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CN1922411A - 滚柱轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚柱轴承(10)，包括多个位于相对的支承面(16、19)之间的轴承滚柱(12)，所述支承面能够绕轴承的旋转轴线彼此相对旋转，并且所述轴承包括偏置装置(18)，该偏置装置提供沿所述相对的支承面(16、19)之间的方向作用的作用力，因而在该轴承所设计使用的所有载荷条件下，各个轴承滚柱保持与所述相对的支承面的每一个接触。

Description

滚柱轴承
技术领域
本发明涉及一种滚柱轴承，并且特别是非唯一的涉及一种用于例如风力涡轮机齿轮机构应用中的滚柱轴承，在该齿轮机构中，在滚柱和座圈(轴承)表面之间可能产生打滑(也称为滑动)。
背景技术
当滚柱轴承中的滚柱旋转速度不足以确保座圈的纯滚动时，在滚柱和座圈表面之间可能产生打滑。当位于轴承的卸载区域中时，滚柱一般降低其旋转速度，并且当位于装载区域中时，由于接触座圈而提高其旋转速度。用于加速滚柱所需的作用力，除了其它因素外，取决于滚柱和座圈表面之间的速度差，以及滚柱惯性。长时间打滑是不理想的，因为这能够造成表面损伤，例如材料涂污(smearing)，并且导致轴承故障。特别是，当前述操作条件导致油层厚度不足时，可产生金属间的接触，这将导致产生热量，并由此造成打滑涂污以及随后的轴承故障。
当轴承在低载荷或者零载荷条件下运行时，装载区域变得很小或者不存在。结果，在滚柱和座圈表面之间可能发生相对滑动。如果此时突然对轴承施加载荷，并且滚柱和座圈的相对表面速度较高，则由于滚柱被加速，能够发生材料涂污。在经历一段时间之后，这可能导致显著的表面损伤。
在风力涡轮机的多级齿轮机构中，关于高速轴承和中间轴，前述条件经常能够发生。风中湍流能够在齿轮机构上引起剧烈的载荷变化，并且使得滚柱在低载期间减速并当载荷增加时再次加速。在风力涡轮机转子叶片受控减速到例如静止状态期间，作用于齿轮机构的轴上的扭拒方向经常反向，导致装载区域位置发生变动以及滚柱打滑。
发明内容
本发明试图提供一种滚柱轴承，其中可导致轴承故障的前述问题被减轻或者被克服。
根据本发明的一个方面，提供一种包括多个位于相对的支承面之间的轴承滚柱的滚柱轴承，所述支承面能够绕轴承的旋转轴线彼此相对旋转，并且所述轴承包括偏置装置，该偏置装置提供沿所述相对支承面之间的方向作用的作用力，因此在该轴承所设计使用的所有载荷条件下，各个轴承滚柱保持与所述相对的支承面的每一个面形成接触。
本发明尤其适用于这样一种类型的滚柱轴承，其在使用时，主要沿着径向装载，因此相对于轴承的旋转轴线而言，该轴承包括沿着径向位于内和外支承面之间的轴承滚柱，并且具有相对于所述旋转轴线提供沿径向方向作用的作用力的所述偏置装置。然而，可选的，本发明的滚柱轴承可以是这样一种类型，其在使用时，主要沿着轴向装载，因此相对于轴承旋转轴线的方向而言，该轴承包括轴向地位于相对的、轴向相间隔的支承面之间的轴承滚柱，并且具有提供沿所述轴向方向作用的作用力的所述偏置装置。
该支承面能够以传统方式的一对轴承套圈提供，例如在径向式滚柱轴承的情形下，为内、外轴承套圈。可选地，所述支承面中的一个或者每一个可由一体式结构中的另一个部件的表面所限定，其中所述的另一个部件执行另外的功能。
本发明特别适用于轴承滚柱是圆柱形的滚柱轴承，例如在径向式轴承中，但是也可应用于包括锥形轴承滚柱的轴承，例如可用于轴向式轴承中，或者其它类型的滚柱轴承，例如球形滚柱轴承和CARB环形滚柱轴承。
