轴承用夹紧装置和风力涡轮机的制作方法

本发明涉及轴承相关领域，尤其涉及风力发电机主轴用的圆锥滚子轴承的夹紧装置。

背景技术：

参照图1，风力涡轮机(也称风力发电机或风机)的主轴1上的轴承(主轴承)2通常使用圆锥滚子轴承。为了给轴承2提供一定的预紧力，在轴承2的轴承内圈201(参照图2和图3)的轴向侧部通常设置有夹紧装置。以下若非特殊说明，“预紧力”指常温下没有风载时轴承2上的轴向力，“轴向”指与主轴1的轴线平行的方向，“径向”指与主轴1的直径平行的方向。

现有技术中的夹紧装置通常有以下两种设置方式：

参照图2说明夹紧装置的第一种设置方式。该夹紧装置包括环状的、轴向截面呈大致矩形状的夹紧环31和定距环32，定距环32的一个端面与轴承内圈201的轴向侧部接触，定距环32的另一个端面与夹紧环31接触并受到来自夹紧环31的轴向力，从而使轴承2得到预紧力。

参照图3说明夹紧装置的第二种设置方式。该夹紧装置包括环状的、轴向截面呈大致l形的夹紧环31，夹紧环31的一个端面直接与轴承内圈201的轴向侧部接触、并对轴承内圈201施加轴向力，从而使轴承2得到预紧力。

在上述两种设置方式中，轴承内圈201受到的来自夹紧装置的轴向力在轴承内圈201的与夹紧装置接触的轴向承载面2011上的分布往往是不均匀的。尤其在风机受到风载工作时，轴向力使得夹紧装置与轴向承载面2011的接触表面发生局部挤压变形，夹紧装置与轴向承载面2011相对的面的径向外侧部分脱离轴向承载面2011，接触面积较风机未受风载时变小，轴向承载面2011上所受的轴向力分布更加集中、尤其集中于其径向内侧部分，轴承内圈201和夹紧装置各自在单位接触面积上所受的轴向力变大。当轴承内圈201或夹紧装置的局部应力超过其材料的屈服极限后，局部压缩变形将形成部分不可恢复的塑性变形，尤其是夹紧装置更容易发生塑性变形。轴承内圈201或夹紧装置变形后，轴承2的预紧力变小，对风机的正常运转造成不良影响。另一方面，轴向承载面2011上所受的轴向力集中于其径向内侧部分的很小的区域，这会对轴承2的正常运转造成不良影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种使轴承的轴向受力均衡的夹紧装置。

根据本发明的第一方面，提供一种轴承用夹紧装置，其用于套设在轴上以向轴承内圈传递轴向载荷，所述夹紧装置包括第一环，所述第一环具有从其内周壁向径向外侧凹陷而限定出的环形槽，所述环形槽的开口朝向所述第一环的径向内侧，当所述夹紧装置承受轴向载荷时，所述环形槽的轴向两侧的侧壁互相靠拢。

在至少一个实施方式中，所述环形槽在径向上的槽深是所述第一环在径向上的环高的1/3至1/2。

在至少一个实施方式中，所述第一环包括在轴向上分体的第一环第一部分和第一环第二部分，所述环形槽至少部分地位于所述第一环第一部分或所述环形槽至少部分地位于所述第一环第二部分。

在至少一个实施方式中，所述第一环第一部分和所述第一环第二部分在所述环形槽的径向外侧彼此相对的端面中的至少一个端面是倾斜的，从而在不承受轴向载荷时，所述第一环第一部分和所述第一环第二部分之间在所述环形槽的径向外侧限定出楔形间隙，越向径向内侧去所述楔形间隙的轴向宽度越大。

在至少一个实施方式中，所述环形槽形成于所述第一环第一部分和所述第一环第二部分中的一者，所述环形槽的位于径向外侧的底面相对于轴向倾斜，沿着轴向越远离所述第一环第一部分和所述第一环第二部分中的另一者，所述环形槽的沿着径向的槽深越大。

在至少一个实施方式中，所述环形槽的位于径向外侧的底部形成有至少一个倒角或圆角。

在至少一个实施方式中，所述第一环为定距环，所述夹紧装置还包括夹紧环，所述夹紧环在轴向上与所述定距环抵接，从而将所述定距环压紧到所述轴承内圈。

在至少一个实施方式中，所述第一环为夹紧环。

根据本发明的第二方面，提供一种风力涡轮机，其包括：

主轴；

套装于所述主轴的轴承；以及

用于压紧所述轴承的根据本发明的轴承用夹紧装置。

在至少一个实施方式中，所述轴承为圆锥滚子轴承。

根据本发明的夹紧装置能够将轴向载荷稳定地传递到轴承内圈，轴承工作状态好，夹紧装置不易损坏。

附图说明

图1是现有技术中在风力发电机主轴上安装轴承的示意图。

图2是轴承使用根据现有技术中夹紧装置的第一种设置方式安装于主轴的轴向剖面图的一半。

图3是轴承使用根据现有技术中夹紧装置的第二种设置方式安装于主轴的轴向剖面图的一半。

图4是轴承使用根据本发明的第一实施方式的夹紧装置安装于主轴的轴向剖面图的一半。

图5是根据本发明的第一实施方式的定距环的示意图。

图6是根据本发明的第一实施方式的定距环的轴向剖面图的一半。

图7是根据本发明的第二实施方式的定距环的轴向剖面图的一半。

图8是图7中的定距环第一部分和定距环第二部分的装配分解图。

附图标记说明：

1主轴；2轴承；201轴承内圈；2011轴向承载面；31夹紧环；32定距环；320环形槽；321定距环第一部分；322定距环第二部分；3221第一斜面；3222第二斜面；323楔形间隙；w槽宽；d槽深；d环高。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

