一种自调心滚子轴承及风力发电机主轴支撑结构的制作方法

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种自调心滚子轴承及一种风力发电机主轴支撑结构。

背景技术：

风力发电以其绿色环保受到了世界各个国家的高度重视，近年来，风电行业发展相当迅速，为风能发电轴承带来了广阔的市场前景。轴承是风力发电机的重要部件，在大型风力发电设施中，风车的发电机通常设置在几十米的高度，风车上设有叶片，叶片通过轮毂与主轴连接呈悬臂结构，叶片在受风力驱使时能够带动主轴转动，从而将风能转化为机械能并进一步转化为电能，自调心滚子轴承用于支撑主轴，是风车的关键构成部分，实际运作过程中，自调心滚子轴承的检查维护不仅工作量大、风险也高。

在有风状态下，主轴同时承受风力作用于叶片所产生的轴向荷载和叶轮轴自重所产生的径向荷载，相应地，自调心滚子轴承也同时承受径向荷载和轴向荷载并吸收运作期间主轴的倾斜和挠曲。需要强调的是，自调心滚子轴承所承受的轴向荷载大于径向荷载，远离叶片的球面滚子同时承受轴向荷载和径向荷载，而靠近叶片的球面滚子则仅承受径向荷载。

在无风状态下，风车的叶片不旋转，此时自调心滚子轴承所承受的荷载主要为径向荷载，靠近叶片的球面滚子所承受的径向荷载相较于有风状态下所承受的径向荷载更高。

综上所述，现有技术中的自调心滚子轴承存在如下不足：

1、由于远离叶片的球面滚子所承受的荷载大，因此，与靠近叶片的球面滚子相比其使用寿命也更短；

2、由于远离叶片的球面滚子所承受的荷载大，因此，远离叶片的球面滚子与滚道的接触面所承受的压力也大，相应地，两者之间的摩擦阻力和扭矩也会增大。

3、由于靠近叶片的球面滚子承受的荷载小，因此，球面滚子与滚道之间会产生相对滑动，从而引起表面磨损和刮擦；

尽管增大轴承的尺寸能够与其所承受高荷载匹配，但是对低荷载侧的球面滚子来说这一技术方案不利于节约材料。因此，有必要提供一种可靠性高、使用寿命长且节约材料的自调心滚子轴承用于支撑主轴。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种自调心滚子轴承，该轴承能够根据各滚道的荷载分布情况为主轴提供有效的支撑，同时该轴承还具有使用寿命长、节约材料等优点。本发明的另一个目的在于提出一种风力发电机主轴支撑结构。

本发明提供了一种自调心滚子轴承，具体技术方案如下所述：

一种自调心滚子轴承，包括外圈、内圈、第一保持架、第二保持架、第一球面滚子和第二球面滚子；

所述外圈的内周面与所述内圈的外周面之间形成有第一滚道和第二滚道；所述第一滚道内设有所述第一保持架，所述第一保持架上设有所述第一球面滚子，所述第一球面滚子发生滚动进而带动所述第一保持架转动；所述第二滚道内设有所述第二保持架，所述第二保持架上设有所述第二球面滚子，所述第二球面滚子发生滚动进而带动所述第二保持架转动，所述第二球面滚子与所述第二滚道之间形成有椭圆状的接触面；

