一种轴承、风力发电机组的变桨装置及其变桨方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种轴承、风力发电机组的变桨装置及其变桨方法。

背景技术：

滚动轴承是应用非常广泛的一种轴承，在轻工、重工、航空航天、石化、电力方面应用非常广泛。尤其是在风力发电机组变桨轴承、偏航轴承等关键传动部位起到了举足轻重的作用。

但是，申请人发现，现有用于风力发电机组中的轴承保持架单独设计，一方面增加设计成本，另一方面容易引起轴承卡滞及损坏。此外，轴承额定动负荷和额定的静负荷裕度小，容易出现应力集中。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种轴承、风力发电机组的变桨装置及其变桨方法，从而提高轴承的额定动负荷和额定的静负荷，降低轴承的制造成本，提高轴承的使用寿命。

为了解决上述问题，本发明实施例主要提供如下技术方案：

在第一方面中，本发明实施例提供了一种轴承，包括：内圈、外圈，以及设置在所述内圈和所述外圈之间的多个滚动体，还包括：多个卧球槽和至少一个滚道槽；

所述滚道槽沿所述内圈的周向方向设置在第一预设位置处，所述卧球槽沿所述外圈的周向方向设置在第二预设位置处；或者，

所述滚道槽沿所述外圈的周向方向设置在第一预设位置处，所述卧球槽沿所述内圈的周向方向设置在第二预设位置处；

所述滚动体的一部分安装在所述卧球槽内，且另一部分与所述滚道槽接触设置。

可选地，所述第一预设位置为所述外圈的内壁，并且所述第二预设位置为所述内圈的外壁；或者

所述第一预设位置为所述内圈的外壁，并且所述第二预设位置为所述外圈的内壁。

可选地，所述滚动体的形状为球形或圆柱形。

可选地，当所述滚动体的形状为球形时，所述卧球槽的形状与所述滚动体的外形相匹配，并且所述卧球槽沿所述轴承径向方向的截面为圆弧形；或者

当所述滚动体的形状为圆柱形时，所述卧球槽的形状与所述滚动体的外形相匹配，并且所述卧球槽沿所述轴承径向方向的截面为矩形。

可选地，所述滚动体的数量与所述卧球槽的数量相同。

可选地，在垂直于所述内圈所在平面的方向上设置至少一排滚动体；以及

在垂直于所述内圈所在平面的方向上，所述滚动体的个数、所述卧球槽的个数以及所述滚道槽的个数相同。

可选地，所述至少一排滚动体的数量为两排，并且

两排所述滚动体的形状为球形；或者，

两排所述滚动体的形状为圆柱形；或者，

一排所述滚动体的形状为球形，另一排所述滚动体的形状为圆柱形。

可选地，所述轴承还包括：储油道和注油道；

所述储油道沿所述轴承的径向方向设置在所述滚道槽内；

所述注油道设置在所述外圈或所述内圈的内部，其中，所述注油道的一端连通所述储油道，所述注油道的另一端连接至所述轴承的顶部或底部。

可选地，所述储油道设置在所述滚道槽的中心处。

可选地，沿所述内圈的径向方向或所述外圈的径向方向，所述储油道的高度为2毫米至3毫米。

在第二方面中，本发明实施例公开了一种风力发电机组的变桨装置，包括：如第一方面所述的轴承。

在第三方面中，本发明实施例公开了一种如第二方面所述的风力发电机组的变桨方法，包括：

通过固定件将所述内圈固定在所述轴承外的固定结构上；

将所述外圈设置在风力发电机组中的叶根法兰上；

当所述风力发电机组进行变桨时，所述风力发电机组中的变桨驱动系统驱动所述外圈，在所述滚动、所述卧球槽以及所述滚道槽的配合下，实现所述风力发电机组的叶片的变桨；

或者

通过固定件将所述外圈固定在所述轴承外的固定结构上；

将所述内圈设置在风力发电机组中的叶根法兰上；

当所述风力发电机组进行变桨时，所述风力发电机组中的变桨驱动系统驱动所述内圈，在所述滚动体、所述卧球槽以及所述滚道槽的配合下，实现所述风力发电机组的叶片的变桨。

借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：

由于本发明提供的轴承包括：内圈、外圈、设置在内圈和外圈之间的多个滚动体、多个卧球槽和至少一个滚道槽；滚动体的一端安装在卧球槽内，且另一端与滚道槽接触设置，例如，固定内圈后，当风力发电机组进行变桨时，转轴向外圈提供旋转力矩，在滚动体、卧球槽以及滚道槽的配合下，对风力发电机组的叶片进行变桨，由于没有保持架，增加本发明实施例的轴承的外圈和内圈的有效承载厚度，因此产生作用在轴承上的静负荷。但是，本发明实施例的滚动体在卧球槽内单独运作，滚动体不互相干涉摩擦，减少了滚动体的无用功损失，从而提高了轴承的额定动负荷和额定的静负荷，提高轴承的使用寿命，并且降低了轴承的制造成本。

