大型滚动轴承
阅读说明：本技术 大型滚动轴承 (Large rolling bearing ) 是由 安德烈亚斯·帕默 罗伯特·策尔 马库斯·鲁夫 迈克尔·福克斯 于 2020-03-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及滚动轴承,特别是空心的大型滚动轴承,其包括两个同心的座圈(2、3),所述座圈中的一个座圈(3)具有朝向另一座圈(2)开口的凹槽(4),并且所述另一座圈具有接合到所述凹槽中的凸起环(5),其中,所述凸起环通过至少两个轴向轴承(8、9)和至少一个径向轴承(7)支撑在所述凹槽上,其中,所述轴向轴承被设计为滚子轴承,其中,所有的所述径向轴承被设计为滚珠轴承。(The invention relates to a rolling bearing, in particular a hollow large rolling bearing, comprising two concentric raceways (2, 3), one of the raceways (3) having a groove (4) which is open towards the other raceway (2), and the other raceway having a raised ring (5) which engages into the groove, wherein the raised ring is supported on the groove by at least two axial bearings (8, 9) and at least one radial bearing (7), wherein the axial bearings are designed as roller bearings, wherein all the radial bearings are designed as ball bearings.)
技术领域
本发明涉及滚动轴承，特别是空心的大型滚动轴承，其具有两个同心的座圈(Laufringe)，所述座圈中的一个座圈具有朝向另一座圈开口的凹槽，并且另一座圈具有接合在所述凹槽中的凸起环(Nasenring)，其中，凸起环通过至少两个轴向轴承和至少一个径向轴承支撑在凹槽上，其中，所述轴向轴承被设计为滚动轴承。
背景技术
对于用于特定用途的大型滚动轴承，在轴承环上有时作用有显著的弯曲力矩和倾斜力，这可能导致座圈相对彼此的扭曲和角偏移，从而在座圈和滚动元件的区域中出现过早磨损。这种大型滚动轴承的直径可以达到几米，并例如可用于起重机，以便例如可旋转地安装和支撑船用起重机或港口起重机的支撑桅杆，其中，在此不仅必须吸收垂直力，而且还必须承受弯曲力矩或倾斜载荷。同样地，将机舱可调节地安装在风力涡轮机的塔架上或将转子叶片可调节地安装在转子轮毂处的风力涡轮机的机舱和叶片轴承也将承受较大的弯曲力矩和变化的载荷。
当轴承的中部或中心必须被切除以便能够允许要支撑的部件(例如，所述起重机支撑桅杆或其他元件)穿过轴承，并例如以便能够将旋转驱动器安装在穿过的部件上时，在此进一步加剧了扭曲问题和倾斜问题。出于空间的原因，这种大型空心滚动轴承的轴承环特别在径向上不能制造得任意大，因此可实现的座圈的截面惯性矩受到限制。
例如当这种大型滚动轴承用作起重机塔架轴承或起重机桅杆轴承或用于调节风力涡轮机的转子叶片的桨距角的转子叶片轴承时，这些大型滚动轴承在它们的大部分运行时间或使用寿命期间通常处于静止状态，但在此仍承受了较高的载荷。由于在高载荷下静止状态时间的比例很高，因此要持久地避免座圈和滚动元件的与疲劳相关的变形和表面损坏并保证平稳地从静止状态启动或运转并不容易，特别是因为转速相当的低。为了能够在静止状态下承载所述高载荷而不会在座圈和/或滚动元件上产生永久变形，同时为了确保从静止状态的平稳启动，更倾向于使用具有相当大圆柱直径的圆柱滚动轴承，该圆柱滚动轴承与具有非常小滚动元件直径的滚针轴承或滚珠轴承相比显示出一定的弹性，该弹性能够更好地分配载荷并实现更低的表面压力。然而，由于这种圆柱滚动轴承非常大，因此这种圆柱滚动轴承具有相当大的圆柱直径，并存在空间问题。
