CN207621175U - 滚动轴承装置和风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及滚动轴承装置和风力发电设备，滚动轴承装置包括外环和内环，内环能围绕旋转轴线相对于外环旋转，外环与内环之间形成有具有第一滚子的第一圆锥滚子轴承和具有第二滚子的第二圆锥滚子轴承，第一滚子和第二滚子的旋转轴线分别相对于旋转轴线倾斜，第一圆锥滚子轴承和第二圆锥滚子轴承是非对称的，第一滚子分别围绕第一旋转轴线旋转并包括与第一旋转轴线同心地布置的第一滚动表面，第二滚子分别围绕第二旋转轴线旋转并包括与第二旋转轴线同心地布置的第二滚动表面，所有情况下，第一滚动表面平行于第一旋转轴线延伸的长度大于第二滚动表面平行于第二旋转轴线延伸的长度，第一滚动表面的延伸长度是第二滚动表面的延伸长度的1.1至2.0倍。

Description

滚动轴承装置和风力发电设备
技术领域
本实用新型涉及滚动轴承装置。
背景技术
该类型的滚动轴承装置在现有技术中是公知的并且例如以所谓的大型滚动轴承的形式被用于承载风力发电设备的转子轴。风力发电设备通常包括塔架和机舱，该机舱可旋转地布置在塔架上并且用于容纳机械设备。布置在机舱中的转子轴在一端连接到转子毂，该转子毂承载由风力驱动的转子叶片，而另一端经由合适的传动装置与发电机直接或间接地连接以用于产生电力。
这种风力发电设备具有这样的问题，即特别是在改变风力载荷的情况下，沿转子轴的非常高的轴向力以及垂直于转子轴的相当大的倾翻力在转子轴的区域产生并且必须被用于支承转子轴的滚动轴承吸收。
DE 10 2007 049 087 A1公开了使用双列圆锥滚子轴承来安装转子轴，以便吸收轴向力和径向力两者。在该公开中，两个圆锥滚子轴承为对称结构。由于针对风力发电设备的非对称的载荷分布以及作用在风力发电设备的转子轴上的较高的倾翻力，两个对称的圆锥滚子轴承不利地负载不均匀，并且因此不均匀地磨损。此外，圆锥滚子轴承的尺寸基于最大预期力来设计，使得两个轴承中的一者不必要地过大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有内环和外环的滚动轴承装置，其中避免了现有技术的缺点。特别地，意在允许根据需要来设计轴承的尺寸，以便优化滚动轴承装置的总成本。
根据本实用新型，该目的通过滚动轴承装置得以实现。
根据本实用新型的滚动轴承装置相对于现有技术而言具有这样的优点，即两个圆锥滚子轴承是不同的并且因此可以适应于针对风力发电设备产生的不均匀的载荷。尤其可以设想，更靠近设置有转子叶片的转子布置的圆锥滚子轴承更大并且因此能够比更靠近发电机的另一个圆锥滚子轴承支撑更大的载荷。因此，该另一个圆锥滚子轴承可以制造得更小，这有利地降低滚动轴承装置的总成本。不言而喻，内环和外环两者均能旋转，即外环也可以围绕旋转轴线相对于内环旋转。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，第一滚子分别围绕第一旋转轴线旋转并且包括与第一旋转轴线同心地布置的第一滚动表面，并且其中，第二滚子分别围绕第二旋转轴线旋转并且包括与第二旋转轴线同心地布置的第二滚动表面，其中，在所有情况下，第一滚动表面平行于第一旋转轴线延伸的长度大于第二运行表面平行于第二旋转轴线延伸的长度。与第二圆锥滚子轴承相比，加宽第一滚动表面增大第一圆锥滚子轴承的承载能力。因此，通常在风力发电设备中产生的倾翻力能够被第一圆锥滚子轴承更好地吸收。可以设想，第一滚动表面的延伸长度是第二滚动表面的延伸长度的1.1至2.0倍、优选为1.1至1.5倍、并且特别优选为1.1 至1.3倍。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，第一滚子的公称直径大于第二滚子的公称直径。可选地或者除了增加第一滚动表面的大小之外，还可以通过使第一滚子的公称直径大于第二滚子的公称直径来实现第一圆锥滚子轴承的承载能力。在本实用新型的含义中，滚子的公称直径特别是滚子在其几何中心(即特别是滚动表面的沿其旋转轴线的中心)处的直径。