CN105781908B - 双排球面滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双排球面滚子轴承，包括：外圈，其在径向内周面上具有至少一个球面内滚道；内圈，其具有第一和第二轴向端部和在径向外周面上的至少一个外滚道。球面滚子元件位于介于所述至少一个内滚道与所述至少一个外滚道之间的第一和第二滚子排中，第一凸缘位于所述第一轴向端部并且在所述外周面的圆周方向上延伸，其中，所述内圈可以在第一轴向方向上经受轴向载荷，使得所述第一凸缘接近所述第一滚子排，以及所述第一凸缘的轴向延伸延伸成使得在轴承的操作期间并且在轴向载荷沿所述第一轴向方向作用于所述内圈上时不会与第一滚子排的任何滚子元件接触。根据第二方面，公开了一种风力涡轮机轴承装置。

Description

双排球面滚子轴承
技术领域
根据第一方面，本发明涉及一种双排球面滚子轴承。
根据第二方面，本发明涉及一种风力涡轮机轴承装置。
背景技术
滚动轴承是用于许多不同应用的常见机械部件。有不同种类的滚动轴承，它们是为了满足不同的要求。取决于特定应用的条件，即载荷水平、旋转速度、温度等，有不同种类的合适滚动轴承。一种常见的轴承类型是球面滚子轴承(SRB)。该轴承被设计成容纳大的径向载荷和轴向载荷，而且其还被设计成能够容纳轴的挠曲，即轴承环能够相对错位。因此，这种轴承特别适用于更为苛刻的工业应用，比如纸浆和造纸工业中的机器、风力涡轮机等。
球面滚子轴承具有不同的设计。例如，有的轴承在内圈上带有凸缘，有的不带有凸缘。凸缘可以用作滚子元件的导向凸缘，它们还可以用作保持凸缘，用于防止滚子例如在操作和运输过程中从轴承脱落。包括内圈凸缘的现有技术球面滚子轴承的示例可以在图5中看出，下面将对此进一步描述。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种改进的球面滚子轴承设计。特别地，本发明的目的是提供一种改进的轴承设计，其适于、定制于且适合于缓慢旋转的应用和/或轴承承受大轴向载荷的应用。这由在独立权利要求中所限定的主题来实现。优选的示例性实施例可以在从属权利要求及所附描述中找到。
根据本发明的第一方面，这个目的是通过一种双排球面滚子轴承来实现的，该轴承包括：外圈，其在径向内周面上具有至少一个球面内滚道；内圈，其具有第一和第二轴向端部和在径向外周面上的至少一个外滚道；以及球面滚子元件，其位于介于所述至少一个内滚道与所述至少一个外滚道之间的第一和第二滚子排中。此外，所述轴承还包括第一凸缘，其位于所述第一轴向端部并且在所述外周面的圆周方向上延伸，其中，第一轴向间隙位于所述第一凸缘与相邻的第一滚子排之间，并且其中，所述内圈可以在第一轴向方向上经受轴向载荷，使得所述第一凸缘接近所述第一滚子排。在所述轴承的操作期间，所述第一轴向间隙在轴向载荷沿所述第一轴向方向作用于所述内圈上时不会下降到零。
本发明人已经认识到的是，在具有大轴向载荷的情况下以及在缓慢旋转的应用中，根据本发明所提出的设计是有利的。在大轴向载荷期间，不容纳轴承中的轴向载荷的滚子排可能被挤压朝向其相应的内圈凸缘。如果轴承配备有导向环(即，用于引导滚子元件的环，其沿轴向位于这两个滚子排之间)，则挤压可以介于侧面凸缘、滚子和导向环之间。挤压滚子可能导致轴承的性能降低。特别地，其可能导致轴承的使用寿命降低，因为滚子可能经受不必要的磨损。当轴承缓慢旋转时，并且如果轴承的非负载区位于负载区上方，则滚子可能在朝向其相应内圈凸缘的方向上脱落。采用新提出的设计，可以避免因滚子与凸缘之间的接触而带来的不必要噪声。轴承的非负载区是沿轴承的圆周方向所看到的区域，其中滚子元件不受轴承所经受的径向载荷的影响。轴承的负载和非负载区是本领域技术人员公认的。采用新提出的设计，滚子轴承的侧面凸缘将在操作过程中不与滚子接触。在轴向上，在两个内圈侧面凸缘之间具有用于两组滚子和保持架外加潜在导向环的空间。在高轴向载荷，一个滚子组被加载在内外圈的滚道之间。其他组件(第二滚子组、保持架和潜在导向环)在轴向上是自由的。采用本设计方案，即使在过大的轴向载荷，仍有空间用于受载的滚子组与相对的内圈侧面凸缘之间的这些其他组件。然而，在一实施例中，凸缘可以充当保持凸缘。保持凸缘将在轴承的组装过程中以及在轴承的其它处理期间例如在轴承的运输和安装过程中限制滚子元件从轴承上脱落。特别地，如果内圈从外圈广泛地向***住(这在将滚子元件安装在内外圈之间时很常见)，则凸缘将限制滚子元件从轴承脱落。