例如，在文献EP 20 92 204 B1中示出了上述类型的大型滚动轴承，根据该文献，一个座圈的凸起环应通过两个相对的轴向轴承和两个相对的径向轴承夹紧在另一座圈的凹槽中，其中该相对的轴向轴承和径向轴承应防止凸起环发生不期望的变形，并且应避免座圈在径向方向上分离。文献WO 2008/088 213 A2示出了类似的大型滚动轴承及其在船用起重机的支撑桅杆处的安装情形。虽然所述文献主要涉及径向轴承由于座圈的扭曲而分离的问题，并希望通过从相对的侧面侧夹紧凸起环来避免径向轴承的这种提升，但在轴向轴承的区域中仍然存在倾斜和扭曲。
通常，垂直的起重机载荷和起重机桅杆轴承中的相应反作用力仍占枢轴承载荷的很大或相当大的部分，因此必须吸收垂直的起重机载荷的下部轴向轴承通常被设计为能载重的圆柱滚动轴承的形式，其圆柱滚子具有相对大的圆柱滚子宽度，以具有足够大的接触线并保持表面压力可承受。另一方面，由于实际上只有很小一部分圆柱滚子在此非常快速地承受载荷，因此这种较宽的圆柱滚动轴承对于座圈相对彼此的倾斜或倾斜位置很敏感。在这方面，已经提出了增加使用的轴承组件的数量，以便获得更稳定的另一凸起环的支撑。例如，文献WO 2015/055317 A2提出了使用三个轴向轴承，其中两个布置在凸起环的一侧上，且第三个布置在凸起环的相对侧上。
当这种大型滚动轴承不用作连续旋转的轴承而是用作枢轴承时，该枢轴承通常在更长的时间段内保持在同一旋转位置并仅偶尔或以更大的时间间隔略微转动一下，则这种大型滚动轴承将承受特殊的应力和因此再次增加的磨损载荷，尽管如此，特别是在风力涡轮机的转子叶片轴承的情况下(即，尽管处于静止状态)，仍施加有变化的外部载荷。例如，静止或非旋转轴承上的这种变化的外部载荷通过风力涡轮机的转子旋转产生，在该风力涡轮机中，轴承周期性地悬垂并再次直起，并且周期性地承受向上更强的风载荷和向下更弱的风载荷，或者这种变化的外部载荷通常是由变化的风力产生的。由于轴承和连接结构的弹性变形，这种变化的力矩和力导致滚动元件和座圈之间的相对运动，这种相对运动能够导致轴承座圈和滚动元件在更长的时间段内磨损。应注意，即使轴承不旋转，滚动元件和座圈之间也会发生这种相对运动，这导致磨损增加，因为相对运动通常不在预定的运动方向上进行。
特别地，由轴承变形引起的这种相对运动可以使诸如圆柱滚子或圆锥滚子等滚动元件在座圈上沿滚动轴线移动，因此滚子可以沿其与座圈的接触线可以说是嵌入到座圈中。
此外，轴承环的弹性变形还可能引起与滚动元件邻接的座圈之间的倾斜，这导致了滚动元件沿其线接触的不均匀支撑，并再次增加了所述磨损问题。
因此，为了使轴承磨损受控，迄今为止已经尝试了加强轴承结构，使得不发生或明显减少所述变形和倾斜。基本上，这是通过尺寸足够大的轴承(包括滚子主体)并同时使用相对较多的滚动轴承列来实现的，以便在不变形的情况下夹紧凸起环，或以抵抗变形的方式保持该凸起环。然而，越来越大和越来越多的滚动轴承列导致了非常大的空间要求和较高的轴承重量，这在各种空间受限的应用中，特别是在风力涡轮机的转子叶片的叶片轴承中是不可接受的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种改进的所述类型的滚动轴承，其避免了现有技术的缺点并以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地，应提供一种空心的大型滚动轴承，尽管其结构紧凑且重量轻，但在静止状态下对磨损不敏感。
根据本发明，所述目的通过根据权利要求1所述的滚动轴承和根据权利要求16所述的风力涡轮机来实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