偏置作用力可通过该轴承滚柱或者各个轴承滚柱自身的变形而提供，因此轴承滚柱可用作所述的偏置装置，或者由其它的元件提供，例如相对于该相对的支承面中的其中一个固定的可变形元件。另外或者可选地，设想支承面可用作所述偏置装置以提供偏置作用力，例如可以这样实现，当处于未受力状态时，支承面的一部分具有非圆柱形形状，并且当位于相对的表面之间的轴承滚柱对其施加作用时，能够向圆柱形形状稍稍变形(在圆柱形滚柱轴承的情形中)。
如果当处于卸载状态时，在滚柱旋转轴线的方向中考察，形成滚柱端部区域的材料主体具有底切或者类似切口的结构，并且滚柱外表面的尺寸，大于所述外表面在从所述端部区域轴向向内的位置处的尺寸，则轴承滚柱可适于用作所述偏置装置。因此该端部区域可具有径向向内的可变形外伸或者唇状区域，其在装配轴承中向内变形，由此导致在纵向截面中考察该轴承滚柱具有基本直线性的支承面，并且还施加前述的偏置作用力以便保持滚柱和各个相对的支承面之间的接触。优选该滚柱的每个端部区域具有类似的形状。
以基本等同于前一段描述滚柱结构的方式，一个或者每个相对的支承面的可具有至少一个可变形的端部区域，即，在径向式轴承的情形中能够沿径向变形，或者在轴向式轴承的情形中能够沿轴向变形。优选地，底切或者其它的这种端切口形成在邻近该轴承套圈支承面的轴承套圈的一半厚度中。
本发明并不要求每个支承面或者滚柱均必须包括这样一个整体区域，该区域的形状比相应的轴承环或者滚柱的主体的其余部分更加易于变形。根据本发明，另外的或者可选地，各个轴承滚柱和/或至少一个支承面可具有与其相关联的、用作偏置装置的可变形部件。所述可变形部件可以包括具有可被压缩的材料，并且/或者由于该部件的挠性和形状而可被压缩的材料。优选该部件能够弹性变形，并且更优选是弹性体材料。
本发明的滚柱轴承可包括轴承壳体或者无壳体，例如，它可以是完全互补型的。
本发明还提供一种多级齿轮机构，其中，至少高速和中间轴其中之一利用根据本发明类型的滚柱轴承进行支撑。
附图简要说明
下面将参考附图并仅以举例方式描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明第一实施例的滚柱轴承的一部分的剖视图；
图2和3分别示出图1轴承在被装配之前和之后该轴承的一部分；
图4示出根据本发明第二实施例的滚柱轴承的一部分的剖视图；
图5示出图4轴承在被装配之前该轴承的一部分；
图6到8示出关于本发明第三实施例对应于图1到3所示视图的视图，以及
图9示出根据本发明第四实施例的滚柱轴承的一部分的剖视图。
具体实施方式
图1示出径向式滚柱轴承10的一部分，其包括外轴承套圈11、内轴承套圈13以及位于内套圈和外套圈的相对的支承面16、19之间的多个圆柱形滚柱轴承12的一个。
内套圈13(见图2)被加工成在每个端部区域14提供在正常工作表面16上方径向向外突出的周向延伸区15。此外，该端部区域14在套圈13的的厚度的径向外半的一半中形成有环形凹槽17，因而形成包括所述延伸区15的可径向变形的唇缘区域18。因此内套圈的径向刚度在所述端部区域处降低。延伸区15在支承面16上方突出的程度以及唇缘区域18的挠性考虑到包括轴承中的径向间隙量、运行速度和滚柱惯性的因素进行选择。
当轴承处于装配状态(见图3)时，唇缘区域18由于接触滚柱12的支承面9而径向向内地变形，因而该滚柱也被径向向外地推以支靠外套圈11。
图4示出其中在每个滚柱上而非如在上述的一个或者每个轴承环上设置凸起和底切的实施例。
滚柱20被加工成在每个端部21、22处提供区域23，当滚柱处于卸载状态时，该区域从干涉支承面24径向向外地突出。而且，每个端部形成有凹槽25因此形成一对可变形的环形唇缘区域28。在如图4所示的装配状态下，该唇缘区域用作偏置装置以保持滚柱与内外轴承套圈26、27每个之间的接触。
