ES2325818T3 - Conjunto de cojinetes para soportar un eje de transmision en un alojamiento. - Google Patents

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Abstract

Conjunto (1) de cojinetes para soportar un árbol (2) de transmisión en un alojamiento (3), que comprende un cojinete (5) flotante en dirección axial y un par de cojinetes (7, 8) de contacto angular que sitúan al árbol (2) en contra del movimiento (AA'') en dirección axial, por lo que el árbol (2) está sometido a fuerzas (Frad, Fax) de carga radial y/o axial, caracterizado porque el alojamiento (2) está adaptado para obtener la rigidez deseada para cada uno de los dos cojinetes (7, 8) de contacto angular, por lo que se induce una distribución de carga entre dichos dos cojinetes (7, 8), estando fijado uno de los cojinetes (7, 8) de contacto angular en una parte del alojamiento que presenta una región (26) que está hecha de manera más flexible que el resto del alojamiento y presentando los cojinetes (7, 8) de contacto angular ángulos (B, C) de contacto diferentes.

Description

Conjunto de cojinetes para soportar un eje de transmisión en un alojamiento.
La presente invención se refiere a un conjunto de cojinetes para soportar un árbol de transmisión en un alojamiento.
Más específicamente, la presente invención se refiere a un conjunto de cojinetes para soportar un árbol de transmisión en un alojamiento del denominado tipo hiperestático, que comprende, por un lado, un cojinete flotante en dirección axial, por ejemplo, un cojinete cilíndrico del tipo NU que no presenta rebordes en el anillo de cojinete interno y, por otro lado, un par de cojinetes de contacto angular, por ejemplo, un par de cojinetes de rodillos de sección decreciente, que sitúan al árbol en contra del movimiento en dirección axial, por lo que además el árbol está sometido a fuerzas de carga radial y/o axial. Un conjunto de cojinetes genérico de este tipo se conoce a partir del documento EP-A-1 342 570.
Se sabe que un conjunto de cojinetes de este tipo en el que un árbol está situado en ambas direcciones axiales en un extremo, no estando retenido en la dirección axial en el otro extremo, tiene la ventaja de que evita el apretamiento de los elementos de rodadura y mayores tensiones en los cojinetes a causa de la expansión térmica axial del árbol durante el funcionamiento.
Además, se sabe que un árbol soportado por un conjunto de cojinetes de este tipo puede montarse y desmontarse fácilmente en un alojamiento ya que el árbol puede deslizarse dentro y fuera del cojinete flotante en dirección axial sin necesidad de un montaje o desmontaje total de dicho cojinete.
Por este motivo, el cojinete flotante en dirección axial puede colocarse en la posición más remota con respecto a la abertura del alojamiento a través de la cual dicho árbol se introduce en el alojamiento.
Sin embargo, los diseños conocidos de conjuntos de cojinetes hiperestático del tipo descrito anteriormente también presentan algunas desventajas, ya que las fuerzas de carga en el par de cojinetes de contacto angular están distribuidas de una manera muy desigual, por lo que un cojinete de contacto angular recibe casi todas las fuerzas de carga radial y axial cuando el árbol gira en un primer sentido, mientras que el otro cojinete recibe todas las fuerzas de carga radial y axial cuando el árbol gira en el sentido opuesto.
Esta desventaja es la más importante en el caso de un árbol soportado que gire la mayor parte del tiempo en un solo sentido y de manera muy excepcional en el sentido opuesto, lo que es el caso, por ejemplo, de un árbol que está conectado al rotor de una turbina eólica.
Dicho de otro modo, dependiendo del sentido de rotación del árbol, el primer o el segundo cojinete de contacto angular del par no estará sometido o casi no estará sometido a las fuerzas de carga durante la rotación del árbol.
Por lo tanto, en caso de que el árbol gire principalmente en un solo sentido de rotación, existiendo por tanto una componente de carga axial sustancial debido a, por ejemplo, la interacción entre engranajes helicoidales, habrá un cojinete que la mayor parte del tiempo no esté cargado, de manera que los costes relacionados con este cojinete no pueden justificarse.