可以设想，第一滚子的公称直径介于36至180毫米之间、优选介于80至160毫米之间、并且特别优选介于120至140毫米之间，而第二滚子的公称直径介于36至180毫米之间、优选介于80至160毫米之间、并且特别优选介于120至140毫米之间。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，在旋转轴线与第一滚子之间始终形成有第一角度，并且在旋转轴线与第二滚子之间始终形成有第二角度，其中，第一角度小于第二角度。在风力发电设备中产生的倾翻力特别意味着第一圆锥滚子轴承必须能够吸收垂直于旋转轴线的较大的径向力，而增大的轴向力沿着旋转轴线在第二圆锥滚子轴承区域中产生。使第一角度(也称为支撑角度)小于第二角度使得能够以特别有效的方式把这些特性考虑进去。更平的第一角度导致在第一圆锥滚子轴承处具有针对径向力的更大的载荷能力，而更陡的第二角度导致在第二圆锥滚子轴承处更好地承受轴向力。可以设想，第一角度介于30至60度之间、优选介于 30至50度之间、并且特别优选介于30至40度之间，而第二角度介于40 至90度之间、优选介于50至85度之间、并且特别优选介于60至85度之间。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，外环包括第一外滚道和第二外滚道，第一滚子在第一外滚道上滚动，第二滚子在第二外滚道上滚动，其中，外环包括楔形周向环段，该楔形周向环段向旋转轴线方向突出并且具有两个楔形侧面，其中，第一外滚道形成在一个楔形侧面上并且第二外滚道形成在另一个楔形侧面上。有利的是，第一外滚道和第二外滚道形成在单个单件式环段上意味着滚子装置在安装空间方面特别紧凑并且具有生产成本效益。此外，轴向力和径向力直接传递到两侧被支撑的环段中，从而导致特别防倾翻的、抗扭刚性的和稳定的安装。为此，外环特别地被设计为一件。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，内环是多件式环并且由第一内环部件和第二内环部件组成。优选地，内环包括第一内滚道和第二内滚道，第一滚子在第一内滚道上滚动，第二滚子在第二内滚道上滚动，其中，第一内滚道形成在第一内环部件上并且第二内滚道形成在第二内环部件。内环的两部分设计有利地允许简单并快速地安装滚子装置，使得能够进一步降低生产成本。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，台阶形成在内环上、第一内滚道与第二内滚道之间。令人惊讶地发现，该台阶使得可以优化第一内滚道与第二内滚道之间的润滑剂的分布，并且从而始终确保第一滚子和第二滚子可靠润滑。
根据本实用新型的一个优选实施例，提供的是，第一滚子和第二滚子分别容纳在保持架中，并且在内环的朝向保持架的表面上形成有至少一个凹部，保持架的端部区域设置在该凹部中。凹部具有如下优点：确保在凹部中收集润滑剂并且从而始终确保保持架与内环之间有可靠的润滑。原则上也可以设想，在保持架的区域中，相应的凹陷也形成在外环上。
本实用新型还涉及一种风力发电设备，该风力发电设备包括具有多个转子叶片的转子毂，其中，转子毂固定成与转子轴一起旋转，并且其中，转子轴直接或间接地连接到发电机，其中，风力发电设备包括用于支承转子轴的轴承装置，并且其中，轴承装置包括根据本实用新型的滚动轴承装置。有利的是，风力发电设备由于使用了根据本实用新型的滚动轴承装置而具有生产成本效益。
本实用新型的其它细节、特征和优点可以从附图以及参照附图对优选实施例进行的以下描述中找到。在本文中，附图仅示出本实用新型的有利实施例，这些实施例并不限制本实用新型构思。
附图说明
图1示出了根据本实用新型的示例性第一实施例的滚动轴承装置的示意性剖视图。
图2示出了根据本实用新型的示例性第二实施例的滚动轴承装置的示意性剖视图。
图3示出了根据本实用新型的示例性第三实施例的滚动轴承装置的示意性剖视图。