同时，由于传统轴承的额定动负荷和额定的静负荷裕度小，在实际使用时，在外力的作用下，使得滚道槽的形状急剧变化，容易产生应力集中的现象。但是，本发明实施例通过卧球槽将滚动体以彼此之间相同的距离设置在滚道槽内，在外力的作用下，应力可以均匀分布在滚道槽上，避免由于形状急剧变化而产生的应力集中，从而保证轴承的淬硬层深度及表面应力，降低接触应力，提高扛应力能力。

上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明实施例的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文可选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出可选实施方式的目的，而并不认为是对本发明实施例的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为相关技术的轴承的截面图；

图2为本发明实施例的轴承的第一实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的轴承的第二实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例的滚道槽的结构示意图；

图5a为本发明实施例的卧球槽的结构示意图；

图5b为图5a中区域a的局部放大图；

图6为与球形滚动体相匹配的卧球槽和与圆柱形滚动体相匹配的卧球槽的结构示意图；

图7为与球形滚动体相匹配的卧球槽和与圆柱形滚动体相匹配的卧球槽的剖视图；

图8为本发明实施例的储油道和注油道的结构示意图；

图9为本发明实施例的变桨方法的第一实施例的流程图；

图10为本发明实施例的变桨方法的第二实施例的流程图；

图11为本发明实施例的轴承的局部示意图。

附图标记介绍如下：

1-外圈；2-滚动体；3-保持架；4-内圈；5-卧球槽；6-滚道槽；7-储油道；8-注油道；51-球形卧球槽；52-圆柱形卧球槽；a-旋转方向；h-储油道高度。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了相关技术的轴承的结构。如图1所示，该轴承由外圈1、内圈4、滚动体2和保持架3组成。根据风机的变桨特点的不同，分为内圈4变桨和外圈1变桨。对于内圈4变桨的变桨轴承，其内圈4与叶片相连接，外圈1与轮毂连接，内圈4和外圈1通过滚动体2形成了滚动摩擦转动，保持架3的设置是为了保持滚动体2在周圈内分布均匀。

但是，本发明的发明人发现，该轴承的保持架3是单独设计的，这种设计方式一方面增加了设计成本，另一方面容易引起轴承卡滞及损坏。此外，轴承额定动负荷和额定的静负荷裕度小，容易出现应力集中。

为了解决上述问题，在第一方面中，如图2至图5b所示，本发明的实施例公开了一种轴承，包括：内圈4、外圈1，以及设置在内圈4和外圈1之间的多个滚动体2，该轴承还包括：多个卧球槽5和至少一个滚道槽6；滚动体2的一部分安装在卧球槽5内，且另一部分与滚道槽6接触设置。滚道槽6沿内圈4的周向方向设置在第一预设位置处，卧球槽5沿外圈1的周向方向设置在第二预设位置处。或者，在另一实施例中，滚道槽6沿外圈1的周向方向设置在第一预设位置处，卧球槽5沿内圈4的周向方向设置在第二预设位置处。

由于本发明实施例提供的轴承包括：内圈4、外圈1、设置在内圈4和外圈1之间的多个滚动体2、多个卧球槽5和至少一个滚道槽6；滚动体2的一端安装在卧球槽5内，且另一端与滚道槽6接触设置，例如，固定内圈4后，当风力发电机组进行变桨时，转轴向外圈1提供旋转力矩，在滚动体2、卧球槽5以及滚道槽6的配合下，对风力发电机组的叶片进行变桨，由于没有保持架，增加本发明实施例的轴承的外圈1和内圈4的有效承载厚度，因此产生作用在轴承上的静负荷。但是，本发明实施例的滚动体2在卧球槽5内单独运作，滚动体2不互相干涉摩擦，减少了滚动体2的无用功损失，从而提高了轴承的额定动负荷和额定的静负荷，提高了轴承的使用寿命，并且降低了轴承的制造成本。

同时，由于传统轴承的额定动负荷和额定的静负荷裕度小，在实际使用时，在外力的作用下，使得滚道槽的形状急剧变化，容易产生应力集中的现象。但是，本发明实施例通过卧球槽将滚动体以彼此之间相同的距离设置在滚道槽内，在外力的作用下，应力可以均匀分布在滚道槽上，避免由于形状急剧变化而产生的应力集中，从而保证轴承的淬硬层深度及表面应力，降低接触应力，提高扛应力能力。