Además, puesto que dicho cojinete no está sometido o casi no está sometido a fuerzas de carga, hay un gran riesgo de que se deslicen los elementos de rodadura de dicho cojinete, lo que da como resultado un daño prematuro del cojinete.
Para árboles que giren a altas velocidades, como por ejemplo el árbol de alta velocidad de la caja de cambios de una turbina eólica donde no se aplica ninguna carga sustancial, es incluso más probable que se produzca tal deslizamiento de los elementos de rodadura.
En algunos conjuntos de cojinetes conocidos dicho problema se soluciona añadiendo resortes, etc. que ejerzan siempre una determina fuerza de precarga en el cojinete menos cargado.
Sin embargo, con el fin de permitir que los resortes funcionen correctamente, el anillo externo del cojinete que casi nunca está sometido a ninguna carga y que está precargado por los resortes requiere moverse libremente en la dirección axial, lo que contradice la función de soporte de dicho cojinete en caso de condiciones de carga inversas.
Además, la fabricación y el ensamblado de tales conjuntos de cojinetes con resortes son mucho más complejos.
Otra desventaja de los conjuntos de cojinetes conocidos es que ambos cojinetes de sección decreciente del par están sometidos, dependiendo del sentido de rotación del árbol, a todas o a casi todas las fuerzas de carga, lo que requiere que los cojinetes estén sobredimensionados.
Por supuesto, esto también tiene consecuencias negativas para el precio de coste de tales conjuntos de cojinetes conocidos.
La presente invención tiene como objetivo un conjunto de cojinetes, por ejemplo un conjunto de cojinetes utilizado en una turbina eólica, que no muestre una o más de las desventajas anteriores u otras desventajas.
Para este fin, la invención se refiere a un conjunto de cojinetes del tipo descrito anteriormente, en el que el alojamiento está adaptado para obtener la rigidez deseada para cada uno de los dos cojinetes de contacto angular, por lo que se induce una distribución de carga entre dichos dos cojinetes, estando fijado uno de los cojinetes de contacto angular en una parte del alojamiento que presenta una región que está hecha de manera más flexible que el resto del alojamiento y presentando los cojinetes de contacto angular diferentes ángulos de contacto.
Una ventaja importante de un conjunto de cojinetes de este tipo según la presente invención es que ambos cojinetes de contacto angular están sometidos a fuerzas de carga, de manera que se obtiene una distribución de carga más equitativa en los cojinetes permitiendo un dimensionamiento más pequeño de los cojinetes, lo que hace que el conjunto de cojinetes sea más económico y más compacto.
Otra ventaja de un conjunto de cojinetes de este tipo es que difundiendo las cargas en ambos cojinetes de contacto angular no hay peligro de que se deslicen los elementos de rodadura en uno de los cojinetes de contacto angular, de manera que se garantiza la vida útil esperada de los cojinetes.
Estas ventajas son de particular interés para árboles que giren la mayor parte del tiempo en un solo sentido de rotación y a altas velocidades, como es por ejemplo el caso de los árboles de gran velocidad de las cajas de cambio de las turbinas eólicas.
Según una realización preferida de un conjunto de cojinetes según la presente invención, al menos uno de los cojinetes de contacto angular está fijado en el alojamiento de manera que transmite principalmente fuerzas de carga axial desde el árbol hasta el alojamiento y una parte mínima de las fuerzas de carga radial, denominándose este cojinete de contacto angular como el cojinete axial y denominándose el otro cojinete de contacto angular como el cojinete radial.
Una ventaja de un conjunto de cojinetes de este tipo según esta realización es que, puesto que el árbol gira en un determinado sentido de rotación, el cojinete axial transmite principalmente fuerzas de carga axial al alojamiento, mientras que el cojinete radial trasmite principalmente fuerzas de carga radial, de manera que pueden elegirse los cojinetes de contacto angular con una geometría diferente que estén mejor adaptados para transmitir fuerzas de carga principalmente radial o principalmente axial.
