用于滚动轴承的保持器和带保持器的用于风力发电的轴承 【技术领域】
本发明涉及一种适合用于例如支撑风力涡轮发电机的主轴的滚动轴承的保持器，并且还涉及一种设有该保持器的用于风力发电的轴承。
背景技术
作为用于支撑风力涡轮发电机的主轴的滚动轴承，例如，使用锥形滚子轴承，并且销式保持器用作其保持器(专利文献1)。
在滚动轴承中，已知在保持器中提供润滑油池以便提高润滑能力，并且这种润滑油池位于靠近滚动元件的位置，并且其开口朝着滚动元件指向。
而且，在专利文献1中，公开了润滑油池设置在销式保持器的抵接锥形滚子的较大端面的表面中。
专利文献1：JP-A-2006-300128
【发明内容】
本发明要解决的问题
对于轴承，将高速旋转看作严格条件，设置传统润滑油池用来防止轴承在高速旋转期间滞塞。
一方面，在风力发电设备中使用的轴承需要不仅经受高速旋转而且在以下严格的条件下使用。
即，在风力发电中，实现控制使得旋转叶片将在强风的情况下不旋转。然而，即使在这种情况下，旋转叶片以很低的速度旋转。此时，当动力传动停止时用来实现强制进给注油的泵停止。在油槽润滑中，滚动轴承的最下部浸在润滑油中，但在加载区域宽的情况下，轴承在油槽润滑的润滑油液位的上方的位置也经受载荷。此外，风力发电中的主轴在其一端设有旋转叶片，并且因此以悬臂状态被布置，向上指向的力作用在布置在其另一端上的滚动轴承上，并且加载区域不设置在正下部(最下部)，而是设置在油槽润滑的润滑油液位的上方。在这种情况下，虽然滚动轴承的上部承受大的载荷，但那里根本不供应润滑油。这不限于用于风力发电的滚动轴承，并且在加载区域布置在正下部但加载区域较宽的滚动轴承和加载区域不布置在正下部的滚动轴承中，在电力故障或其它的情况下，可能发生类似的润滑不足。此外，在各种润滑油供应方法中，当常用润滑路线被切断时，可能发生润滑不足而与加载区域的位置无关。
本发明的目的是：提供一种用于滚动轴承的保持器，其中，例如通过油槽润滑和强制进给注油泵的组合来润滑滚动轴承，并且即使在强制进给注油泵停止时，也可防止润滑不足；以及提供一种设有该保持器的用于风力发电的轴承。
用来解决问题的手段
一种根据本发明的用于滚动轴承的保持器的特征在于润滑油池设置在将不接触滚动元件的表面，并且当润滑油池位于存储在轴承的下部的润滑油中时，润滑油被保持在润滑油池中，并且随着随后的旋转，允许保持在润滑油池中的润滑油滴下。
传统的润滑油池目的在于在高速旋转(正常状态)期间防止润滑油不足，并且润滑油池设置在接触滚动元件的表面处使得润滑油可以从润滑油池容易地移到滚动元件。与此相比，本发明中的润滑油池的目的在于在非正常状态下(例如，在强风中在风力发电中很低速操作(后面描述)期间，在驱动设备停止时由惯性引起的旋转期间，等等)防止润滑油不足，并且因此布置在将不接触滚动元件地表面(从而分隔部分存在于润滑油池和滚动元件之间)。根据保持器的旋转，允许保持在润滑油池中的润滑油滴到滚动元件上或滚动元件附近，由此防止润滑不足。调节润滑油池的形状和数量使得可适于实现润滑油的保持和滴下。
特别当由滚动轴承支撑的旋转轴由于向下指向的力作用在旋转轴的一个端部上而旋转时，本发明的滚动轴承保持器是有效的。通常，在滚动轴承支撑水平旋转轴的情况下，其加载区域因为轴的自重等而布置在下部(最下部)。然而，即使在油槽润滑中，当加载区域宽时，轴承在油槽润滑的润滑油液位的上方的位置也承受载荷，并因此担心润滑不足。此外，对于由于向下指向的载荷作用在旋转轴的一个端部上而旋转的旋转轴(处于悬臂状态)，力向上作用在另一端部处的滚动轴承安装部，使得加载区域经常布置在上部(油槽的液位的上方)，并且认为在上部缺乏润滑油成为滞塞的原因。因此，油槽中的润滑油由润滑油池保持，并且根据保持器的旋转，允许从润滑油池流出的润滑油滴在沿旋转方向从润滑油池向后布置的滚动元件上，因此将润滑油供应到布置在加载区域的滚动元件，因此解决该问题。