所述接触面的长轴的长度小于所述第二球面滚子的长度，所述第二球面滚子的长度小于所述第一球面滚子的长度。

进一步地，还包括第三滚道，

所述第三滚道形成于所述外圈的内周面与所述内圈的外周面之间，所述第三滚道的一个侧面靠近所述第一滚道，所述第三滚道的另一个侧面靠近所述第二滚道；

所述第三滚道内设有第三保持架，所述第三保持架上设有第三球面滚子，所述第三球面滚子发生滚动进而带动所述第三保持架转动；

所述第三球面滚子的长度小于所述第一球面滚子的长度，且所述第三球面滚子的长度大于所述第二球面滚子的长度。

进一步地，所述外圈包括第一外圈单元和第二外圈单元，所述第一外圈单元与所述第二外圈单元沿轴向组合形成所述外圈。

进一步地，所述外圈包括第一外圈单元、第二外圈单元和第三外圈单元，所述第一外圈单元、第二外圈单元与第三外圈单元沿轴向组合形成所述外圈。

进一步地，还包括预压装置，所述预压装置用于缩小所述第一外圈单元与所述第二外圈单元之间的缝隙。

进一步地，还包括预压装置，所述预压装置用于缩小所述第一外圈单元、所述第二外圈单元以及所述第三外圈之间的缝隙。

进一步地，所述第一球面滚子与所述第二球面滚子均采用对称结构。

进一步地，还包括第一肋部，

所述第一肋部形成于所述内圈的外周面；

所述第一肋部的一侧与所述第一球面滚子的一端接触，所述第一肋部的另一侧与所述第二球面滚子的一端接触。

进一步地，还包括第一肋部和第二肋部，

所述第一肋部和所述第二肋部均形成于所述内圈的外周面；

所述第一肋部的一侧与所述第一球面滚子的一端接触，所述第一肋部的另一侧与所述第二球面滚子的一端接触；

所述第二肋部的一侧与所述第二球面滚子的另一端接触，所述第二肋部的另一侧与所述第三球面滚子接触。

本发明还提供了一种风力发电机主轴支撑结构，具体技术方案如下所述：

一种风力发电机主轴支撑结构，包括主轴、叶片以及权利要求1-9任意一项所述的自调心滚子轴承；所述主轴的一端与所述叶片连接，所述叶片用于在风能的驱使下绕所述主轴旋转，进而带动所述主轴旋转；所述自调心滚子轴承用于支撑所述主轴转动。

实施本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种自调心滚子轴承，包括外圈、内圈、第一保持架、第二保持架、第一球面滚子和第二球面滚子，所述外圈的内周面与所述内圈的外周面之间形成有第一滚道和第二滚道，所述第二球面滚子与所述第二滚道之间形成有椭圆状的接触面，所述接触面的长轴的长度小于所述第二球面滚子的长度，所述第二球面滚子的长度小于所述第一球面滚子的长度，根据轴承的各滚道之间荷载分布将第一球面滚子和第二球面滚子设为不同的长度值，解决了球面滚子与滚道之间的磨损、刮擦、滑动等问题，延长了轴承的使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是实施例1提供的自调心滚子轴承的剖视示意图；

图2是实施例2提供的第二球面滚子与第二滚道的接触面的示意图。

其中，1-外圈，2-内圈，3-第一保持架，4-第二保持架，5-第一球面滚子，6-第二球面滚子，7-接触面，8-环形凸缘。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以使直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

球面滚子的滚动面呈球面形，采用这种滚子的轴承具有自动调心性能，能承受很大的载荷。球面滚子分非对称型和对称形，一般非对称的大端面为球面，对称形的两端面为平端面。

实施例1

图1是实施例1提供的自调心滚子轴承的剖视示意图，参见图1，本实施例提供了一种自调心滚子轴承，包括外圈1、内圈2、第一保持架3、第二保持架4、第一球面滚子5和第二球面滚子6；所述外圈1的内周面与所述内圈2的外周面之间形成有第一滚道和第二滚道；所述第一滚道内设有所述第一保持架3，所述第一保持架3上设有所述第一球面滚子5，所述第一球面滚子5发生滚动进而带动所述第一保持架3转动；所述第二滚道内设有所述第二保持架4，所述第二保持架4上设有所述第二球面滚子6，所述第二球面滚子6发生滚动进而带动所述第二保持架4转动。

图2是实施例2提供的第二球面滚子与第二滚道的接触面的示意图，参见图2，所述第二球面滚子6与所述第二滚道之间形成有椭圆状的接触面7。

在无风状态下，风车的叶片不旋转，此时自调心滚子轴承所承受的荷载主要为径向荷载，靠近叶片的球面滚子所承受的径向荷载相较于有风状态下所承受的径向荷载更高，为使所述自调心滚子轴承能够承受无风状态下的径向荷载，所述第二球面滚子6的长度应大于所述接触面7的长轴的长度。