Según otra realización preferida de un conjunto de cojinetes según la presente invención, el cojinete axial está fijado en una parte del alojamiento que es rígida en al menos una dirección axial pero relativamente flexible en dirección radial.
Una ventaja de un conjunto de cojinetes de este tipo según esta realización es que puede realizarse fácilmente la división de las fuerzas de carga en fuerzas de carga radial y axial que se transmiten al alojamiento respectivamente a través del cojinete de contacto angular radial y del cojinete de contacto angular axial.
Con el fin de mostrar mejor las características de la invención como un ejemplo sin ningún carácter restrictivo, a continuación se describirán algunas formas de realización preferidas de un conjunto de cojinetes según la presente invención para soportar un árbol de transmisión en un alojamiento, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 representa una sección transversal de un conjunto de cojinetes según la presente invención;
las figuras 2 y 3 representan vistas según la figura 1 de otras realizaciones de un conjunto de cojinetes según la presente invención; y
la figura 4 es una representación más esquemática de un conjunto de cojinetes según la presente invención; y,
las figuras 5 a 8 representan esquemáticamente realizaciones alternativas de la presente invención.
El conjunto 1 de cojinetes representado en la figura 1 está destinado a soportar un árbol 2 de transmisión en un alojamiento 3 y comprende, en un extremo 4 axial del árbol 2, un cojinete 5 flotante en dirección axial y, cerca del otro extremo 6 axial del árbol 2, un par de cojinetes de contacto angular, en particular un par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente, que sitúan al árbol 2 en contra del movimiento en dirección AA' axial.
Entre el cojinete 5 flotante en dirección axial y el par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente, el árbol 2 está dotado de un engranaje en forma de un engranaje 9 de piñón para recibir el par motor de otro engranaje 10 que está fijado en otro árbol paralelo (no representado en la figura 1).
El engranaje 10 puede accionarse, por ejemplo, mediante las paletas del rotor de una turbina eólica, por lo que la rotación a baja velocidad de las paletas del rotor se transforma en una rotación a alta velocidad del árbol 2, por ejemplo en una fase de engranaje planetario.
El árbol 2 puede estar destinado, por ejemplo, a conectarse a un generador eléctrico en su extremo 6 axial.
La interacción entre los dos engranajes 9 y 10 introduce varias fuerzas de carga que pueden dividirse en tres componentes.
En primer lugar, hay, en efecto, una componente F_{tan} de fuerza tangencial para transmitir par motor, que se dirige de manera tangencial hacia la circunferencia de los engranajes 9 y 10 por lo que, en este caso, dicha fuerza F_{tan} tangencial se aleja del observador, indicado en la figura 1 de manera convencional mediante un círculo y una cruz de pequeño tamaño, pero esta fuerza F_{tan} de carga también puede dirigirse hacia el observador, por ejemplo en caso de que el engranaje 10 esté girando en el sentido de rotación opuesto.
En segundo lugar, el árbol 2 está sometido a una fuerza F_{rad} radial dirigida de manera normal al eje AA' de rotación y hacia dicho eje AA' de rotación.
Finalmente, el árbol 2 también está sometido a una componente F_{ax} axial dirigida en una dirección paralela al eje AA' de rotación y, en este caso, hacia el par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente.
La fuerza F_{ax} de carga axial es normalmente significativa cuando se aplica el dentado helicoidal en los engranajes 9 y 10, por lo que el sentido de rotación de los engranajes 9 y 10, la forma del dentado helicoidal, así como la condición de si el engranaje 9 acciona al engranaje 10 o si se acciona mediante el engranaje 10 determinan si esta componente F_{ax} axial se dirige hacia o se aleja del par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente.
Sin embargo, en la situación de la figura 1, se supone que las condiciones son tales que la mayor parte del tiempo la fuerza F_{ax} de carga axial se dirige hacia el par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente.