该保持器例如为销式保持器。销式保持器适于接受大载荷的情况，并且包括沿轴向以预定间隔布置的一对圈，和在两个圈之间延伸的多个销，并且润滑油池形成在该对圈中的一个或两个。作为采用销式保持器的轴承，有例如锥形滚子轴承(其中两个圈直径不同)。除了锥形滚子轴承外，可以使用自动调心滚子轴承(其中两个圈直径不同)和圆筒形滚子轴承(其中两个圈具有相同直径)。
保持器不限于销式保持器，而可以是一体式保持器，并且可以为其它各种类型。材料(无论是树脂还是金属)、加工方法等不受限制。一体式保持器例如通过压制或锻造而形成，并且包括至少一个环形部分和多个柱状部分，所述多个柱状部分沿环形部分的周向以预定间隔设置以形成凹处，并且润滑油池形成在至少一个环形部分中。作为具有一体式保持器的轴承，有例如锥形滚子轴承、自动调心滚子轴承、和圆筒形滚子轴承，并且除了这些轴承之外还可以使用深沟球轴承、角接触球轴承等。
滚动轴承可以为单排类型或双排类型，并且可以为三排或更多排类型。此外，两个轴承可以布置成彼此接触，或者可以以预定间隔布置。在双排或更多排轴承中，可以以面对面关系或背对背关系使用轴承。
润滑油池例如通过在保持器中形成孔(底部封闭的孔)而形成。通常，保持器包括从滚动元件轴向向外布置的圈或环形部分，并且用作润滑油池的孔形成在该圈或环形部分的轴向内面或径向内面中。孔的数量和孔的位置不受限制。此外，孔可以为圆孔或细长孔。为便于孔的形成，可以改变保持器的形状，并且用于便于孔的形成的表面可通过倒角或其它方式形成在保持器的一部分处。通常，在形成孔的情况下，孔垂直于表面，但孔不限于这种情况，其可以相对于该表面倾斜。在使孔倾斜的情况下，保持器的表面可以相对于竖直平面倾斜而孔的方向可以是水平的，或者保持器的表面可以相对于竖直平面倾斜而孔的方向可以相对于保持器的表面并且也相对于水平面倾斜。此外，其可以相对于旋转方向倾斜。通过使孔相对于旋转方向倾斜，可以减小在旋转初始阶段润滑油的流出量，并且可提高在轴承的上部处的润滑能力。
润滑油池可以通过将容器状构件固定到保持器而形成。优选地，容器状构件可以通过焊接后安装在已经存在的保持器上。在形成孔的情况下，孔的开口的方向受限制，而在焊接容器状构件的情况下，容器状构件的开口的方向可以根据润滑油要被供应到其上的位置而容易设定。例如，开口的方向可以相对于旋转方向倾斜，并且此外，开口可以在最下部精确向上指向，并且开口也可以在最上部精确向下指向，其不能通过孔的形成来实现。并且此外，润滑油池可以容易地后安装在已经安装的轴承的保持器上。
风力涡轮发电机的主轴在其一个端部布置有大且重的旋转叶片，并且因此以悬臂状态布置，并且存在在旋转叶片的很低速的旋转期间用于实现强制进给注油的泵停止的情况。在用于支撑该主轴的轴承中，优选使用上述保持器。用于风力发电的这种轴承包括外圈、内圈、多个滚动元件和保持多个滚动元件的保持器，并且该轴承支撑主轴，主轴在其一个端部设有用于风力发电的旋转叶片，该保持器是上述保持器中的任何一种。
本发明的优点
在本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承中，油槽中的润滑油保持在润滑油池中，并且允许在轴承的上部滴下。因此，增强了润滑能力，以及在例如通过油槽润滑和强制进给注油泵的组合润滑的滚动轴承中，即使强制进给注油泵停止也可以保证在很低速度下的润滑，并且可以防止润滑不足。