在这份文件中，轴向方向和径向方向被提及，并用于解释本发明的许多特征。除非对本文所述的任何实施例另有表示，轴向方向是顺着滚子轴承的旋转轴线的方向，并且其中，径向方向是垂直于滚子轴承的旋转轴线的方向。
在本发明的实施例中，所述双排球面滚子轴承还包括第二凸缘，其位于所述第二轴向端部并且在所述外周面的圆周方向上延伸，其中，第二轴向间隙位于所述第二凸缘与相邻的第二滚子排之间。同对于第一凸缘一样，所述第二凸缘可用作保持凸缘。在进一步的实施例中，当轴承包括第二凸缘时，所述内圈可以在第二轴向方向上经受轴向载荷，使得所述第二凸缘接近所述第二滚子排，并且其中，在所述轴承的操作期间，所述第二轴向间隙在轴向载荷沿所述第二轴向方向作用于所述内圈上时不会下降到零。因此，如果具有第二凸缘并且当轴承在第二轴向方向上经受轴向载荷时，第二凸缘将不与第二滚子排中的任何滚子元件接触。同上面关于第一凸缘所述的效果和优点相同的效果和优点同样适用于第二凸缘。
在本发明的实施例中，双排球面滚子轴承具有导向环，其沿轴向位于第一和第二滚子排之间。
在本发明的实施例中，沿第一轴向方向作用于内圈上的轴向载荷对应于范围为4≥C/P≥1的等效载荷，其中，C是单位为牛顿的基本额定动载荷，P是单位为牛顿的等效轴承动载荷。C和P是本领域技术人员公认的，例如C和P的定义可以在SKF滚动轴承产品目录(2013年8月的PUB BU/P1 10000/2EN)第63和85页上找到。在进一步的实施例中，沿第一轴向方向作用于内圈上的轴向载荷对应于以下表格中的任何范围的等效载荷：
Figure BDA0000900485570000031
Figure BDA0000900485570000041
应当指出的是，左手栏中的任何值的任何组合可以与右手栏中的任何值进行组合。
在本发明的实施例中，沿第二轴向方向作用于内圈上的轴向载荷对应于范围为4≥C/P≥1的等效载荷，其中，C是单位为牛顿的基本额定动载荷，P是单位为牛顿的等效轴承动载荷。C和P是本领域技术人员公认的，例如C和P的定义可以在SKF滚动轴承产品目录(2013年8月的PUB BU/P1 10000/2EN)第63和85页上找到。在进一步的实施例中，沿第二轴向方向作用于内圈上的轴向载荷对应于以下表格中的任何范围的等效载荷：
Figure BDA0000900485570000042
Figure BDA0000900485570000051
应当指出的是，左手栏中的任何值的任何组合可以与右手栏中的任何值进行组合。
在本发明的实施例中，所述内圈还具有第一圆周中间表面，其位于所述外周面上并且沿轴向介于所述第一凸缘与所述至少一个外滚道之间。在进一步的实施例中，当滚子轴承具有第二凸缘时，所述内圈还具有第二圆周中间表面，其位于所述外周面上并且沿轴向介于所述第二凸缘与所述至少一个外滚道之间。在另一进一步的实施例中，所述第一或第二中间表面的任一个的轴向延伸延伸成使得用于车削所述至少一个外滚道的车刀在车削操作过程中不与相应的所述第一或第二凸缘接触。本发明人还认识到的是，通过使中间表面在第一和/或第二凸缘与内圈的外滚道表面之间，制造将得以显著简化。在另一进一步的实施例中，所述第一或第二中间表面中的任一个还延伸成使得当所述车刀在车削操作过程中已经达到所述外滚道的相应第一或第二轴向端部时在所述车刀与相应的所述第一或第二凸缘之间具有轴向间隙。还可能有利的是在制造操作过程中在相应的凸缘与车刀之间具有一定的安全界限。在进一步的实施例中，在车削操作过程中在所述车刀与所述第一或第二凸缘中的任一个之间的相应轴向间隙在1-3毫米的范围内，更优选地为2毫米。在一实施例中，车刀可以具有约4-8毫米的半径。