Con el fin de mantener al árbol 2 en su sitio, los cojinetes 5, 7 y 8 tienen que equilibrar las fuerzas F_{rad} y F_{ax} de carga en el árbol 2 mediante la interacción con el alojamiento 3.
El cojinete 5 flotante en dirección axial es, en el caso de la figura 1, un cojinete 5 de rodillos cilíndricos del tipo NU que presenta rebordes 11 en el anillo 12 de cojinete externo pero que no presenta ningún reborde en el anillo 13 de cojinete interno.
Por consiguiente, este cojinete 5 cilíndrico no permite la transmisión de las fuerzas F_{ax} de carga axial desde el árbol 2 al alojamiento 3, de manera que el árbol 2 puede realizar cualquier movimiento en la dirección AA' axial en el extremo 4 axial del árbol 2.
Los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente proporcionan la colocación axial del árbol 2, por lo que los anillos 14 de cojinete externos de estos cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente están retenidos contra un saliente 15 del alojamiento 3 mediante topes 16 y 17 respectivamente en una parte 18 de reborde exterior del alojamiento 3 y en un recubrimiento 19 de extremo del alojamiento 3, y por lo que los anillos 20 de cojinete internos están retenidos contra un saliente 21 del árbol 2 mediante un anillo distanciador 22 y una tuerca 23.
El par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente está montado, en el caso de la figura 1, en una configuración denominada espalda con espalda (back to back) o configuración en X.
Esto significa que las partes 24 superiores de los conos de presión formados mediante las líneas 25 de presión a través de las cuales los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente trasmiten fuerzas de carga desde el árbol 2 hasta el alojamiento 3, convergen entre sí.
Una ventaja del conjunto 1 de cojinetes descrito anteriormente, que es ampliamente conocida, es que el árbol 2 puede realizar un movimiento axial en un extremo 4 axial, de manera que no se produce ningún problema relacionado con una mayor tensión en los cojinetes 5, 7 y 8 cuando el árbol 2 se expande en una dirección AA' axial, por ejemplo debido a un calentamiento térmico, ya que el extremo 4 tiene un grado de libertad en la dirección AA' axial del árbol 2.
Sin embargo, una primera particularidad de la presente invención es que el cojinete 8 de rodillos de sección decreciente, que en lo sucesivo se denominará como cojinete 8 axial, está fijado en una parte 18 del alojamiento 3 que es relativamente rígida en la dirección AA' axial, dirección en la que se ejercen las principales fuerzas de carga axial, pero que es relativamente flexible en la dirección RR' radial.
Por consiguiente, dicho cojinete 8 axial transmite principalmente fuerzas F_{ax} de carga axial desde el árbol 2 al alojamiento 3 y una parte mínima de las fuerzas F_{rad} de carga radial.
Sin embargo, el otro cojinete 7 de rodillos de sección decreciente, que en lo sucesivo se denominará como cojinete 7 radial, puede transmitir tales fuerzas F_{rad} de carga radial.
Con el fin de obtener las diferencias mencionadas anteriormente en la rigidez de la parte 18 del alojamiento 3, una región 26 de la parte 18 implicada puede hacerse, por ejemplo, más flexible que el resto 27 del alojamiento 3, por lo que preferentemente dicha región 26 es anular para ser independiente de las componentes de fuerza de carga radial y situarse entre los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente. En el caso de la figura 1, la parte 18 del alojamiento 3 que soporta al cojinete 8 axial está formada como una parte 18 de reborde independiente del alojamiento 3, que está fijada al alojamiento mediante pernos 28, que se proyecta hacia fuera desde el resto del alojamiento 3 y que está sellada por el recubrimiento 19 mencionado anteriormente mediante pernos 29.
La flexibilidad de la parte 18 se obtiene en este caso haciendo el reborde 18 algo más delgado en una región 26 angular del alojamiento 3 entre los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente en lugar de en otra parte.
Sin embargo, según la presente invención es posible obtener el mismo resultado por otros medios, por ejemplo usando diferentes tipos de materiales para las diferentes partes 26 y 27 del alojamiento con la característica de ser, respectivamente, más flexible y más rígida en la dirección AA' axial.