【附图说明】
图1是竖直剖视图，示出风力发电设备的大致构造，在该风力发电设备中适于使用本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承。
图2是纵向剖视图，示出本发明的滚动轴承保持器和作为设有该保持器的用于风力发电的轴承的一个例子的锥形滚子轴承。
图3是示意性地示出在本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承中润滑油供应的原理的视图。
图4是示出本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承的第一实施例的视图，并且(a)是重要部分的纵向剖视图，而(b)是当从轴向内侧看时的重要部分的视图。
图5(a)和(b)是重要部分的纵向剖视图，示出本发明的滚动轴承保持器和设有相应保持器的用于风力发电的轴承的第二实施例。
图6是示出本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承的第三实施例的视图，并且(a)是重要部分的纵向剖视图，而(b)是当从轴向内侧看时重要部分的视图。
图7是重要部分的纵向剖视图，示出本发明的滚动轴承保持器和设置有这种保持器的用于风力发电的轴承的第四实施例。
图8是重要部分的纵向剖视图，示出本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承的第五实施例。
图9(a)和(b)是重要部分的纵向剖视图，示出本发明的滚动轴承保持器和设有相应保持器的用于风力发电的轴承的第六实施例。
图10(a)和(b)是重要部分的纵向剖视图，示出本发明的滚动轴承保持器和设有相应保持器的用于风力发电的轴承的第七实施例。
图11是示出本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承的第八实施例的视图，并且(a)是当从轴向内侧看时重要部分的视图，而(b)是沿线b-b截取的剖视图。
图12是示出本发明的滚动轴承保持器和设有该保持器的用于风力发电的轴承的第九实施例的视图，并且(a)是重要部分的纵向剖视图，而(b)是当从轴向内侧看时重要部分的视图。
【具体实施方式】
下面将参考附图描述本发明的实施例。在以下描述中，“右和左”意谓着图2中的“右和左”。
图1示出风力发电设备的大致构造，该风力发电设备是使用本发明的滚动轴承保持器的一个例子。图2到4示出本发明的滚动轴承保持器的第一实施例。
风力发电设备1包括：以水平可旋转的方式支撑在支撑基座2上的外壳3；主轴4，该主轴在其远端具有旋转叶片5并且被支撑以便绕水平轴线旋转；支撑该主轴4的一对滚动轴承6；安装在外壳3内的发电机7；和增速装置8，该增速装置将主轴4和发电机7的输入轴连接在一起。
用来保持润滑油的油槽(未示出)布置在支撑滚动轴承6的轴承外壳部分3a，并且滚动轴承6受到油槽润滑，并且也适于通过泵(未示出)被强制供应有油。
一对锥形滚子轴承用作滚动轴承6，并且如图2中示出的，每一个锥形滚子轴承6包括：用于安装在外壳3上的外圈11；用于安装在主轴4上的内圈12；布置在两个圈11和12之间的多个锥形滚子13；和保持所述多个锥形滚子13的销式保持器14。
在风力发电设备1中使用的锥形滚子轴承6受到油槽润滑，其中，润滑油存储在油槽中，例如，达到如图2中的点划线指示的内圈12的外径的最低位置的略微上方的液位。风力发电设备1的主轴4在其左端部设有大且重的旋转叶片5，并且因此以悬臂状态设置，向上指向的力作用在布置在其右端部的滚动轴承6上。因此，滚动轴承6的加载区域不布置在正下部(最下部)，而是布置在油槽润滑的润滑油液位上方，并且虽然滚动轴承6的上部承受大的载荷，但在那里可以不供应润滑油。