在本发明的实施例中，所述第一或第二凸缘中的任一个具有沿径向以及沿圆周方向延伸的内轴向端面表面，其中，所述内轴向端面表面从所述至少一个外滚道向外成一定角度，相对于所述轴承的径向方向在0-3度的范围内。这种设计可以进一步有利于内圈的制造，并且可以导致制造过程得以简化，因此制造成本也随之降低。侧面平面的此角度将被更加优化用于车刀，尤其是如果该车刀是硬车刀的话。
在本发明的实施例中，第一或第二凸缘中的任一个都与内圈集成。
根据第二方面，该目的是通过一种风力涡轮机轴承装置来实现的，其包括连接到多个转子叶片的转子轴，其中，所述转子轴由至少一个滚动轴承可转动地支撑，并且其中，所述至少一个滚动轴承是根据本发明第一方面的任何实施例所述的双排球面滚子轴承。应当指出的是，本发明第一方面的任何实施例适用于本发明第二方面的任何实施例，反之亦然。如前所述，根据本发明第一方面的轴承特别适于旨在容纳大轴向载荷的应用以及缓慢旋转的应用。在风力涡轮机的实施例中，转子轴将以每分钟(rpm)小于50转的旋转速度旋转。通过使风力涡轮机包括根据本发明第一方面的球面滚子轴承，该轴承装置的使用寿命可以由于减少的滚子磨损而得到增加。此外，如前面提到，不希望的“咔嗒”噪声可以得到降低。
附图说明
下面参照附图，对本发明的示例性实施例进行更加详细地描述，其中：
图1示出了根据本发明的双排球面滚子轴承的实施例的横截面。
图2是根据本发明的双排球面滚子轴承的实施例的内圈的轴向端部的详细视图。
图3是根据本发明的双排球面滚子轴承的另一实施例的内圈的轴向端部的横截面的详细视图。
图4示出了根据本发明第二方面的实施例的风力涡轮机轴承装置的横截面。
图5示出了现有技术球面滚子轴承的横截面视图。
附图示出了本发明的示意性示范实施例，因此没有必要按比例绘制。应当理解的是，示出和描述的实施例是示例性的，并且本发明并不限于这些实施例。还应当指出的是，附图中的一些细节可能为了更好地描述和说明本发明而被夸大。
具体实施方式
在图1中，可以看出根据本发明实施例的双排球面滚子轴承1。轴承1包括如下：外圈2，其在径向内周面上具有至少一个球面内滚道21。内圈3具有第一和第二轴向端部30、31以及在径向外周面上的至少一个外滚道32。球面滚子元件4位于介于至少一个内滚道21与至少一个外滚道32之间的第一滚子排41和第二滚子排42中。此外，轴承1包括第一凸缘33，其位于第一轴向端部30并且在外周面的圆周方向上延伸，其中，第一轴向间隙Δ1位于第一凸缘33与相邻的第一滚子排41之间，并且其中，内圈3可以在第一轴向方向上经受轴向载荷，使得第一凸缘33接近第一滚子排41。第一凸缘33与第一滚子排41中的滚子4之间的轴向间隙Δ1在轴向载荷在轴承1的操作期间沿第一轴向方向作用于轴承1上时不会下降到零。第一凸缘33的轴向延伸L33延伸成使得当有轴向载荷沿第一轴向方向作用在内圈3上时在轴承1的操作期间不与第一滚子排41中的任何滚子元件4接触。因此，当轴向载荷作用于内圈3上使得第一凸缘33将接近滚子排41时，该凸缘33不与第一滚子排41中的任何滚子4接触。在具有内圈凸缘的已知的SRB设计中，在凸缘与其相应的滚子排之间几乎没有间隙。像本发明中这样(具有较大轴向间隙)设计轴承的优点在于，避免了在大的轴向载荷被施加到内圈时凸缘与滚子之间的接触，且这可能导致降低噪声，其还可能导致增加轴承性能。此外，轴承的使用寿命可以因采用这种设计而增加。此外，在本实施例中，轴承1包括第二凸缘34，其位于第二轴向端部31并且在外周面的圆周方向上延伸，其中，第二轴向间隙Δ2位于第二凸缘34与相邻的第二滚子排42之间，并且其中，内圈3可以在第二轴向方向上经受轴向载荷，使得第二凸缘34接近第二滚子排42。第二凸缘34与第二滚子排42中的滚子4之间的轴向间隙Δ2在轴向载荷在轴承的操作期间沿第二轴向方向作用于轴承1上时不会下降到零。第二凸缘34的轴向延伸L34延伸成使得当有轴向载荷沿第二轴向方向作用在内圈3上时在轴承1的操作期间不与第二滚子排42中的任何滚子元件4接触。因此，本实施例中所介绍的轴承1将能够经受两个轴向方向上的大的轴向载荷，而在任何凸缘33、34与其相应的相邻滚子排41和42之间没有出现任何接触。此外，轴承1具有保持架5和导向环51，其中，导向环51沿轴向位于这两个滚子排41和42之间。