Una alternativa adicional es proporcionar un cierto perfilado al reborde 18, por lo que dicha región 26 que está hecha de manera más flexible sólo está perfilada localmente para obtener una rigidez reducida con respecto a las partes 18 y 27 de alojamiento circundantes.
Otra particularidad de un conjunto 1 de cojinetes según la presente invención, es que el cojinete 7 radial y el cojinete 8 axial tienen ángulos de contacto diferentes, respectivamente B y C, ángulo de contacto que se refiere al ángulo entre una línea 25 recta normal al anillo 30 guía de cojinete exterior y una línea 31 recta paralela al plano de rotación.
Más específicamente, el ángulo B de contacto del cojinete 7 radial es más pequeño que el ángulo C de contacto del cojinete 8 axial.
Además, en la configuración de la figura 1, el cojinete 7 radial está situado preferentemente más cerca del engranaje 9 que del cojinete 8 axial.
El funcionamiento de un conjunto 1 de cojinetes según la invención es sencillo y se describe a continuación.
Puesto que la región 26 de la parte 18 de reborde exterior del alojamiento 3 está hecha de manera relativamente flexible en la dirección RR' radial, el cojinete 8 axial no puede, o puede de manera limitada, transmitir fuerzas F_{rad} de carga radial al alojamiento 3.
Esto significa que principalmente toda la fuerza F_{rad} de carga radial se transmite al alojamiento 3 mediante el cojinete 5 cilíndrico y el cojinete 7 radial.
Por otro lado, debido a la rigidez de la parte 18 de reborde del alojamiento 3 en la dirección axial, las fuerzas F_{ax} de carga axial se transmiten al alojamiento a través del cojinete 8 axial.
Por lo tanto, en realidad, hay dos trayectorias de flujo de fuerza sustancialmente independientes para la transmisión de las fuerzas F_{rad} y F_{ax} de carga desde el árbol 2 al alojamiento 3 a través del par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente, por lo que la primera trayectoria de flujo de fuerza se extiende desde el árbol 2 hasta el alojamiento 3 a través de uno de los cojinetes de rodillos de sección decreciente, en particular el cojinete 8 axial, sustancialmente sólo para la transmisión de fuerzas F_{ax} de carga axial, mientras que la segunda trayectoria de flujo de fuerza se extiende desde el árbol 2 hasta el alojamiento 3 a través del otro cojinete de rodillos de sección decreciente, en particular el cojinete 7 radial, sustancialmente sólo para la transmisión de fuerzas F_{rad} de carga radial.
Es obvio que un conjunto 1 de cojinetes de este tipo es ventajoso sobre los conjuntos de cojinetes hiperestáticos conocidos, ya que las fuerzas F_{rad} y F_{ax} de carga se distribuyen entre el par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente, mientras que en los conjuntos de cojinetes conocidos sólo uno de los cojinetes de rodillos de sección decreciente recibe toda la carga o casi toda la carga.
Por consiguiente, los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente pueden tener dimensiones más pequeñas, lo que es ventajoso para el precio de coste del conjunto 1 de cojinetes, así como para el espacio requerido para montar un conjunto 1 de cojinetes de este tipo y, por tanto, para la compacidad del conjunto 1 de cojinetes.
Además, resulta evidente que se evita el deslizamiento en el cojinete 7 radial ya que este cojinete transmite fuerza F_{rad} de carga radial al alojamiento 3, de manera que los elementos de rodadura se ven obligados a girar.
Por consiguiente, la vida útil de un conjunto 1 de cojinetes según la presente invención mejora con respecto a los conjuntos de cojinetes conocidos.
Resulta evidente que estas ventajas son particularmente importantes para las unidades de engranaje en las que el árbol 2 está la mayor parte del tiempo girando a altas velocidades y a bajas cargas de par motor y en el mismo sentido de rotación, como por ejemplo es el caso cuando el árbol 2 es un árbol 2 de alta velocidad de la caja de cambios de una turbina eólica.
