感器检测到的轴向距离的值高于第三预定阈值时触发警报。
所述另一圈可以包括径向孔，所述径向孔在轴向上通向(opening onto)所述另一圈的所述正面上，并且所述第三距离传感器布置在所述径向孔的内部。所述第三距离传感器的感测面可以与所述另一圈的所述正面齐平(flush)。
在一个实施方式中，所述滚动轴承包括在周向方向上间隔开的多个第三距离传感器，尤其是所述滚动轴承包括在周向方向上规则地(/均匀地/均等地)(regularly)间隔开的多个第三距离传感器。
在一个实施方式中，所述滚动轴承包括至少两列轴向滚动元件，每列轴向滚动元件配置在设置于所述圈上的径向滚道之间，所述两列轴向滚动元件在轴向上布置在所述第二圈的鼻部的两侧(each side)。
附图说明
通过研究通过非限制性示例的方式给出并且通过附图示出的具体实施方式的详细描述，将更好地理解本发明及其优点，在附图上：
-图1是根据本发明的一个示例的滚动轴承的局部截面，以及
-图2是图1的滚动轴承的另一局部截面。
具体实施方式
如图1和图2所示的滚动轴承是包括第一圈10和第二圈12的大直径滚动轴承。在所示的示例中，第一圈10是外圈，而第二圈12是内圈。滚动轴承可以例如用于机器中，诸如隧道掘进机、风力涡轮机或使用大直径滚动轴承的任何其他机器。
外圈10和内圈12是同心的并且在轴向上沿着在轴向方向上延伸的轴承旋转轴线X-X’延伸。在该所示的示例中，圈10、12是实心类型的(solid type)。
外圈10形成为分离式圈(split ring)并且包括在轴向方向上相对于彼此堆叠的第一部分圈13和第二部分圈14。部分圈(part rings)13、14设置有多个对准的(aligned)轴向通孔(未标示)，以便于结合并且通过螺栓16将外圈10组装到相关联的机器的结构的第一部分15。
内圈12也设置有多个轴向通孔(未标示)，以通过螺栓18将内圈10组装到相关联的机器的第二部分17。机器的第一部分15和第二部分17在轴向上布置在滚动轴承的两侧(each side)。
在所示的示例中，滚动轴承包括配置在外圈10与内圈12之间以形成轴向推力件(/止推件/止推)(thrust)的两列轴向滚子19、20以及配置在所述外圈与所述内圈之间以形成径向推力件(/止推件/止推)(thrust)的一列径向滚子22。
如稍后将描述的，滚动轴承还包括第一距离传感器24，用于检测外圈的第一部分13与第二部分14之间的轴向距离。在所示的示例中，滚动轴承还包括第二距离传感器26和第三距离传感器28，分别用于检测外圈10与机器的第一部分15之间的轴向距离以及内圈12与机器的第二部分17之间的轴向距离。
一列中的滚子19、20、22彼此相同。每个滚子22的旋转轴线平行于轴承的轴线X-X’并且垂直于滚子19、20中的每个滚子的轴线。在所示的示例中，滚子19的轴向长度大于滚子20的轴向长度。作为另一种选择，滚子19的轴向长度可以小于或可以等于滚子20的轴向长度。作为另一种选择，一列滚子19可以由两列叠加的(superimposed)滚子代替。
轴向滚子19在轴向上配置在分别形成于内圈12和外圈10上的环形径向滚道30、32之间。滚道30、32在轴向方向上面对彼此。每个轴向滚子19的滚动表面与滚道30、32轴向接触。
轴向滚子20在轴向上配置在分别形成于内圈12和外圈10上的环形径向滚道34、36之间。滚道34、36在轴向上面对彼此。每个轴向滚子20的滚动表面与滚道34、36轴向接触。轴向滚子19、20的列在轴向方向上彼此间隔开。
径向滚子22在径向上配置在分别形成于内圈12和外圈10上的环形轴向滚道38、40之间。滚道38、40在径向方向上面对彼此。径向滚子22的列相对于轴向滚子19、20的列在径向上向外偏移(offset)。每个径向滚子22的滚动表面与滚道38、40径向接触。径向滚子22的列在轴向上位于轴向滚子19、20的列之间。
外圈10包括环形槽42，环形槽42在径向方向上朝向内圈12向内开口(opening)。外圈10包括内台阶式圆柱形孔(inner stepped cylindrical bore)10a，槽42由该内台阶式圆柱形孔形成。外圈10还包括与孔10a在径向上相对的外圆柱形表面10b。外圈10还包括在轴向上界定所述圈的孔10a和外表面10b的两个相对的径向正面10c、10d。正面10c、10d在轴向上界定外圈。正面10c、10d在轴向上界定外圈的厚度。
如前所述，外圈10在轴向方向上被分成两个单独的(/分离的)(separate)部分，即，部分圈13和部分圈14。部分圈13、14一起界定槽42。径向滚道32位于部分圈13上，并且径向滚道34位于外圈的部分圈14上。正面10d位于部分圈13上，并且正面10c位于部分圈14上。