在有风状态下，主轴同时承受风力作用于叶片所产生的轴向荷载和叶轮轴自重所产生的径向荷载，此时，自调心滚子轴承所承受的轴向荷载大于径向荷载，远离叶片的球面滚子同时承受轴向荷载和径向荷载，而靠近叶片的球面滚子则仅承受径向荷载，因此，所述第二球面滚子6的长度应小于所述第一球面滚子5的长度。

具体地，第一球面滚子5与第二球面滚子6的最大直径可以相同，也可以不同。

具体地，第一滚道与轴承径向形成第一夹角θ1，第二滚道与轴承径向形成第二夹角θ2，第一夹角θ1小于第二夹角θ2。

具体地，为了防止动静部分摩擦，所述第一保持架3与外圈1、内圈2之间的转动间隙内以及与第一球面滚子5之间的滚动间隙内均填充有润滑剂，所述第二保持架4与外圈1、内圈2之间的转动间隙内以及与第二球面滚子6之间的滚动间隙内均填充有润滑剂，所述润滑剂在轴承中主要起润滑、冷却和清洗作用。

为了便于安装和实现标准化生产，所述外圈1采用分离式结构，优选地，所述外圈1包括第一外圈单元和第二外圈单元，所述第一外圈单元与所述第二外圈单元沿轴向组合形成所述外圈1。需要指出的是，所述外圈1也可以采用整体式结构。

优选地，还包括预压装置，所述预压装置用于缩小所述第一外圈单元与所述第二外圈单元之间的缝隙。

优选地，所述第一球面滚子5与所述第二球面滚子6均采用对称结构。采用对称结构的球面滚子能优化荷载在整个滚子上的分布，这样，滚子在所所有荷载条件下承受的应力较低，因此，有利于延长轴承的使用寿命。

优选地，还包括第一肋部，所述第一肋部形成于所述内圈2的外周面；所述第一肋部的一侧与所述第一球面滚子5的一端接触，所述第一肋部的另一侧与所述第二球面滚子6的一端接触。

具体地，所述第一肋部的一侧采用凹面结构，所述凹面结构与所述第二球面滚子6端部的凸面结构相匹配，从而增大了接触面7积，当承受荷载时，所述凹面结构与所述第二球面滚子6端部的凸面结构的接触面7为椭圆状；具体地，所述第一肋部的另一侧采用平面结构，所述第二球面滚子6端部采用凸面结构，所述平面结构与所述第二球面滚子6端部的接触为点接触；在一个实施例中，所述第二肋部的两个侧面均为凹面结构。

实施本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种自调心滚子轴承，包括外圈、内圈、第一保持架、第二保持架、第一球面滚子和第二球面滚子，所述外圈的内周面与所述内圈的外周面之间形成有第一滚道和第二滚道，所述第二球面滚子与所述第二滚道之间形成有椭圆状的接触面，所述接触面的长轴的长度小于所述第二球面滚子的长度，所述第二球面滚子的长度小于所述第一球面滚子的长度，根据轴承的各滚道之间荷载分布将第一球面滚子和第二球面滚子设为不同的长度值，解决了球面滚子与滚道之间的磨损、刮擦、滑动等问题，延长了轴承的使用寿命。

实施例2

本实施例提供了一种自调心滚子轴承，包括外圈1、内圈2、第一保持架3、第二保持架4、第三保持架、第一球面滚子5、第二球面滚子6和第三球面滚子；

所述外圈1的内周面与所述内圈2的外周面之间形成有第一滚道、第二滚道和第三滚道；

所述第一滚道内设有所述第一保持架3，所述第一保持架3上设有所述第一球面滚子5，所述第一球面滚子5发生滚动进而带动所述第一保持架3转动；

所述第二滚道内设有所述第二保持架4，所述第二保持架4上设有所述第二球面滚子6，所述第二球面滚子6发生滚动进而带动所述第二保持架4转动，所述第二球面滚子6与所述第二滚道之间形成有椭圆状的接触面7；所述接触面7的长轴的长度小于所述第二球面滚子6的长度；