Un conjunto 1 de cojinetes según la invención también es ventajoso para montar y desmontar fácilmente el árbol 2.
Simplemente, aflojando los pernos 28 y 29 pueden desmontarse los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente, así como el árbol 2, y el montaje del árbol 2 es tan sencillo como realizar lo mismo en el orden inverso.
El ángulo C de contacto del cojinete 8 axial es más pequeño que el ángulo B de contacto del cojinete 7 radial ya que permite una mejor transmisión de las fuerzas F_{ax} de carga axial al alojamiento 3.
Un conjunto 1 de cojinetes según la figura 1, en el que el cojinete 7 radial está más cerca del engranaje 9 de piñón que del cojinete 8 axial también tiene la ventaja de que el cojinete 8 axial está menos influenciado por las fuerzas F_{rad} de carga radial, de manera que es más fácil formar una parte 18 de alojamiento que sea lo bastante flexible en la dirección RR' radial con el fin de impedir la transmisión de fuerzas F_{rad} radiales al alojamiento 3 a través del cojinete 8 axial.
Según la presente invención, varios parámetros se ajustan preferentemente entre sí para optimizar la distribución de carga entre los cojinetes 7 y 8.
Estos parámetros son, por ejemplo:
-
la rigidez del alojamiento 3;
-
la proporción F_{ax}/F_{rad} en el conjunto;
-
la posición relativa axial del engranaje con respecto a los cojinetes flotantes y no flotantes;
-
los ángulos B y C de contacto de los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente; y,
-
los huelgos y la precarga en los cojinetes 7 y 8 en situación estática y en funcionamiento.
La presente invención no está limitada a la realización de la figura 1.
En la figura 2, por ejemplo, se representa otra realización de un conjunto 1 de cojinetes según la presente invención, en la que el par de cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente está montado en una denominada configuración cara a cara (face to face) o configuración en O.
Esto significa que las partes 24 superiores de los conos de presión formados por las líneas 25 de presión a través de las cuales los cojinetes 7 y 8 de rodillos de sección decreciente transmiten fuerzas de carga desde el árbol 2 al alojamiento 3 divergen entre sí.
Un conjunto 1 de cojinetes de este tipo según esta realización es particularmente interesante en caso de que el árbol 2 esté sometido a una fuerza F_{ax} de carga axial dirigida hacia el cojinete 5 cilíndrico.
En ese caso, el cojinete 7 radial todavía está situado más cerca del engranaje 9 de piñón, por lo que la parte 24 superior del cono de presión del cojinete 7 radial está cerca del engranaje 9 de piñón, de manera que se obtiene un conjunto 1 de cojinetes más rígido y las fuerzas F_{rad} de carga radial se transmiten fácilmente al alojamiento 3 mediante dicho cojinete 7 radial.
Otra realización de un conjunto 1 de cojinetes según la presente invención se representa en la figura 3, en la que la parte 18 de reborde del alojamiento se proyecta hacia el interior del resto del alojamiento 27.
Aunque las figuras 1 a 4 representan realizaciones de la invención en las que los cojinetes 7 y 8 de contacto angular están en un lado 6 del engranaje 9, mientras que el cojinete 5 flotante en dirección axial está situado en el otro lado 4 del engranaje 9, también es posible aplicar la invención a conjuntos de cojinetes del denominado tipo en voladizo, en los que los cojinetes 7 y 8 de contacto angular así como el cojinete 5 flotante en dirección axial están situados en el mismo lado del engranaje 9. En las figuras 5 a 8 se representan algunas configuraciones de tales conjuntos de cojinetes del tipo en voladizo, en las que un árbol 2 está soportado en un lado de un engranaje 9 mediante un cojinete 7 radial, un cojinete 8 axial y un cojinete 5 flotante en dirección axial.
A partir de esas figuras resulta evidente que no hay en absoluto ninguna restricción en lo que se respecta a la disposición particular de los cojinetes 7, 8 y 9.
