轴承及轴承装置的制作方法

根据第一方面，本发明涉及一种球面滚子轴承。根据第二方面，本发明涉及一种轴承装置。根据第三方面，本发明涉及一种风力涡轮机轴承装置。

背景技术：

众所周知，球面滚子轴承能够承载径向和轴向载荷，并且还能够用于其错位。这些轴承在许多不同的应用中使用，尤其是用于更苛刻的应用，其中存在较大载荷并且还可能具有轴挠曲。球面滚子轴承可以得到有利使用的示例之一是在风力涡轮机应用中。这些轴承可以是合适的替代的领域的其他示例是在纸浆和造纸机、海洋应用、非公路应用中以及在采矿应用中。

存在若干种可用的不同设计。例如，存在包括梳形保持架的球面滚子轴承，而且还存在包括窗式保持架的轴承。此外，一些已知的设计包括导向环，其他轴承类型包括在内圈上的中间凸缘。不同的设计具有不同的优点，因此是有用的且适用于不同的需要。例如，轴承可优化用于不同的情况和环境，比如用于高速或低速应用，主要用于径向载荷，主要用于轴向载荷、大的轴挠曲等。

技术实现要素：

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种至少减轻一些现有技术缺点的新的球面滚子轴承设计及轴承装置。此外，本发明的目的是提供一种特别有利地用于低速旋转应用的球面滚子轴承设计。

这些目的已经通过如在独立权利要求中提出的特征来实现。本发明的有利实施例可以在从属权利要求中以及在下面的描述中找到。

根据其第一方面，这些目的已通过一种球面滚子轴承来实现，包括：外圈，其具有至少一个内滚道，内圈，其具有第一和第二外滚道，多个滚子元件，其以第一和第二滚子列布置在所述至少一个内滚道和相应的第一和第二外滚道之间。此外，所述轴承包括保持架，用于引导和/或保持所述滚子元件在所述第一和第二滚子列中，其中，所述保持架具有多个保持架兜孔，一个滚子旨在位于每个保持架兜孔中。所述轴承还具有特定的节圆直径，并且其中，所述保持架是相对于所述节圆直径定心的低节距(under-pitch)滚子。低节距是指滚子元件与保持架之间的接触将在从节圆直径沿径向向内的位置。此外，滚子定心是指保持架将由滚子元件定心，而不是由例如内圈或已知轴承设计常见做法的导向环。

对于本领域技术人员而言，轴承的节圆直径是熟知的。节圆直径可被定义为在轴承的轴向位置相交于轴承中的滚子元件的旋转轴线的直径。此外，词语轴向和径向本文件中被频繁地使用。如果没有另外说明，轴向方向被定义为平行于其旋转轴线的轴承的轴向方向、平行于其旋转轴线的内圈的轴向方向、平行于其旋转轴线的外圈的轴向方向以及平行于其旋转轴线的保持架的轴向方向。径向方向是垂直于相应轴向方向的方向。

采用这种具有是定心的滚子并且还是定心的低节距滚子的保持架的新设计，轴承特别是保持架将表现得更加稳定，特别是对于低速应用来说，并且特别是在轴承的加载区位于相对于重力方向的轴承的径向底部区域时。此外，轴承特别有利地用于大致水平的轴承装置。加载区中的滚子元件在它们在轴承的切线方向上沿其旋转路径移动时将被大致固定在径向和轴向方向。由于加载区中的滚子元件将不能广泛地改变其在内圈和外圈之间的轴向和径向位置，所以与保持架的接触会比如果接触是在轴承的未加载区更加稳定。因此，本发明人已经认识到，让保持架成为采用在轴承的加载区中的滚子定心的滚子将是有利的。通过具有低节距滚子定心保持架，滚子与保持架之间的接触将相对于重力出现在轴承的下部。

在本发明的实施例中，提出了一种球面滚子轴承，其中，对于至少一个保持架兜孔来说，该保持架兜孔以及存在于其中的滚子元件还具有特定的保持架兜孔/滚子元件径向间隙，并且其中，所述保持架兜孔/滚子元件径向间隙相对于所述节圆直径在径向向外的方向上比在径向向内的方向上更大。通过以这种方式设计保持架兜孔，滚子元件与保持架之间的接触将是低节距接触，即接触将从轴承的节圆直径沿径向向内。