部分圈13和第二部分圈14在轴向方向上相对于彼此堆叠(stacked)。第一部分圈13包括正面13a，正面13a在轴向上支承抵着(bearing against)部分圈的面对的正面14a。
内圈12包括接合(engaging)到外圈的环形槽42中的环形突出鼻部44。鼻部44在径向上向外延伸。
轴向滚子19、20的列在轴向上配置在内圈的鼻部44与外圈的槽42之间。轴向滚子19、20的列布置在鼻部44的两侧。径向滚道30、36位于鼻部44上。径向滚道32、34位于槽42上。
径向滚子22的列在径向上配置在内圈的鼻部44与外圈的槽42之间。轴向滚道38、40分别位于鼻部44和槽42上。
在所示的示例中，内圈12被制成一个部分(/一件/一体件)(one part)。作为另一种选择，内圈12可以在轴向方向上被分成固定在一起的至少两个单独的(separate)部分。在另一变型中，鼻部40可以与内圈的主要部分分开制造(made separately)。
内圈12包括内圆柱形孔12a和与孔12a在径向上相对的台阶式外圆柱形表面12b。在所示的示例中，内圈的孔12a设置有齿轮齿(gear teeth)(未标示)。内圈12还包括在轴向上界定孔12a和外圆柱形表面12b的两个相对的径向正面12c、12d。正面12c、12d在轴向上界定内圈。正面12c、12d在轴向上界定内圈的厚度。突出鼻部44从外圆柱形表面12b在径向上突出。
机器的第二部分17在轴向上抵靠(/邻靠)(abuts against)内圈的正面12c，而第一部分15在轴向上抵靠(abuts against)外圈的正面10d。在正常使用中，第二部分17包括在轴向上支承抵着(bearing against)正面12c的组装表面17a，并且第一部分15包括在轴向上支承抵着正面10d的组装表面15a。
如前所述，第一距离传感器24被设置用于测量外圈的第一部分圈13与第二部分圈14之间的轴向距离。
图2上示出了距离传感器24中的仅一个。距离传感器24在周向方向上间隔开，优选的是规则地(/均匀地/均等地)(regularly)间隔开。例如，可以提供每隔90°放置的四个距离传感器24。作为另一种选择，可以预见不同数量和/或布置(/配置)(arrangement)的距离传感器24。在另一变型中，可以提供仅一个距离传感器24。
每个距离传感器24被设置用于测量外圈的第一部分圈的正面13a与第二部分圈的正面14a之间的轴向距离。
每个距离传感器24设置有在轴向上朝向第一部分圈的正面13a取向的感测面(sensing face)24a。感测面24a在轴向上面对正面13a。这里，感测面24a与正面14a在轴向上齐平(flushes)。作为另一种选择，感测面24a可以相对于正面14a在轴向上偏移(offset)。
外圈的第二部分圈14设置有多个第一径向孔50，第一距离传感器24中的一个位于每个第一径向孔50内。每个孔50从外圈的外表面10b延伸。每个孔50在轴向上面对第一部分圈的正面13a。优选的是，每个孔50的形状与相关联的距离传感器24的形状互补。每个距离传感器24通过任何适当的方式(例如通过压配(/压配合)(force-fitting))固定在相关联的孔50的内部。
每个距离传感器24具有在径向上延伸并且垂直于滚动轴承的轴线X-X’的纵向轴线(未示出)。
在所公开的示例中，每个距离传感器24还包括向外延伸的用于传输感测数据的输出连接线缆(cable)52。输出线缆52在径向上向外延伸。输出线缆52将相关联的距离传感器24连接到滚动轴承的控制单元，以传输测量的距离。作为另一种选择，在无线传感器的情况下，传感器24可以没有这种输出线缆。
在所公开的示例中，距离传感器24设置在外圈的第二部分圈14上。作为另一种选择，距离传感器24可以设置在外圈的第一部分圈13上。在这种情况下，每个距离传感器的感测面24a在轴向上面对正面14a。
每个传感器24可以是电感式(inductive)距离传感器、或电感式接近开关、或超声波距离传感器、或光学距离传感器。作为另一种选择，每个传感器24可以是设置有触针(contact stylus)的机械距离传感器。在该后一种情况下，机械传感器面对第一部分圈的正面13a，但也与所述正面接触。
如前所述，第二距离传感器26被设置用于测量外圈10与机器的第一部分15之间的轴向距离。
图2上示出了距离传感器26中的仅一个。距离传感器26在周向方向上间隔开，优选的是规则地间隔开。例如，可以提供每隔90°放置的四个距离传感器26。作为另一种选择，可以预见不同数量和/或布置的距离传感器26。在另一变型中，可以提供仅一个距离传感器26。