可选地，在一种实施方式中，第一预设位置为外圈1的内壁，并且第二预设位置为内圈4的外壁；在另一种实施方式中，第一预设位置为内圈4的外壁，并且第二预设位置为外圈1的内壁。

可选地，如图6至图7所示，滚动体2的形状为球形或圆柱形。在本实施例中，滚动体2是为支持轴承的内圈4和外圈1回转的部件。根据载荷的需要，可以是球形，也可以是圆柱形。圆柱形滚动体2的侧面与滚道槽为线接触，可以增大滚动体和滚道的受力范围，从而使载荷分布更均匀，降低接触应力。

可选地，继续参考图6至图7，当滚动体2的形状为球形时，卧球槽5的形状与滚动体2的外形相匹配，即，球形卧球槽51，并且卧球槽5沿轴承径向方向的截面为圆弧形(参见图7)。在另一个实施例中，当滚动体2的形状为圆柱形时，卧球槽5的形状与滚动体2的外形相匹配的，即，圆柱形卧球槽52，并且卧球槽5沿轴承径向方向的截面为矩形(参见图7)，相应的结构配对不仅可以减少轴承的阻力，还可以减少轴承的集中载荷，增加轴承寿命。

可选地，在本实施例中，卧球槽5是沿外圈1或内圈4的周向方向以圆形(360°)的方式设置在外圈1的内壁或内圈4的外壁上。卧球槽5的数量和滚动体2的数量相同，使得每个滚动体2均设置在卧球槽5内，当载荷力作用在内圈4或者外圈1上时，使得滚动体2能够均匀承担作用在内圈4或者外圈1上的载荷力，增强轴承结构的整体承载能力，提高轴承的疲劳极限，降低轴承的损坏风险。如图5b所示，根据载荷的大小确定滚动体2的数量，在滚动体2的数量确定后，可以通过以下公式确定相邻两个卧球槽5之间的距离δ1：

δ1＝(d-n×d×k)/n

其中，d是外圈内径；n是滚动体数量；d滚动体直径；k为修正系数。修正系数k的取值与轴承承受的载荷大小有关。通常，修正系数k的取值小于1，具体地，修正系数k的取值范围在0.7至1之间。

另外，也可以通过以下公式计算得出卧球槽5和滚道槽6沿外圈1或内圈4的径向方向上的深度：

h1+h2+δ2+δ＝d

其中，h1为卧球槽深度；h2为滚道槽深度；d为滚动体直径；δ2为内外圈之间的间隙；δ为径向游隙。

可选地，在垂直于内圈4所在平面的方向上设置至少一排滚动体2。当设置多排滚动体2时，即，在轴承内设置有更多的滚动体2，使得轴承受力更加均匀，增强轴承结构的整体承载能力，降低损坏风险，增加轴承的使用寿命。此外，在垂直于内圈4所在平面的方向上，滚动体2的个数、卧球槽5的个数以及滚道槽6的个数相同，进一步增强轴承结构的整体承载能力。滚动体2根据载荷的需要，可以是单排的，也可以是双排的，同一轴承的两排滚动体2根据承载力的大小，可以设置不同规格的滚动体2，也可以是同规格的滚动体2。

继续参考图6和图7所示，至少一排滚动体2的数量为两排，并且其中一排滚动体2的形状为球形，另一排滚动体2的形状为圆柱形。在另一个实施例中，两排滚动体2的形状为球形。或者，两排滚动体2的形状为圆柱形。

可选地，如图8所示，本发明实施例的轴承还包括：储油道7和注油道8。储油道7沿轴承的径向方向设置在滚道槽6内。注油道8设置在外圈1或内圈4的内部，其中，注油道8的一端连通储油道7，注油道8的另一端连接至轴承的顶部或底部。

在一个实施例中，当内圈4变桨时，外圈1的内壁上设置有滚道槽6，滚道槽6内加工有储油道7，供系统润滑用。通过注油道8将润滑油定期注入到储油道7里，储油道7设置在滚道槽6的非受力点，可选地，储油道7设置在滚道槽6的中心处。如图8所示，沿内圈4的径向方向或外圈1的径向方向，储油道7的高度h为2毫米至3毫米。当承受一个方向的轴向载荷时，滚道槽6可以是单槽，也可以是两槽或多槽。

当内圈4为变桨圈时，内圈4的外壁上设置有卧球槽5，卧球槽5的结构及数量根据滚动体2的结构确定。在安装时，滚动体2的一端安装在卧球槽5内，且滚动体2的另一端与滚道槽6接触设置，便于内圈4带动滚动体2沿滚道槽6进行回转运动。