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的滚动轴承装置1的示意性剖视图。
滚动轴承装置1具有外环2和内环3。内环3安装成能够围绕旋转轴线24相对于外环2旋转。为此，滚动轴承装置1构造有两列并且包括两个圆锥滚子轴承：第一圆锥滚子轴承4和第二圆锥滚子轴承6。
第一圆锥滚子轴承4包括多个第一滚子5，多个第一滚子分别围绕其纵轴(在本实施例中被称为第一旋转轴线12)旋转。第一滚子5中的每一者均具有周向第一滚动表面14，该表面延伸为与第一旋转轴线12同心的侧表面。然后在所有情况下，第一滚子5都为截头圆锥形，使得该第一滚子的直径沿着第一旋转轴线12改变。第一滚子5布置在外环2与内环3之间并且然后在所有情况下以它们的第一滚动表面14抵靠形成在外环2上的周向第一外滚道8和形成在内环3上的周向第一内滚道16的方式滚动。然后在所有情况下，第一旋转轴线12相对于旋转轴线24倾斜第一角度 10，使得沿旋转轴线24作用的两个轴向力以及垂直旋转轴线24作用的径向力两者均能被第一圆锥滚子轴承4承受。
类似于第一圆锥滚子轴承4，第二圆锥滚子轴承6包括多个第二滚子 7，第二滚子也分别围绕其纵轴(被称为第二旋转轴线13)旋转。然后，第二滚子7包括相应的周向第二滚动表面15，该表面延伸为与第二旋转轴线13同心的侧表面。类似于第一滚子5，第二滚子7也为截头圆锥形，使得第二滚子的直径沿着第二旋转轴线13改变。除了第一外滚道8之外，外环2还包括周向的第二外滚道9，并且除了第一内滚道16之外，内环3 还包括周向的第二内滚道17，在第二外滚道9与第二内滚道17之间布置有第二滚子7，并且第二滚子7通过其第二滚动表面15在第二外滚道9与第二内滚道17上滚动。然后在所有情况下，第二旋转轴线13也相对于旋转轴线24倾斜第二角度11，使得沿着旋转轴线24作用的轴向力以及垂直于旋转轴线24作用的径向力两者也均能被第二圆锥滚子轴承6承受。在所有情况下，第一滚子5和第二滚子7被装载在保持架25中。
本滚子轴承装置1用于安装风力发电设备(未示出)的转子轴。在这种情况下，转子轴通常从设置有转子叶片的转子毂延伸到风力发电设备的发电机。在这种情况下，转子毂不完全是独立式的，使得因风力和重力而产生的相当大的倾翻力矩作用在转子轴上。因此，第一圆锥滚子轴承4和第二圆锥滚子轴承6上的载荷不相同。
为了适应这种不相等的载荷，第一圆锥滚子轴承4和第二圆锥滚子轴承6是非对称的，即，第一圆锥滚子轴承4和第二圆锥滚子轴承6包括不同的支撑角10和11、不同尺寸的滚子5和7、以及不同宽度的滚道。
如果第一圆锥滚子轴承4是更靠近转子毂的那个轴承，而第二圆锥滚子轴承6是更靠近发电机的那个轴承，则倾翻力导致：与第二圆锥滚子轴承6相比，第一圆锥滚子轴承4的区域中的径向载荷更大。因此，第一角度10小于第二角度11，以便适应在第一圆锥滚子轴承4处的、垂直于旋转轴线24作用的较大的径向力。第一角度10例如在30至40度之间，而第二角度11例如可以在60至85度之间。此外，第一滚子5大于第二滚子 7，即，第一滚子5具有比第二滚子7更大的公称直径以及更宽的滚动表面。例如，可以设想，第二滚子7的公称直径仅在50至90毫米之间，而第一滚子5的公称直径在120至140毫米之间。还可以设想，第一滚动表面14沿着相关的第一旋转轴线12延伸的长度分别是第二滚动表面15沿着相关的第二旋转轴线13延伸的长度的1.1至1.3倍。
在本滚子轴承装置1中，外环2是单件式设计使得外环2包括楔形周向环段23，该楔形周向环段向旋转轴线24的方向突出并且具有两个楔形侧面(wedge flank)20、21，其中，第一外滚道8形成在一个楔形侧面20 上并且第二外滚道9形成在另一个楔形侧面21上。因此，第一外滚道8和第二外滚道9以在安装空间方面极其紧凑的方式设置在环段23的楔形侧面20、21上，其中，只有楔形环段的尖端布置在第一外滚道8与第二外滚道9之间。
内环3优选由第一内环部件18和第二内环部件19两部分形成。在这种情况下，第一内滚道16形成在第一内环部件18上并且第二内滚道17形成在第二内环部件19上。