在本发明的实施例中，提出了一种球面滚子轴承，其中，所述轴承沿轴向在所述第一和第二滚子列之间还不具有任何隔离环(比如导向环)或中间凸缘。众所周知的是，沿轴向在轴承的两个滚子列之间使用导向环。当轴承在更高速的应用中使用时，导向环是特别有用的。此外，保持架通常定心于导向环上，这又与内圈接触。通过将导向环从轴承移除，将有更少的部件。这在成本方面当然是有利的，但也有可能导致更坚固的轴承设计，因为事实是在轴承中将有更少的部件。此外，拥有常用于现有技术设计的中间凸缘也是很昂贵的，因为制造包括中间凸缘的内圈将更加复杂。另外，中间凸缘的存在将导致更多的材料，从而导致更大的重量以及更高的材料成本。此外，本发明的设计将导致在第一和第二滚子列之间在保持架与内圈之间会有自由空间。这个空间可以用于润滑剂，比如润滑脂或油。这可能导致内圈的滚道与滚子元件之间的接触的润滑得到改善，因为润滑剂可被存储在这些接触区的附近。

在另一实施例中，用于引导滚子元件的隔离环或导向环沿轴向存在第一和第二滚子列之间。在具有较高转速的应用中可能需要隔离环。例如，隔离环可以引导第一和第二滚子列中的滚子元件。

在本发明的实施例中，提出了一种球面滚子轴承，其中，所述多个保持架兜孔中的至少一个沿径向向外包围包含在其中的滚子，使得所述滚子元件将被限制从所述至少一个保持架兜孔沿径向向外移出。通过具有这样的设计，可以防止滚子元件从轴承脱落，例如在轴承的组装期间。在另一实施例中，所述内圈还在所述轴承的相对轴向侧上具有第一和第二轴向外侧区域，其中，相应的第一和第二轴向外侧区域具有相应的第一和第二侧凸缘。该侧凸缘可以进一步改善和防止滚子从轴承脱落。

在本发明的实施例中，提出了一种球面滚子轴承，其中，所述保持架是梳状保持架(也称为四爪型保持架)。在实施例中，保持架由聚合物、金属比如黄铜、钢或铁、或者由本领域技术人员公认的任何其他合适的材料制成。

根据本发明的第二方面，这些目的已通过一种用于低速旋转应用的轴承装置来实现，其中，所述轴承装置包括根据本发明第一方面的轴承。应注意的是，本发明第一方面的任何实施例可适用于本发明第二方面的任何实施例，反之亦然。本发明人已经认识到，根据本发明第一方面的轴承设计特别有利地用于低速应用。此外，本发明人还已经认识到，这种设计适于轴承的加载区将在相对于重力方向的轴承的径向底部区域的应用。在另一实施例中，轴承装置是大致水平的轴承装置。

在本发明的实施例中，提出了一种用于低速旋转应用的轴承装置，其中，所述轴承装置旨在以每分钟小于50转的速度旋转。在另一实施例中，旋转速度小于每分钟40、30、20或10转中的任何一个。在另一实施例中，旋转速度使得旋转速度低于滚子元件受到超过重力的离心力影响的阈值滚道速度。

根据本发明的第三方面，这些目的已经通过一种风力涡轮机轴承装置来实现，其用于支撑所述风力涡轮机的主轴，其中，所述风力涡轮机轴承装置包括根据本发明第一方面的轴承。应注意的是，本发明第一方面的任何实施例可适用于本发明第二和第三方面的任何实施例，反之亦然。本发明人已经认识到，根据本发明第一方面的轴承设计特别有利地用于风力涡轮机轴承装置。此外，本发明人还已经认识到，这种设计适于轴承的加载区将在相对于重力方向的轴承的径向底部区域的应用，这通常是用于风力涡轮机的情况。

在本发明的实施例中，风力涡轮机轴承装置是2点悬浮轴承装置。在本发明的另一实施例中，风力涡轮机轴承装置是3点悬浮轴承装置。

对于本领域技术人员而言，其他实施例和对本文中在权利要求的范围之内提出的当前实施例的修改将是显而易见的。例如，本领域技术人员将理解并认识到，保持架兜孔的几何形状可不同地设计来仍达到相同的效果，即保持架将是定心的低节距滚子。

附图说明

下面参考附图，对本发明的示例性实施例进行更加详细地描述，其中：

图1a示出了根据本发明实施例的球面滚子轴承的剖视图。

图1b示出了图1a中的轴承的保持架及滚子元件的一部分的放大视图，是从轴承的轴向侧观察的。

图2示出了根据本发明实施例的球面滚子轴承的剖视图。

图3示出了根据本发明实施例的球面滚子轴承的轴向端面。

图4示出了根据本发明实施例的球面滚子轴承的内圈、保持架和滚子元件的剖视图。

图5示出了根据本发明第二方面的轴承装置的剖视图。

图6示出了根据本发明第三方面的风力涡轮机轴承装置的剖视图。

附图示出了本发明的示意性示例性实施例，且因此不一定是按比例绘制的。应当理解的是，示出和描述的实施例是示例性的，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