在图2中，可以看出根据本发明实施例的内圈3的轴向端部30的放大视图。内圈3在其第一轴向端部30上包括第一凸缘33。此外，可以看出外滚道表面32。内圈3还具有第一圆周中间表面35，其位于外周面上并且沿轴向介于第一凸缘33与至少一个外滚道32之间。该中间表面具有轴向延伸L35。第一中间表面35的轴向延伸L35延伸成使得用于车削至少一个外滚道32的车刀t在车削操作过程中不与第一凸缘33接触。如可以在本实施例中进一步看出，当车刀已经达到滚道32的轴向外表面时，在车刀t与第一凸缘33之间具有轴向间隙Δt。在一实施例中，轴向间隙Δt大致为2毫米。车刀t具有半径R，其在本实施例中是4.76毫米。此外，第一凸缘33具有内轴向侧面331。侧面331从滚道表面32向外成一定角度，相对于轴承1的径向方向在0-3度的范围内。在图3中，可以看出第一凸缘的内轴向侧面331的角度α，其在此具体实施例中被设定为约1度。在内圈3的第一轴向端部30的该放大视图中还可以看出内圈3上的外滚道32。内轴向端面331和中间表面35的配置将有助于制造内圈3，从而导致制造成本降低。
图4示出了本发明第二方面的实施例。公开了一种风力涡轮机轴承装置10，其包括通过轮毂70连接到多个转子叶片71的转子轴60，其中转子轴60由两个滚动轴承1和11可转动地支撑，并且其中这两个滚动轴承之一是根据本发明第一方面的任何实施例所述的双排球面滚子轴承1。另外，在本实施例中，转子轴60由第二轴承11支撑。该轴承11可以是任何种类的滚动轴承，例如诸如圆环滚子轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承或另一双排球面滚子轴承。如前所述，根据本发明第一方面的轴承1特别适于旨在容纳大轴向载荷的应用以及缓慢旋转的应用。在风力涡轮机10的实施例中，转子轴60将以每分钟(rpm)小于50转的旋转速度旋转。通过使风力涡轮机10包括根据本发明第一方面的球面滚子轴承1，该轴承装置的使用寿命可以得到增加。此外，如前面所提到，不希望的咔嗒噪声可以得到降低。
图5示出了现有技术的球面滚子轴承。轴承200包括内圈210和外圈220。两个滚子排230和240位于内外圈之间。此外，两个凸缘211和212位于内圈210的轴向端面上。如在附图中可以看出，在凸缘211、212与相应的滚子排230、240之间没有或非常小的轴向间隙。此外，如果轴承承受轴向力特别是比较大的轴向力，则凸缘211或212将会接触其相应的滚子排230和240，这可能会导致不希望的噪声，并且这还可能降低轴承的性能。而采用新的凸缘和轴承设计可以防止这些的发生。

Claims (13)

1.一种双排球面滚子轴承(1)，包括，
-外圈(2)，其在径向内周面上具有至少一个球面内滚道(21)，
-内圈(3)，其具有第一和第二轴向端部(30、31)和在径向外周面上的至少一个外滚道(32)，
-球面滚子元件(4)，其位于介于所述至少一个球面内滚道与所述至少一个外滚道之间的第一和第二滚子排(41、42)中，
-第一凸缘(33)，其位于所述第一轴向端部(30)并且在所述径向外周面的圆周方向上延伸，其中，第一轴向间隙Δ1位于所述第一凸缘与相邻的第一滚子排之间，并且
-其中，所述内圈(3)在第一轴向方向上经受轴向载荷，使得所述第一凸缘(33)接近所述第一滚子排(41)，
其特征在于，
-在所述轴承(1)的操作期间，所述第一轴向间隙Δ1在轴向载荷沿所述第一轴向方向作用于所述内圈(3)上时不会下降到零,
所述第一凸缘(33)与所述内圈(3)成一体并作为所述内圈(3)的一部分。
2.根据权利要求1所述的双排球面滚子轴承(1)，还包括，