在根据第一实施例的滚动轴承装置1中，台阶22形成在第一内滚道 16与第二内滚道17之间。
图2示出了根据本实用新型的示例性第二实施例的滚动轴承装置1的示意性剖视图，其中，根据第二实施例的滚动轴承装置1与根据图1所示的第一实施例的滚动轴承装置1相类似，不同之处在于根据第二实施例的滚动轴承装置1没有台阶22，而凹部26分别形成在内环3上，第一滚子5 和第二滚子7的保持架25的接触表面设置在该凹部26中。凹部26确保在保持架25区域中的润滑剂的收集并且始终确保保持架25与内环3之间有足够的润滑。
图3示出了根据本实用新型的示例性第三实施例的滚动轴承装置1的示意性剖视图，其中，根据第三实施例的滚动轴承装置1是根据图1所示的第一实施例的滚动轴承装置1与根据图2所示的第二实施例的滚动轴承装置的混合体。因此，根据第三实施例的滚动轴承装置1在内环3上具有台阶22和凹部26，第一滚子5和第二滚子7的保持架25的接触表面设置在该台阶22和凹部26。
附图标记列表
1 滚动轴承装置
2 外环
3 内环
4 第一圆锥滚子轴承
5 第一滚子
6 第二圆锥滚子轴承
7 第二滚子
8 第一外滚道
9 第二外滚道
10 第一角度
11 第二角度
12 第一旋转轴线
13 第二旋转轴线
14 第一滚动表面
15 第二滚动表面
16 第一内滚道
17 第二内滚道
18 第一内环部件
19 第二内环部件
20 楔形侧面
21 楔形侧面
22 台阶
23 环段
24 旋转轴线
25 保持架

Claims (23)

1.一种用于风力发电设备的滚动轴承装置(1)，所述滚动轴承装置包括外环(2)和内环(3)，所述内环能够围绕旋转轴线(24)相对于所述外环(2)旋转，其中，在所述外环(2)与所述内环(3)之间形成有具有第一滚子(5)的第一圆锥滚子轴承(4)和具有第二滚子(7)的第二圆锥滚子轴承(6)，其中，所述第一滚子(5)的第一旋转轴线(12)和所述第二滚子(7)的第二旋转轴线(13)分别相对于所述旋转轴线(24)倾斜，其中，所述第一圆锥滚子轴承(4)和所述第二圆锥滚子轴承(6)是非对称的，其中，所述第一滚子(5)分别围绕第一旋转轴线(12)旋转并且包括与所述第一旋转轴线(12)同心地布置的第一滚动表面(14)，并且其中，所述第二滚子(7)分别围绕第二旋转轴线(13)旋转并且包括与所述第二旋转轴线(13)同心地布置的第二滚动表面(15)，其中，所有情况下，所述第一滚动表面(14)平行于所述第一旋转轴线(12)延伸的长度大于所述第二滚动表面(15)平行于所述第二旋转轴线(13)延伸的长度，其特征在于，所述第一滚动表面(14)的延伸长度是所述第二滚动表面(15)的延伸长度的1.1至2.0倍。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一滚子(5)的公称直径大于所述第二滚子(7)的公称直径。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一滚子(5)的公称直径介于36至180毫米之间。
4.根据权利要求2或3所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第二滚子(7)的公称直径介于36至180毫米之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承装置(1)，其中，在所述旋转轴线(24)与所述第一滚子(5)之间始终形成第一角度(10)，并且其中，在所述旋转轴线(24)与所述第二滚子(7)之间始终形成第二角度(11)，其中，所述第一角度(10)小于所述第二角度(11)。
6.根据权利要求5所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一角度(10)介于30至60度之间。