在图6到8的实施例中，偏置装置设置成一对可压缩弹性环30、31，其位于圆柱形支承面33和对应的轴向邻接面34、35之间、在外套圈32的拐角区域中。在该实施例中，偏置环30、31具有中空的管状形式，因此主要通过各个环的形状提供可压缩性，但是可选地，也可以使用具有实心截面并由可压缩材料制成的环。图7示出处于未受力状态的偏置环30，而图8示出在外部轴承套圈32和滚柱36的拐角之间就地(in situ)被压缩的偏置环。
在一种可选的结构中，如图9所示，在环形槽41中设置由可压缩材料制成的实心偏置环40，该环形槽形成在外轴承套圈42的支承面的中心。
在图6到9的每个实施例中，偏置环用于确保滚柱与内、外轴承套圈保持接触，并且经受内、外轴承套圈之间的相对旋转运动。
在本发明的前述实施例中，轴承的装载能力低于具有其它类似结构的标准的、传统的轴承，因为由低刚度区域所承载的载荷微不足道。然而，虽然这种轴承与标准轴承相比可能更加昂贵，但是它们具有更好地防止打滑现象的优点，打滑现象在很多情形中是最终轴承故障的根本原因。

Claims (16)

1.一种滚柱轴承(10)，包括多个位于相对的支承面(16、19)之间的轴承滚柱(12)，所述支承面能够绕轴承的旋转轴线彼此相对旋转，并且所述轴承包括偏置装置(18)，该偏置装置提供沿着所述相对的支承面(16、19)之间的方向作用的作用力，因而在该轴承所设计使用的所有载荷条件下，各个轴承滚柱保持与所述相对的支承面的每一个面接触。
2.根据权利要求1所述的滚柱轴承，其中，所述偏置作用力由该轴承滚柱或者各个轴承滚柱(20)的可变形性提供。
3.根据权利要求1或2所述的滚柱轴承，其中，所述偏置作用力由相对的支承面中的至少其中一个(16)的可变形性提供。
4.根据权利要求2或3所述的滚柱轴承，其中，所述相对的支承面中的至少其中一个的支承面的或者滚柱的支承面的边缘区域当处于未受力状态时包括在邻近所述支承面的表面区域上方突出的区域(15、23)。
5.根据权利要求2到4中任何一项所述的滚柱轴承，其中，形成所述相对的支承面的至少其中一个的材料主体，或者滚柱的支承面在该支承面在该支撑面的边缘区域处被底切，因而在该底切和支承面之间提供可变形的外伸区域(18、28)。
6.根据权利要求2到5中任何一项所述的滚柱轴承，其中，轴承套圈(13)形成所述相对的支承面中的一个并且具有底切(17)，所述底切设置在邻近所述轴承套圈支承表面的该轴承套圈厚度的一半中。
7.根据权利要求2到6中任何一项所述的滚柱轴承，其中，支承面的两个边缘区域的每一个均具有可变形的外伸区域。
8.根据前面权利要求中的任何一项所述的滚柱轴承，其中，相对的支承面中的至少一个具有与其相关联以用作所述偏置装置的可变形部件(30、40)。
9.根据权利要求8所述的滚柱轴承，其中，所述可变形部件(30)由于该部件的形状和挠性而是可变形的。
10.根据权利要求8或9所述的滚柱轴承，其中，所述可变形部件(40)由于该构件材料的可压缩性而是可变形的。
11.根据权利要求8到10中任何一项所述的滚柱轴承，其中，该可变形部件是位于所述相对的支承面中其中的一个的支承面(33)和与所述支承面相关的邻接面(34)之间的偏置环(30)。
12.根据权利要求8到11中任何一项所述的滚柱轴承，其中，该偏置装置是在支承面的两端部区域之间基本位于中心设置的偏置环(40)。
13.根据前面权利要求中的任何一项所述的滚柱轴承，其中，该滚柱轴承是径向式滚柱轴承。
14.根据前面权利要求中的任何一项所述的滚柱轴承，其中，该轴承滚柱是圆柱形的。
15.根据权利要求1到13中任何一项所述的滚柱轴承，其中，该轴承滚柱是锥形滚柱。
16.一种多级齿轮机构，包括高速和中速轴，其中所述轴的至少一个利用根据前述权利要求中的任何一项所述的滚柱轴承(10)进行支撑。
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