图1a示出了根据本发明示例性实施例的轴承1的剖视图，图1b示出了图1a中的保持架5的一部分的放大视图，并且还包括含有两个滚子4的滚子兜孔51。在图1a中，轴承1包括具有内球面滚道21的外圈2。此外，轴承1具有保持架5、以第一和第二滚子列41和42布置的滚子元件4以及具有第一和第二外滚道31和32的内圈3。滚子列41和42位于相应的第一和第二滚道31和32与内球面滚道21之间。保持架5被设计成使得保持架5是定心的低节距(under-pitch)滚子。在图1a中，这是通过保持架5上的接触部511示出的，其中保持架5将接触滚子元件4。如可以在图1a中进一步看出，在第一和第二滚子列41和42之间没有导向环或中间凸缘。现在转到图1b，将可以清楚地看到保持架兜孔51中的接触部511如何与滚子元件4接触。在此具体实施例中，保持架兜孔51的径向间隙被设计成使得径向间隙相对于轴承1的节圆直径PCD在径向向外的方向上比在径向向内的方向上更大。这将导致滚子将在接触部511接触保持架5，如图1b所示。此外，将会导致在保持架兜孔51和保持架5的相对侧上的滚子元件4之间具有间隙513。

图2示出了根据本发明实施例的轴承1的剖视图。轴承1包括具有内球面滚道21的外圈2。此外，轴承1具有保持架5、以第一和第二滚子列41和42布置的滚子元件4以及具有第一和第二外滚道31和32的内圈3。滚子列41和42位于相应的第一和第二滚道31和32与内球面滚道21之间。保持架5被设计成使得保持架5是定心的低节距滚子。这里还可以看出，轴承具有特定的轴承间隙。在轴承1的顶部区域，可以看出，在滚子元件4和内滚道21之间没有(或几乎没有)接触。这是由于轴承间隙，以及由于还有径向载荷Fr作用在内圈上并且在轴承的径向底部区域上。因此，加载区L将在轴承1的底部区域。可以看出(在该图中为了更好地理解本发明而进行夸大)，滚子元件4将趋向于从轴承1的顶部区域沿轴向向外脱落。这将尤其发生在轴承1的旋转速度很低时，因为滚子元件的离心力将不足以大到防止滚子4沿轴向向外移动。在这方面，让加载区L中的滚子定心保持架5将是有利的，这将通过具有低节距滚子定心功能来实现。

图3示出了根据本发明实施例的轴承1的轴向侧面视图。轴承1包括具有内球面滚道21的外圈2。此外，轴承1具有保持架5、以第一和第二滚子列41和42布置的滚子元件4以及具有第一和第二外滚道31和32的内圈3。滚子列41和42位于相应的第一和第二滚道31和32与内球面滚道21之间。保持架5被设计成使得保持架5是定心的低节距滚子。此外在该视图中，可以看出，在滚子4和保持架5之间有接触部511，其中接触发生在从节圆直径PCD沿径向向内，即保持架是定心的低节距滚子。如可以在该图中进一步看出，轴承中的加载区L在轴承1的径向底部区域。因此，通过具有低节距滚子定心的保持架5，保持架5将由加载区L中的滚子4定心，这将导致保持架5在操作过程中表现得更加稳定。

图4示出了根据本发明实施例的轴承1的剖视图的一部分。在此视图中，可以看出内圈3的一部分、保持架5、滚子4以及内圈3的侧凸缘33。此外，在这里还可以看出，保持架兜孔51向外包围滚子，使得滚子4将不能从保持架兜孔51沿径向向外移出。这已经通过具有在保持架兜孔51中的弯曲轮廓来完成，使得滚子4将最终接触保持架兜孔51的接触部512。此外，侧凸缘33将防止滚子4从轴承1沿轴向脱落。这将导致滚子4将自我包含在轴承1中。因此，就没有必要例如具有窗式保持架。滚子4将仍不能在任何时间从轴承脱落。这是有利的，特别是出于安全原因。

图5示出了根据本发明第二方面的实施例的轴承装置10的剖视图。装置10包括根据本发明第一方面的轴承1和轴6。此外，在这个例子中还可以看出，力Fr作用于轴承1的内圈3上。力Fr作用在轴承1的径向底部区域上，从而在轴承的径向底部区域中创建加载区。

图6示出了根据本发明第三方面的风力涡轮机轴承装置100的剖视图。风力涡轮机轴承装置100包括根据本发明第一方面的轴承1和风力涡轮机的主轴6。