所述第三滚道的一个侧面靠近所述第一滚道，所述第三滚道的另一个侧面靠近所述第二滚道；所述第三滚道内设有第三保持架，所述第三保持架上设有第三球面滚子，所述第三球面滚子发生滚动进而带动所述第三保持架转动；

所述第三球面滚子的长度小于所述第一球面滚子5的长度，且所述第三球面滚子的长度大于所述第二球面滚子6的长度。

具体地，为了防止动静部分摩擦，所述第一保持架3与外圈1、内圈2之间的转动间隙内以及与第一球面滚子5之间的滚动间隙内均填充有润滑剂，所述第二保持架4与外圈1、内圈2之间的转动间隙内以及与第二球面滚子6之间的滚动间隙内均填充有润滑剂，所述第三保持架与外圈1、内圈2之间的转动间隙内以及与第三球面滚子之间的滚动间隙内均填充有润滑剂，所述润滑剂在轴承中主要起润滑、冷却和清洗作用。

为了便于加工和实现外圈单元的标准化，所述外圈1采用分离式结构，优选地，所述外圈1包括第一外圈单元、第二外圈单元和第三外圈单元，所述第一外圈单元、第二外圈单元与第三外圈单元沿轴向组合形成所述外圈1。需要指出的是，所述外圈1也可以采用整体式结构。

优选地，所述外圈1采用分离式结构时，所述自调心滚子轴承还包括预压装置，所述预压装置用于缩小所述第一外圈单元、所述第二外圈单元以及所述第三外圈1之间的缝隙。

优选地，所述第一球面滚子5与所述第二球面滚子6均采用对称结构。采用对称结构的球面滚子能优化荷载在整个滚子上的分布，这样，滚子在所所有荷载条件下承受的应力较低，因此，有利于延长轴承的使用寿命。

优选地，还包括第一肋部和第二肋部，所述第一肋部和所述第二肋部均形成于所述内圈2的外周面；所述第一肋部的一侧与所述第一球面滚子5的一端接触，所述第一肋部的一侧为凹面结构；所述第一肋部的另一侧与所述第二球面滚子6的一端接触，所述第一肋部的另一侧为平面结构；所述第二肋部的一侧与所述第二球面滚子6的另一端接触，所述第二肋部的一侧为凹面结构；所述第二肋部的另一侧与所述第三球面滚子接触，所述第二肋部的另一侧为平面结构。

优选地，所述内圈2的两端均设有环形凸缘8，所述环形凸缘8用于限制球面滚子的位置。

实施本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种自调心滚子轴承，包括外圈、内圈、第一保持架、第二保持架、第一球面滚子和第二球面滚子，所述外圈的内周面与所述圈的外周面之间形成有第一滚道和第二滚道，所述第二球面滚子与所述第二滚道之间形成有椭圆状的接触面，所述接触面的长轴的长度小于所述第二球面滚子的长度，所述第二球面滚子的长度小于所述第一球面滚子的长度，根据轴承的各滚道之间荷载分布将第一球面滚子和第二球面滚子设为不同的长度值，解决了球面滚子与滚道之间的磨损、刮擦、滑动等问题，延长了轴承的使用寿命。

实施例3

本实施例提供了一种风力发电机主轴支撑结构，包括主轴、叶片以及实施例1所提供的自调心滚子轴承。所述主轴的一端与所述叶片连接，所述叶片用于在风能的驱使下绕所述主轴旋转，进而带动所述主轴旋转；所述自调心滚子轴承用于支撑所述主轴转动。

实施例4

本实施例提供了一种风力发电机主轴支撑结构，包括主轴、叶片以及实施例1所提供的自调心滚子轴承。所述主轴的一端与所述叶片连接，所述叶片用于在风能的驱使下绕所述主轴旋转，进而带动所述主轴旋转；所述自调心滚子轴承用于支撑所述主轴转动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。