因此，提出了至少使径向轴承在轴承静止状态下对由于轴承环和连接结构的弹性变形而引起的多轴微运动不敏感。根据本发明，所有径向轴承都被设计为滚珠轴承。令人惊讶的是，耐磨性的提高可以不通过滚动操作中的(如圆柱或圆锥轴承所展现的)特别高的承载能力来实现，而是通过使用滚珠作为滚动元件来实现，当轴承处于静止状态时，该滚动元件在偏离滚动元件在轴承轨道上的预定运动方向的相对运动中也能够滚动。因此，与诸如圆柱形或圆锥形的滚子相比，被设计为滚珠轴承的径向轴承更不敏感，因为它们的球形滚动元件能在任何运动方向上滚动，并且不能像滚子一样沿接触线移动并在此过程中切入。此外，滚珠轨道可以比滚子轨道更好地承受与滚动元件邻接的滚道之间的倾斜，当发生这种倾斜时，滚子轨道容易沿线接触出现不均匀的支撑。
在本发明的改进示例中，在此仅将径向轴承设计为滚珠轴承，而轴向轴承可被设计为圆柱滚子轴承和/或圆锥轴承形式的滚子轴承。处于静止状态的轴承在变化的载荷下产生的静止磨损主要发生在径向轴承上，因此将径向轴承设计为滚珠轴承就足够了，而轴向轴承可以保留为滚子轴承。
由于提高了对静止磨损的耐磨性，因此滚动轴承可以只用三个轴承，即，两个轴向轴承和一个径向轴承。在本发明的改进示例中，恰好设置有一个径向轴承和两个轴向轴承。
在此，被设计为滚珠轴承的所述径向轴承可以被设计为单列，但可选地，也可被设计为两列或多列。特别地，提供了单列滚珠轴承作为唯一的径向轴承。
两个轴向轴承也可被设计为单列、两列或多列。在本发明的有利改进示例中，提供了恰好两个分别被设计为单列的轴向轴承。
由于只有三个轴承(两个轴向轴承和一个径向轴承的形式)，因此滚动轴承整体上重量较轻且结构紧凑。
为了使构造更加紧凑，在本发明的改进示例中，径向滚珠轴承的滚珠轨道可被设计为小于轴向滚子轴承的滚道。特别地，径向滚珠轴承的滚珠直径可以小于两个轴向轴承的滚子的滚子直径。在本发明的改进示例中，径向滚珠轴承的滚珠直径可以是轴向轴承的滚子直径的大约30％至85％或40％至60％。如果轴向轴承不被设置为圆柱滚子轴承而是圆锥滚子轴承，则圆锥体在其中心的直径可以用所述滚子直径表示(即，平均圆锥直径)。尽管滚珠直径更小，但产生的径向力可以充分消散，因为滚珠在确定其尺寸时不必考虑滚子的倾斜问题或翻倒问题。在不利的变形状态下，因为径向轨道中的滚子容易倾斜或翻倒，因此径向轨道中的滚子的尺寸通常必须大于其通过使用寿命计算而确定的尺寸。径向轨道中的滚珠不会出现这种问题，因此在这一点上，可以仅根据使用寿命来确定滚珠的尺寸。因此，滚珠和滚珠轨道的尺寸可以相对更小，从而在大型滚动轴承的结构体积方面具有优化的潜力。
在本发明的有利改进示例中，径向轴承的径向轨道在安装时被预张紧。径向轴承的滚珠通过使在两个滚道的未变形状态下存在的滚珠滚道之间的间隙尺寸和/或滚珠滚道本身的曲率对于滚珠轴承的滚珠体来说过小来预张紧地安装，并且当安装轴承时，滚珠体和滚道或座圈发生弹性变形或预张紧。在无载荷的状态下(即，没有从连接结构引入的外部载荷时)，径向滚珠轴承的滚珠体和/或滚珠轨道可能已经由于预张紧地安装而轻微变形。
径向滚珠轴承的这种预张紧使得轴承对于弹性变形和对于由于变化的外部载荷而引起的倾斜更加不敏感，这些变化的外部载荷例如经常出现在风力涡轮机的大型空心滚动轴承形式的叶片轴承中。
所述预张紧可以是径向预张紧。
在此，径向滚珠轴承的滚珠轨道可被设计为两点接触轨道的形式或四点接触轨道的形式，其中，也可以采用将其中一个轨道设计为两点接触轨道而将另一轨道设计为四点接触轨道的混合形式。
两个轴向轴承可被设计为圆柱滚子轴承的形式或圆锥滚子轴承的形式，其中，也可以采用混合形式，使得其中一个轴向轴承是圆锥滚子轴承，而另一轴向轴承是圆柱滚子轴承。然而，特别地，两个轴向轴承都可被设计为圆柱滚子轴承，或两个轴向轴承都可被设计为圆锥滚子轴承，其中，在这种情况下，可以提供圆锥轴承的X或O形布置。
与轴向轴承的滚动元件的设计无关地，轴向轨道能够以一定的角度倾斜，特别是相对于与轴承旋转轴线垂直的平面以锐角倾斜。特别地，轴向滚道也可以平行于与轴承轴线垂直的平面。
在本发明的改进示例中，两个轴向轴承可布置在凸起环的相对侧，以便将凸起环在相反的方向上支撑在凹槽中。