Finalmente, la invención también puede describirse en términos más generales tal y como sigue.
La invención se refiere a un conjunto de cojinetes del tipo que comprende un par de superficies de cojinete relativamente giratorias que presentan una pluralidad de elementos giratorios interpuestos entre las mismas. La invención se refiere en particular, pero no exclusivamente, al uso de un par de dichos cojinetes en una caja de cambios, por ejemplo para soportar un árbol de alta velocidad en la caja de cambios de una turbina eólica.
Se proporciona una descripción de cómo puede determinarse la distribución de carga manipulando la rigidez de las diferentes trayectorias a través de las cuales actúan las fuerzas de reacción de los cojinetes.
Esta descripción contiene una introducción acerca de los principios de funcionamiento de un árbol de alta velocidad en una caja de cambios de turbinas eólicas.
En la figura 4 se muestra la configuración de un árbol de alta velocidad de este tipo. El árbol 2 presenta un engranaje 9 de piñón que introduce tres fuerzas:
-
Fuerza 1 (F_{ax}), dirigida a lo largo del eje de rotación del árbol hacia los dos cojinetes derechos;
-
Fuerza 2 (F_{rad}), normal al eje de rotación del árbol;
-
Fuerza 3 (F_{tan}), tangencial a la circunferencia del engranaje.
El árbol está soportado, de manera axial y radial, por tres cojinetes. El cojinete 5 izquierdo es, normalmente, un cojinete de rodillos cilíndricos y sólo soporta fuerzas de manera radial. Tanto el cojinete 7 central como el cojinete 8 derecho son cojinetes de contacto angular (por ejemplo, cojinetes de rodillos de sección decreciente). Estos cojinetes pueden montarse en una configuración en X o en O.
A continuación se calcularán y se tratarán todos los parámetros que influyen en la distribución de carga entre los dos cojinetes de rodillos de sección decreciente.
-
Rigidez de las diferentes trayectorias de carga;
-
Ángulo de contacto del cojinete de contacto angular;
-
Juego en el diseño de los cojinetes.
Por tanto, el nuevo parámetro más relevante es la rigidez relativa de las trayectorias de transferencia de carga de los dos cojinetes de rodillos de sección decreciente. Esta rigidez debe considerarse tanto de manera axial (K1, K4), como de manera radial (K2, K3).
Manipulando la rigidez de la trayectoria de carga radial del cojinete 7 y del cojinete 8, las cargas radiales pueden repartirse de manera beneficiosa entre los dos cojinetes. Esto inducirá una distribución de carga óptima entre los dos cojinetes (7 y 8). Debido al contacto angular de los cojinetes también se determinan fuerzas inducidas de manera axial.
Teniendo en cuenta todos los parámetros implicados, puede conseguirse un diseño de cojinete óptimo dando como resultado una vida útil óptima de los cojinetes.
Como ejemplo de una posible implementación, la figura 1 muestra cómo los alojamientos de cojinete pueden adaptarse para obtener la rigidez deseada para cada uno de los dos cojinetes de rodillos de sección decreciente.
La distribución de carga entre los dos cojinetes de rodillos de sección decreciente de la figura 1 puede seleccionarse preferentemente, por ejemplo, usando un cojinete de rodillos de sección decreciente que presente un tamaño y/o un ángulo diferentes de los del otro cojinete de rodillos de sección decreciente del par. De manera adicional o como alternativa, la distribución de carga puede seleccionarse preferentemente diseñando la estructura de soporte, normalmente la estructura de soporte radialmente exterior, para cada cojinete, proporcionando a un cojinete un soporte axial/radial más rígido que el proporcionado al otro cojinete del par. Ejemplos de la manera en la que puede proporcionarse las características requeridas a la estructura de soporte incluyen una selección preferente del grosor y la flexibilidad de pared de la estructura de soporte.
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Referencias citadas en la descripción
Esta lista de referencias citadas por el solicitante es sólo para la comodidad del lector. No forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha tomado especial cuidado en la compilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.