-第二凸缘(34)，其位于所述第二轴向端部(31)并且在所述径向外周面的圆周方向上延伸，其中，第二轴向间隙Δ2位于所述第二凸缘与相邻的第二滚子排之间。
3.根据权利要求2所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，所述内圈(3)在第二轴向方向上经受轴向载荷，使得所述第二凸缘(34)接近所述第二滚子排(42)，并且
在所述轴承(1)的操作期间，所述第二轴向间隙Δ2在轴向载荷沿所述第二轴向方向作用于所述内圈(3)上时不会下降到零。
4.根据权利要求1所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，沿所述第一轴向方向作用于所述内圈(3)上的轴向载荷对应于范围为4≥C/P≥1的等效载荷，其中，C是单位为牛顿的基本额定动载荷，P是单位为牛顿的等效轴承动载荷。
5.根据权利要求3所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，沿所述第二轴向方向作用于所述内圈(3)上的轴向载荷对应于范围为4≥C/P≥1的等效载荷，其中，C是单位为牛顿的基本额定动载荷，P是单位为牛顿的等效轴承动载荷。
6.根据权利要求2所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，所述内圈(3)还具有第一圆周中间表面(35)，其位于所述径向外周面上并且沿轴向介于所述第一凸缘(33)与所述至少一个外滚道(32)之间。
7.根据权利要求6所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，所述内圈(3)还具有第二圆周中间表面，其位于所述径向外周面上并且沿轴向介于所述第二凸缘(34)与所述至少一个外滚道(32)之间。
8.根据权利要求7所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，所述第一或第二圆周中间表面(35)的任一个的轴向延伸(L35)延伸成使得用于车削所述至少一个外滚道(32)的车刀(t)在车削操作过程中不与相应的所述第一或第二凸缘(33、34)接触。
9.根据权利要求8所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，所述第一或第二圆周中间表面(35)中的任一个还延伸成使得当所述车刀(t)在车削操作过程中已经达到所述外滚道(32)的相应第一或第二轴向端部(321)时在所述车刀(t)与相应的所述第一或第二凸缘(33、34)之间具有轴向间隙(Δt)。
10.根据权利要求9所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，在车削操作过程中在所述车刀(t)与所述第一或第二凸缘(33、34)中的任一个之间的相应轴向间隙(Δt)在1-3毫米的范围内。
11.根据权利要求9所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，在车削操作过程中在所述车刀(t)与所述第一或第二凸缘(33、34)中的任一个之间的相应轴向间隙(Δt)为2毫米。
12.根据权利要求2所述的双排球面滚子轴承(1)，
-其中，所述第一或第二凸缘(33、34)中的任一个具有沿径向以及沿圆周方向延伸的内轴向端面表面(331)，其中，所述内轴向端面表面(331)从所述至少一个外滚道向外成一定角度，相对于所述轴承(1)的径向方向在0-3度的范围内。
13.一种风力涡轮机轴承装置(10)，包括，
-转子轴(60)，其通过轮毂(70)连接到多个转子叶片(71)，
-其中，所述转子轴(60)由至少一个滚动轴承(1)可转动地支撑，并且其中，所述至少一个滚动轴承(1)是根据前述权利要求中任一项所述的双排球面滚子轴承(1)。
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