保持肋12b以及锥形背面肋12c设置在内圈12处，该保持肋形成在锥形滚道表面12a的左端部以限制锥形滚子13的轴向运动，该锥形背面肋12c形成在滚道表面的右端部以限制锥形滚子13的轴向运动。
外圈11具有锥形滚道表面11a，并且该锥形滚道表面11a的右端面从内圈12的右端面向左(轴向向内)偏移，并且该锥形滚道表面11a的左端面从内圈3的左端面向左(轴向向外)偏移。
销式保持器14包括沿轴向以预定间隔布置的较大直径圈(较大直径环形部分)21和较小直径圈(较小直径环形部分)22，和在两个圈21、22之间延伸的多个销23。对于每一个销23和圈21、22，螺纹固定设置在较大直径圈(21)侧，并且焊接固定设置在较小直径圈(22)侧，在该螺纹固定中，形成在销23的端部上的外螺纹拧入内螺纹中，在该焊接固定中，销23的端部插入形成在圈22中的装配孔中并且焊接到该装配孔。每一个圈21、22和销23由合金钢制成，并且圈21、22不经受热处理，且销23被硬化或由高硬度材料(该高硬度材料通常被硬化)制成。
如图4(a)和(b)中示出的，为了可以克服在滚动轴承6(其中加载区域不布置在正下部)或滚动轴承6(其中加载区域布置在正下部，但加载区域是宽的)处容易发生的润滑油供应不足，润滑油池24形成在销式保持器14的较大直径圈21的轴向内表面中。虽然在传统的情况中，润滑油池设置成与锥形滚子13部分邻接，但这里，每一个润滑油池24设置在锥形滚子13和锥形滚子13之间从而不与锥形滚子13邻接。通过在通过锻造等获得的较大直径圈21中形成在横截面为圆形的底部封闭的孔，可以获得润滑油池24。在图4中，虽然润滑油池24设置在较大直径圈21的径向外部且在其轴向内侧，但润滑油池24可沿较大直径圈21的径向设置在任何任意位置，并且也可设置在较大直径圈21的轴向外侧。虽然润滑油池24的底部形状可以为如图中示出的锥形，但其可以为平坦形状。
图3示意性地示出根据较大直径圈21的一个回转由润滑油池24供应润滑油的原理。在该图中，假定较大直径圈21逆时针旋转，并且分别通过A和B指定的润滑油池位于油槽中且充满润滑油。润滑油由于其自重而从移动离开油槽的润滑油池C和D流出。结果，允许润滑油滴在沿旋转方向相应从润滑油池C和D向后布置的锥形滚子13c、13d上。在该状态下，取决于润滑油的粘度、润滑油池24的形状及其开口的方向，一定量的润滑油留在润滑油池24中，并且此后该旋转进一步进行，当润滑油池相应到达位置E和F时，润滑油池24变得基本上倒空润滑油。这样，通过润滑油池C、D和E，润滑油滴在锥形滚子13c到13e上。
如从上述原理将理解，润滑油池24的位置、数量和形状可以以各种方式改变，并且保持器14和/或内圈12的形状可根据润滑油池24的位置和形状而改变。
例如，润滑油池可以不形成在较大直径圈21的轴向内面中而是形成在较大直径圈21的径向内面中，并且在这种情况下润滑油池25可以形成在较大直径圈21的圆筒形径向内面中，以如图5(a)所示从其径向内侧延伸，或者锥形形状的倒角部分21a可形成在较大直径圈21的径向内面上，并且润滑油池26可以与该倒角部分以垂直关系形成在该倒角部分中，如图5b中示出。
此外，润滑油池的形状不限于在横截面为圆形，并且润滑油池27可形成为沿径向伸长的细长孔，如图6中示出。