本发明在现有技术的基础上，对夹紧装置做了改进。

参照图4-8，以上文所述的风机主轴1上的夹紧装置的第一种设置方式为例，介绍本发明对夹紧装置的改进。

第一实施方式

参照图4-6，在夹紧装置的定距环32轴向的大致中部开有环形槽320，环形槽320的开口朝向定距环32的径向内侧。环形槽320将定距环32的径向内侧部分分隔成定距环第一部分321和定距环第二部分322。当轴向力传递到定距环32时，定距环第一部分321和定距环第二部分322互相靠近(即环形槽320的轴向两侧的侧壁互相靠拢)，定距环32发生变形，从而定距环32能很好地与轴承内圈201的轴向承载面2011贴合。

环形槽320沿轴向的槽宽w较明显地小于环形槽320沿径向的槽深d，例如优选地，槽深d是槽宽w的2倍以上。优选地，槽深d是定距环32的沿径向的环高d的1/3至1/2，这样的槽深d的设计使得定距环32在承受轴向力时能容易地发生适应性的调整变形，在风机承受风载时，定距环32与轴向承载面2011的接触面积较现有技术中的不具有环形槽320的夹紧装置中的定距环32与轴向承载面2011的接触面积变大，且保证定距环32在持续变形过程中不易发生损坏。优选地，环形槽320的槽底部(径向外侧端部)的表面为圆弧面，以减小环形槽320底部的应力集中，当然本发明不限于此，例如，环形槽320的槽底部也可以是平面，该平面与环形槽320的轴向两侧的面的连接处设有倒角或圆角。

实验表明，在风机承受风载时，使用根据本发明的定距环32能够使轴承内圈201与定距环32的接触区域从轴向承载面2011的径向内周缘扩展至轴向承载面2011的径向中间部位，接触区域的面积大，单位接触面积的压力小，应力集中情况减少。

第二实施方式

参照图7-8，第二实施方式中与第一实施方式相同或相似的部件标注相同或相似的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。第二实施方式与第一实施方式的区别在于，被环形槽320所分隔开的定距环第一部分321和定距环第二部分322是分体制作的，分体制作降低了加工环形槽320的工艺难度。

定距环第一部分321呈环形，其沿轴向的截面呈大致矩形。定距环第二部分322呈环形，其沿轴向的截面为带有缺口的矩形，缺口位于径向内侧部分。当定距环第一部分321和定距环第二部分322拼合成定距环32时，定距环第二部分322的缺口构成了环形槽320。

为优化定距环32的受力分布，优选地，定距环第二部分322径向外侧的与定距环第一部分321相对的表面为倾斜的第一斜面3221。定距环32在不承受轴向载荷时，第一斜面3221的径向最外侧部分与定距环第一部分321的端面接触，而第一斜面3221的径向内侧部分与定距环第一部分321的端面之间形成较小的间隙，且越向径向内侧去该间隙的宽度越大；换言之，第一斜面3221与定距环第一部分321的端面之间形成楔形间隙323。楔形间隙323使得定距环32在受轴向载荷后能够更好地调整姿态，引导定距环32在径向内侧部分发生更大的变形。应当理解，由于轴承2需要一定的预紧力，当加载预紧力后，即使风机还未受风载，楔形间隙323可能已经由于定距环32的轻微变形而消失。

优选地，环形槽320的径向外侧端的底面为相对于轴向倾斜的第二斜面3222，且越远离定距环第一部分321，环形槽320的沿着径向的槽深越大，这使得定距环第二部分322在环形槽320处不容易发生应力集中。

应当理解，环形槽320也可以不是由定距环第二部分322上的环形缺口形成，而是由设置在定距环第一部分321上的环形缺口形成的，或者定距环第一部分321和定距环第二部分322上均具有缺口拼接形成环形槽320。第一斜面3221也可以不设置在定距环第二部分322上，而是设置在定距环第一部分321上。

上述两个实施方式均以现有技术中夹紧装置的第一种设置方式为例介绍了本发明对夹紧装置的改进，当参照现有技术中夹紧装置的第二种设置方式设置夹紧装置时，参照上述两个实施方式，根据本发明的改进的夹紧装置的环形槽320设置于夹紧环31上，相应的改进设置不再赘述。为表述方便，在本申请中，在对现有技术中夹紧装置的第一种设置方式进行改进的夹紧装置中，定距环32也称作第一环，在对现有技术中夹紧装置的第二种设置方式进行改进的夹紧装置中，夹紧环31也称作第一环。

本发明的上述实施方式可以实现下述优点中的一个或多个：

(i)根据本发明的夹紧装置在受轴向载荷后能够发生轴向变形，以调整夹紧装置与轴承内圈201的接触姿态，风机承受风载时，夹紧装置与轴承内圈201的接触面积大，接触表面的受力分布均匀。

(ii)风机承受风载时，轴承内圈201与夹紧装置的接触面积大，轴承内圈201与夹紧装置各自在单位接触面积上的压力小，避免或减少了压力超过材料屈服极限的风险，使得材料不容易发生不可恢复的塑性变形。

(iii)轴承2与夹紧装置的接触区域从轴向承载面2011的径向内周缘扩展至轴承内圈201的轴向承载面2011的径向中间部位，使得轴承2的工作状态更平稳，轴承2的可靠性增强，为主轴1提供更良好地支撑。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。例如：

(i)根据本发明的夹紧装置，还可以与除圆锥滚子轴承以外的其他能承受轴向载荷的轴承配合，为相应轴承提供分布均匀的轴向预紧力。

(ii)根据本发明的轴承用夹紧装置能够用于除风力涡轮机主轴以外的其他转轴。