Documentos de patentes citados en la descripción
\bullet EP 1342570 A [0002]

Claims (17)

1. Conjunto (1) de cojinetes para soportar un árbol (2) de transmisión en un alojamiento (3), que comprende un cojinete (5) flotante en dirección axial y un par de cojinetes (7, 8) de contacto angular que sitúan al árbol (2) en contra del movimiento (AA') en dirección axial, por lo que el árbol (2) está sometido a fuerzas (F_{rad}, F_{ax}) de carga radial y/o axial, caracterizado porque el alojamiento (2) está adaptado para obtener la rigidez deseada para cada uno de los dos cojinetes (7, 8) de contacto angular, por lo que se induce una distribución de carga entre dichos dos cojinetes (7, 8), estando fijado uno de los cojinetes (7, 8) de contacto angular en una parte del alojamiento que presenta una región (26) que está hecha de manera más flexible que el resto del alojamiento y presentando los cojinetes (7, 8) de contacto angular ángulos (B, C) de contacto diferentes.
2. Conjunto de cojinetes según la reivindicación 1, caracterizado porque la rigidez del alojamiento (3) está adaptada localmente de manera que uno de los cojinetes (8) de contacto angular transmite principalmente fuerzas (F_{ax}) de carga axial desde el árbol (2) hasta el alojamiento (3) y una parte mínima de las fuerzas (F_{rad}) de carga radial, denominándose este cojinete (8) de contacto angular como el cojinete (8) axial y denominándose el otro cojinete (7) de contacto angular como el cojinete (7) radial.
3. Conjunto de cojinetes según la reivindicación 2, caracterizado porque el cojinete (8) axial está fijado en una parte (18) del alojamiento que es rígida en al menos la dirección (AA') axial en la que se ejercen las principales fuerzas de carga axial, pero que es relativamente flexible en la dirección (RR') radial.
4. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha región (26) que está hecha de manera más flexible es anular para ser independiente de las componentes de fuerza de carga radial.
5. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha región (26) que está hecha de manera más flexible está perfilada localmente para obtener una menor rigidez con respecto a las partes (18, 27) de alojamiento circundantes.
6. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la región (26) que está hecha de manera más flexible está situada entre los cojinetes (7, 8) de contacto angular.
7. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la parte (18) del alojamiento (3) que soporta al cojinete (8) axial se proyecta hacia fuera desde el resto del alojamiento (27).
8. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la parte (18) del alojamiento (3) que soporta al cojinete (8) axial se proyecta hacia el interior del resto del alojamiento (27).
9. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la parte (18) del alojamiento (3) que soporta al cojinete (8) axial está formada como una parte (18) de reborde independiente del alojamiento (3).
10. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el par de cojinetes (7, 8) de contacto angular está montado en una denominada configuración cara a cara o configuración en O.
11. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el par de cojinetes (7, 8) de contacto angular está montado en una denominada configuración espalda con espalda o configuración en X.
12. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ángulo (B) de contacto del cojinete (7) radial es más pequeño que el ángulo (C) de contacto del cojinete (8) axial.
13. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el árbol (2) soporta al menos un engranaje (9).
14. Conjunto de cojinetes según la reivindicación 13, caracterizado porque los cojinetes (7, 8) de contacto angular están situados en un lado (6) de dicho engranaje (9), mientras que el cojinete (5) flotante en dirección axial está situado en el otro lado (4) del engranaje (9).
15. Conjunto de cojinetes según la reivindicación 13, caracterizado porque los cojinetes (7, 8) de contacto angular así como el cojinete (5) flotante en dirección axial están situados en el mismo lado (4) del engranaje (9).
16. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cojinete flotante en dirección axial es un cojinete de rodillos cilíndricos que soporta al árbol permitiendo al mismo tiempo que el árbol se mueva en ambas direcciones axiales.
17. Conjunto de cojinetes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los cojinetes de contacto angular son cojinetes de rodillos de sección decreciente.
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