与此无关地，两个轴向轴承可布置在彼此间隔开的两个平面中，每个平面都可以以垂直于轴承的轴线的方式延伸。在此，径向轴承有利地布置在轴向轴承所位于的两个所述平面之间。换句话说，在从径向方向上观看时，径向轴承可布置在两个轴向轴承之间，特别是大约在这两个轴向轴承之间的中心处。如果在纵向截面中观看轴承，则一个轴向轴承可以位于径向轴承的上方，而另一轴向轴承位于径向轴承的下方。
在本发明的有利改进示例中，当在平行于轴承旋转轴线的方向上观看滚动轴承时，两个轴向轴承可以具有至少大致相同的滚道直径，或者两个轴向轴承至少重叠。
有利地，径向轴承的滚道直径大于所有轴向轴承的滚道直径或小于所有轴向轴承的滚道直径，使得径向轴承相对于轴向轴承径向地偏移。
附图说明
下面将根据优选的示例性实施例和相关附图更详细地说明本发明。
图1示出了根据本发明的一有利实施例的大型空心滚动轴承的纵向半剖面，根据该实施例，两个座圈通过两个为圆柱滚动轴承形式的轴向轴承和一个为滚珠轴承形式的径向轴承相互支撑。
具体实施方式
如图1所示，滚动轴承1可以包括两个座圈2和3，其中一个座圈2形成内环，且另一座圈3形成外环。所述内环2可以比外环3具有更小的内直径，且/或外环3可以比所述内环2具有更大的外直径。
一个座圈3(优选为外环)可以具有朝向另一座圈2(优选为朝向内环)开口的凹槽4，另一座圈2利用设置在其上的凸起环5接合在该开口凹槽中，从而形成间隙或在所有侧面上具有游隙。有利地，所述凹槽由此可以从四个侧面包围凸起环5，也就是说，在所述凸起环5的两个相对的侧面侧和两个相对的端面侧包围凸起环。
在这种情况下，所述凹槽4可以具有(大致来说)U形的底部轮廓，在该轮廓中，凹槽底部(在根据图1的右侧和左侧)被两个轴承环支腿包围。此外，所述凹槽4可在与凹槽底部相对的一侧上具有横向突出的突起4a，该突起在与凹槽底部相对的一侧上包围凸起环5的端面。总体上，所述凹槽4可以形成下凹部(hinterschnitten)。为了能够将凸起环5插入到所述凹槽4中，具有凹槽4的座圈2可以由支撑环6和可放置在其上的保持环7组成(参见图1)。
如图1所示，可以通过两个轴向轴承8和9并且通过一个径向轴承7将所述凸起环5相对于凹槽支撑。在此有利地，两个轴向轴承8、9布置在相对的凸起环端侧上。径向轴承7可布置在所述凸起环5的外圆周侧。
径向轴承7和两个轴向轴承8和9都可布置在整体近似U形的间隙中，该间隙形成在凹槽和插入其中的凸起环5之间。
如图1所示，两个轴向轴承8、9被设计为滚子轴承，其中，轴向轴承8、9的滚动元件例如可以是圆柱滚子。然而，如上所述，也可以设置圆锥滚子轴承。
在所示的实施例中，设置有作为轴向轴承8和9的单列圆柱滚子轴承。然而，也可以设置作为轴向轴承8或轴向轴承9的两列或多列滚子轴承，其中，在多列设计的情况下，多列的轴向轴承8、9的滚道可以相互偏移或相互交错。
参见图1，径向轴承7被设计为滚珠轴承。
在此有利地，径向轴承7的滚珠的滚珠直径显著小于两个轴向轴承8和9的圆柱形或圆锥形滚动元件的滚子直径。
如上所述，径向轴承7在预张紧下安装。
如图1所示，两个径向轴承7可以具有基本相同的滚道直径。如果在滚动轴承1的轴承旋转轴线6的方向上(即，在轴向方向上)观看该滚动轴承1，则两个轴向轴承8和9至少部分重叠，特别是完全重叠。
径向轴承7的滚道直径大于或小于轴向轴承8和9的滚道直径，使得径向轴承7相对于两个轴向轴承8和9在径向方向上偏移地布置。
如图1所示，径向轴承7大致居中地布置在两个轴向轴承8和9之间，特别是大致居中地布置在布置有两个轴向轴承8和9的以垂直于轴承旋转轴线6的方式延伸的两个平面之间。
如图1所示，两个轴向轴承8和9可以彼此相同地设计，即，它们例如可以分别是具有相同圆柱直径的圆柱滚子轴承。替代地，可以使用彼此相同的圆锥滚子轴承。然而，替代地，也可以使用不同设计的轴向轴承8和9。
凸起环5和凹槽4之间的轴承间隙可以通过两个旋转密封件10密封，以防止污染物进入或润滑剂泄漏。
如图1所示，两个座圈2、3中的一者(例如，内环2)可以设置有齿部11，以便能够通过例如包括可驱动小齿轮的合适的旋转驱动器来使两个座圈相对彼此旋转。
两个座圈2和3中的至少一者可以分段地设计。特别地，可以将具有凹槽4的座圈(特别是外环3)分开地设计，以便能够以简单的方式将凸起环5安装在凹槽4中。