此外，如图7中示出的，润滑油池27的形状可以改变，并且较大直径圈28的形状也可改变。在图7中，较大直径圈28具有用作轴向内面的锥形表面28a和用作轴向外面的竖直表面28b，并且轴向外面形成竖直表面28b，而轴向外面传统地为基本上平行于轴向内部锥形表面28a的锥形表面，并且通过这样，径向外部变厚，并且因此润滑油池29的深度增加(润滑油保持能力增加)。
此外，内圈12的形状可以如图8中所示部分地改变。在图8中，如图5a中示出的情况那样，通过从较大直径圈21的径向内侧在较大直径圈21的圆筒形径向内面中形成孔来形成润滑油池25，并且润滑油池的开口暴露于内圈12的锥形背面肋12c的外周表面。锥形表面30形成在该外周表面上，该锥形表面用来使滴在内圈12的锥形背面肋12c的外周表面上的润滑油朝向锥形滚子13的较大端面13a移动。滞塞最容易发生在内圈12的锥形背面肋12c和锥形滚子13的较大端面13a之间的接触表面，而内圈12的锥形表面30有助于使润滑油供应到该部分，因此提高抗滞塞性。
此外，从形成孔的观点看，更容易以与该表面垂直的关系形成孔，并且因此润滑油池设置表面可以以预定角度形成在较大直径圈21的轴向内面上，以便调节润滑油池的开口的方向。例如，在图9(a)中，润滑油池设置表面21b是竖直表面，以与润滑油池设置表面21b垂直的关系在该润滑油池设置表面21b中形成孔，通过这样做，形成水平地敞开的润滑油池31。在图9b中，润滑油池设置表面21c是比图9(a)的竖直的润滑油池设置表面21b沿反方向更加倾斜的锥形表面，并且孔以与润滑油池设置表面21c垂直的关体系形成在该润滑油池设置表面21c中，通过这样做，形成沿水平面上方的方向敞开的润滑油池32。
该加工不限于形成与该表面成垂直关系的孔，如图10(a)中所示，可形成水平敞开的润滑油池33而不加工较大直径圈21的轴向内面，并且如图10(b)中示出的，可形成在位于水平面上方的方向上敞开的润滑油池34而不加工较大直径圈21的轴向内面。
此外，在使用较大直径圈21的轴向内面作为参照物，润滑油池的开口倾斜的情况下，润滑油池35的开口可以如图11(a)和(b)中所示相对于旋转方向倾斜，而不是呈现如图10中所示的倾斜。通过这样做，在旋转期间，润滑油可以更好地保持在润滑油池35中。
在图4到图11中示出的实施例中，虽然润滑油池24、25、26、27、29、31、32、33、34是通过在较大直径圈21、28中形成孔来形成，但该配置不限于此。即，通过将每一个用作润滑油池的容器状构件一体地连接(例如，通过焊接)到已知的较大直径圈，可形成润滑油池。其例子在图12中示出。在图12中，润滑油池41固定到较大直径圈21的径向外面，每一个润滑油池41包括类似于图4中示出的润滑油池24的大体正方形形状的轴向向内敞开的容器状构件的。图3中示出的润滑效果也可以通过均包括容器状构件的润滑油池41获得。并且此外，在使用容器状构件的情况下，消除了由于孔的形成的限制(即，开口的方向受较大直径圈的形状限制，在厚度较小时难以保证强度，并且孔的形成需要大量时间和劳动)，并且甚至在由压制钢板制成的保持器的情况下，也可以容易地添加润滑油池。
顺便提及，在上述实施例中，虽然已经使用单排锥形滚子轴承6作为例子进行了描述，但其中设置上述润滑油池24、25、26、27、29、31、32、33、34、41的轴承可以是双排锥形滚子轴承，并且该描述可应用于采用类似销式保持器的自动调心滚子轴承和圆筒形滚子轴承。此外，虽然在图中未示出，但保持器14不限于销式保持器。各种保持器具有至少一个环形部分，并且该环形部分被看作等同于上述较大直径圈21、28的构造，并且上述24、25、26、27、29、31、32、33、34、41设置在该环形部分上，并且通过这样做，各种保持器可以改变到能够改善润滑不足的保持器。