每个距离传感器26被设置用于测量外圈的正面10d与机器的第一部分的在轴向上面对正面10d的组装表面15a之间的轴向距离。
每个距离传感器26设置有朝向机器的第一部分的组装表面15a在轴向上向外取向的感测面26a。感测面26a在轴向上面对组装表面15a。这里，感测面26a与外圈的正面10d在轴向上齐平。作为另一种选择，感测面26a可以相对于正面10d在轴向上向内偏移。
外圈10设置有多个第二径向孔54，第二距离传感器26中的一个位于每个第二径向孔54的内部。每个孔54从外圈的外表面10b延伸并且在孔10a上开口。每个孔54在正面10d上开口。每个孔54在轴向上面对机器的第一部分的组装表面15a。优选的是，每个孔54的形状与相关联的距离传感器26的形状互补。每个距离传感器26通过任何适当的方式(例如通过压配)固定在相关联的孔54的内部。
每个距离传感器26具有在径向上延伸并且垂直于滚动轴承的轴线X-X’的纵向轴线(未标示)。
在所公开的示例中，每个距离传感器26还包括向外延伸的用于传输感测数据的输出连接线缆56。输出线缆56在径向上向外延伸。输出线缆56将相关联的距离传感器26连接到滚动轴承的控制单元(未示出)，以传输测量的距离。作为另一种选择，在无线传感器的情况下，传感器26可以没有这种输出线缆。
每个传感器26可以是电感式距离传感器、或电感式接近开关、或超声波距离传感器、或光学距离传感器。作为另一种选择，每个传感器26可以是设置有触针的机械距离传感器。在该后一种情况下，机械传感器面对机器的第一部分的组装表面15a，但也与所述组装表面接触。
如前所述，第三距离传感器28被设置用于测量内圈12与机器的第二部分17之间的轴向距离。
图2上示出了距离传感器28中的仅一个。距离传感器28在周向方向上间隔开，优选的是规则地间隔开。例如，可以提供每隔90°放置的四个距离传感器28。作为另一种选择，可以预见不同数量和/或布置的距离传感器28。在另一变型中，可以提供仅一个距离传感器28。
每个距离传感器28被设置用于测量内圈的正面12c与机器的第二部分的在轴向上面对正面12c的组装表面17a之间的轴向距离。
每个距离传感器28设置有朝向机器的第二部分的组装表面17a在轴向上向外取向的感测面28a。感测面28a在轴向上面对组装表面17a。这里，感测面28a与内圈的正面12c在轴向上齐平。作为另一种选择，感测面28a可以相对于正面12c在轴向上向内偏移。
内圈12设置有多个第三径向孔58，第三距离传感器28中的一个位于每个第三径向孔58内。每个孔58从内圈的外表面12b延伸并且在孔12a上开口。每个孔58在正面12c上开口。每个孔58在轴向上面对机器的第二圈的组装表面17a。优选的是，每个孔58的形状与相关联的距离传感器28的形状互补。每个距离传感器28通过任何适当的方式(例如通过压配)固定在相关联的孔58的内部。
每个距离传感器28具有在径向上延伸并且垂直于滚动轴承的轴线X-X’的纵向轴线(未标示)。
在所公开的示例中，每个距离传感器28还包括向内延伸的用于传输感测数据的输出连接线缆60。输出线缆60在径向上向内延伸。输出线缆60将相关联的距离传感器28连接到滚动轴承的控制单元，以传输测量的距离。作为另一种选择，在无线传感器的情况下，传感器28可以没有这种输出线缆。
每个传感器28可以是电感式距离传感器、或电感式接近开关、或超声波距离传感器、或光学距离传感器。作为另一种选择，每个传感器28可以是设置有触针的机械距离传感器。在该后一种情况下，机械传感器面对机器的第二部分的组装表面17a，但也与所述组装表面接触。
第一距离传感器24允许测量和连续监测外圈的正面13a、14a之间的轴向距离。距离传感器24允许螺栓16的张力监测。当该距离的值超过第一预定阈值时，轴承的控制单元触发警报。
第二距离传感器26允许测量和连续监测外圈的正面10d与机器的第一部分的组装表面15a之间的轴向距离。距离传感器26允许螺栓16的张力监测(tension monitoring)。当该距离的值超过第二预定阈值时，轴承的控制单元触发警报。第二预定阈值可以等于或不同于第一预定阈值。
第三距离传感器28允许测量和连续监测内圈的正面12c与机器的第二部分的组装表面17a之间的轴向距离。距离传感器28允许螺栓18的张力监测。当该距离的值超过第三预定阈值时，轴承的控制单元触发警报。第三预定阈值可以等于或不同于第一预定阈值和第二预定阈值。