7.根据权利要求5所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第二角度介于40至90度之间。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述外环(2)包括第一外滚道(8)和第二外滚道(9)，所述第一滚子(5)在所述第一外滚道上滚动，所述第二滚子(7)在所述第二外滚道上滚动，其中，所述外环(2)包括楔形周向环段(23)，所述楔形周向环段向所述旋转轴线(24)方向突出并且具有两个楔形侧面(20、21)，其中，所述第一外滚道(8)形成在一个楔形侧面(20)上并且所述第二外滚道(9)形成在另一个楔形侧面(21)上。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述内环(3)是多件式环并且由第一内环部件(18)和第二内环部件(19)组成。
10.根据权利要求9所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述内环(3)包括第一内滚道(16)和第二内滚道(17)，所述第一滚子(5)在所述第一内滚道上滚动，所述第二滚子(7)在所述第二内滚道上滚动，其中，所述第一内滚道(16)形成在所述第一内环部件(18)上并且所述第二内滚道(17)形成在所述第二内环部件(19)上。
11.根据权利要求10所述的滚动轴承装置(1)，其中，台阶(22)形成在内环(3)上、所述第一内滚道(16)与所述第二内滚道(17)之间。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述外环(2)是单件式环。
13.根据权利要求1所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一滚动表面(14)的延伸长度是所述第二滚动表面(15)的延伸长度的1.1至1.5倍。
14.根据权利要求1所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一滚动表面(14)的延伸长度是所述第二滚动表面(15)的延伸长度的1.1至1.3倍。
15.根据权利要求2所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一滚子(5)的公称直径介于80至160毫米之间。
16.根据权利要求2所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一滚子(5)的公称直径介于120至140毫米之间。
17.根据权利要求2或3所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第二滚子(7)的公称直径介于80至160毫米之间。
18.根据权利要求2或3所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第二滚子(7)的公称直径介于120至140毫米之间。
19.根据权利要求5所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一角度(10)介于30至50度之间。
20.根据权利要求5所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第一角度(10)介于30至40度之间。
21.根据权利要求5所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第二角度介于50至85度之间。
22.根据权利要求5所述的滚动轴承装置(1)，其中，所述第二角度介于60至85度之间。
23.一种风力发电设备，其包括具有多个转子叶片的转子毂，其中，所述转子毂固定成与转子轴一起旋转，并且其中，所述转子轴直接或间接地连接到发电机，其中，所述风力发电设备包括用于支承所述转子轴的轴承装置，其特征在于，所述轴承装置包括如前述权利要求中任一项所述的滚动轴承装置(1)。
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