在另一个实施例中，当外圈1变桨时，内圈4的外壁上设置有滚道槽6，滚道槽6内加工有储油道7，供系统润滑用。通过注油道8将润滑油定期注入到储油道7里，储油道7设置在滚道槽6的非受力点，可选地，储油道7设置在滚道槽6的中心处，并且储油道7的长度等于滚道槽6的长度。当承受一个方向的轴向载荷时，滚道槽6可以是单槽，也可以是两槽或多槽。

当外圈1为变桨圈时，外圈1的内壁上设置有卧球槽5，卧球槽5的结构及数量根据滚动体2的结构确定，其中，滚动体2的材料可以包括高碳铬轴承钢或碳素轴承钢中的至少一种。但是，对于本领域技术人员而言，也可使用如何实际设计需要的材料。在安装时，滚动体2的一端安装在卧球槽5内，且滚动体2的另一端与滚道槽6接触设置，便于外圈1带动滚动体2沿滚道槽6进行回转运动。

基于同一发明构思，在第二方面中，本发明的实施例还提供了一种风力发电机组的变桨装置，包括：第一方面的轴承。

由于第二方面中的风力发电机组的变桨装置包括了第一方面中的轴承，其本身具有第一方面的轴承相同的有益效果，因此，不再重复赘述。

基于同一发明构思，在第三方面中，本发明的实施例还提供了一种第二方面的风力发电机组的变桨方法，如图9所示，该方法包括：

s101：通过固定件将内圈固定在轴承外的固定结构上。

s102：将外圈设置在风力发电机组中的叶根法兰上。

s103：当风力发电机组进行变桨时，风力发电机组中的变桨驱动系统驱动外圈，在滚动体、卧球槽以及滚道槽的配合下，实现风力发电机组的叶片的变桨。

或者，在另一个实施例中，如图10所示，该方法可以包括：

s201：通过固定件将外圈固定在轴承外的固定结构上。

s202：将内圈设置在风力发电机组中的叶根法兰上。

s203：当风力发电机组进行变桨时，风力发电机组中的变桨驱动系统驱动内圈，在滚动体、卧球槽以及滚道槽的配合下，实现风力发电机组的叶片的变桨。

在本实施例中，固定结构为轮毂。但是，对于本领域技术人员而言，根据实际要求，也可以将轴承固定在其他合适的位置。

以下通过图11对本发明实施例的轴承进行详细说明。

如图11所示，在本发明实施例中，外圈1作为固定圈与设定的固定部件固定连接，从而实现轴承的固定。内圈4在例如逆时针载荷力矩的作用下，沿旋转方向a进行旋转。由于内圈4上加工有卧球槽，卧球槽里安放着滚动体2，在内圈4的作用下，滚动体2与内圈4共同旋转，同时滚动体2会沿着外圈1的滚道槽6做圆周回转运动，实现轴承的回转功能。

应用本发明实施例所获得的有益效果包括：

1、由于本发明提供的轴承包括：内圈、外圈、设置在内圈和外圈之间的多个滚动体、多个卧球槽和至少一个滚道槽；滚动体的一端安装在卧球槽内，且另一端与滚道槽接触设置，例如，固定内圈后，当风力发电机组的叶片进行变桨时，由于没有保持架，增加本发明实施例的轴承的外圈和内圈的有效承载厚度，因此产生作用在轴承上的静负荷。但是，本发明实施例的滚动体在卧球槽内单独运作，滚动体不互相干涉摩擦，减少了滚动体的无用功损失，从而提高了轴承的额定动负荷和额定的静负荷，提高轴承的使用寿命，并且降低了轴承的制造成本。

2、同时，由于传统轴承的额定动负荷和额定的静负荷裕度小，在实际使用时，在外力的作用下，使得滚道槽的形状急剧变化，容易产生应力集中的现象。但是，本发明实施例通过卧球槽将滚动体以彼此之间相同的距离设置在滚道槽内，在外力的作用下，应力可以均匀分布在滚道槽上，避免由于形状急剧变化而产生的应力集中，从而保证轴承的淬硬层深度及表面应力，降低接触应力，提高扛应力能力。

3、由于在滚动体和滚道槽接触时，会有一定的应力集中。因此，滚动体设置在卧球槽和滚道槽之间可以保证轴承的淬硬层深度及表面应力，降低接触应力，提高扛应力能力。

4、由于在内圈或外圈上可以设置多排滚道槽、滚动体和卧球槽，在承受径向负荷时要比传统轴承结构的承载能力强，降低制造和维护的成本，增强市场竞争力。

5、在滚道槽内添加储油槽，通过储油槽提供润滑油，降低滚动体在卧球槽和滚道槽之间的摩擦力，减少滚动体摩擦损坏的风险，进一步降低制造和维护的成本，增强市场竞争力。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。