在所示的示例中，滚动轴承设置有第一距离传感器24、第二距离传感器26和第三距离传感器28。作为另一种选择，滚动轴承可以仅设置有距离传感器24。在另一变型中，滚动轴承可以设置有距离传感器24以及距离传感器26或28。
另外，如前所述，在该所示的示例中，滚动轴承的第一圈是外圈10，而第二圈是内圈12。
作为替代方案，可以提供相反的配置，其中第一圈形成内圈并且第二圈形成外圈。在这种情况下，形成在内圈上的槽在径向上向外开口(opens)，并且外圈的鼻部在径向上向内延伸。
在所描述的示例中，滚动轴承设置有包括三列滚动元件的滚动轴承。作为另一种选择，滚动轴承可以仅包括两列滚动元件，或者包括四列或更多列滚动元件。在所示的示例中，滚动元件是滚子。滚动轴承可以包括其他类型的滚动元件，例如球。

Claims (10)

1.一种滚动轴承，用于安装在机器上并且包括第一圈(10)、第二圈(12)、配置在设置于所述第一圈和所述第二圈上的径向滚道(30、32)之间的至少一列轴向滚动元件(19)以及配置在设置于所述第一圈和所述第二圈上的轴向滚道(38、40)之间的至少一列径向滚动元件(22)，所述第二圈(12)包括突出鼻部(44)，所述突出鼻部(44)接合到所述第一圈的环形槽(42)中并且设置有所述第二圈的轴向滚道(38)和径向滚道(30)，至少所述第一圈(10)形成为分离式圈并且包括在轴向上堆叠的第一部分圈(13)和第二部分圈(14)，所述第一部分圈(13)包括正面(13a)，所述正面(13a)在轴向上支承抵着所述第二部分圈的面对的正面(14a)，其特征在于，所述滚动轴承还包括至少一个第一距离传感器(24)，所述至少一个第一距离传感器(24)安装在所述第一圈的第一部分圈(13)和第二部分圈(14)中的一个部分圈上，以测量所述部分圈的正面(13a、14a)之间的轴向距离。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述第一圈的所述部分圈包括径向孔(50)，所述径向孔(50)在轴向上通向相关联的正面，所述第一距离传感器(24)布置在所述径向孔(50)的内部。
3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，所述第一距离传感器的感测面(24a)与所述部分圈的所述相关联的正面(10d)齐平。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承还包括控制单元，所述控制单元连接到所述第一距离传感器(24)并且适于当由所述第一距离传感器检测到的所述轴向距离的值高于第一预定阈值时触发警报。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承还包括至少一个第二距离传感器(26)，所述至少一个第二距离传感器(26)安装在所述第一圈和所述第二圈中的一个圈上并且设置有在轴向上向外取向的感测面(26a)，以测量所述圈的正面中的一个正面(10d)与所述机器的用于在轴向上面对所述圈的所述正面的第一组装表面(15a)之间的轴向距离。
6.根据权利要求5所述的滚动轴承，其特征在于，所述圈包括径向孔(54)，所述径向孔(54)在轴向上通向所述正面(10d)，并且所述第二距离传感器(26)布置在所述径向孔(54)的内部。
7.根据权利要求5或6所述的滚动轴承，其特征在于，所述第二距离传感器的感测面(26a)与所述另一圈的所述正面(10d)齐平。
8.根据从属于权利要求4的前述权利要求5至7中的任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述第二距离传感器(26)连接到所述控制单元，所述控制单元适于当由所述第二距离传感器检测到的轴向距离的值高于第二预定阈值时触发警报。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承包括至少一个第三距离传感器(28)，所述至少一个第三距离传感器(28)安装在另一圈上并且设置有在轴向上向外取向的感测面(28a)，以测量所述另一圈的正面(12c)与所述机器的用于在轴向上面对所述另一圈的所述正面的第二组装表面(17a)之间的轴向距离，其中所述另一圈的所述正面(12c)在轴向上在与所述圈的所述正面(10d)相反的一侧。
10.根据从属于权利要求4的权利要求9所述的滚动轴承，其特征在于，所述第三距离传感器(28)连接到所述控制单元，所述控制单元适于当由所述第三距离传感器检测到的轴向距离的值高于第三预定阈值时触发警报。
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