具有圆筒形滚柱轴承的轴承.pdf

本发明涉及一种伺服驱动风轮机旋翼毂(7)桨叶中的枢轴承。它包括第一和第二轴承环(131，151)，和圆筒滚柱轴承组(11a，11b)，该轴承组具有相对桨叶轴的倾斜旋转轴布置在第一和第二环之间相对于上述轴线的径向平面上，用于连接第一环(13，131)到旋翼毂的第一装置(27)，用于连接第二环(15，151)到桨叶(5c)的第二装置(25)，沿着相对桨叶轴的横截面至少一个环被分为两个部分(131a，131b)，以方便装配和拆卸该滚柱轴承。

1、  一种尤其是用于风轮机旋翼毂桨叶的伺服执行机构的枢轴承，其中桨叶具有轴线，并且该轴承包括：
-相对于桨叶轴线(50c)在两个不同径向距离上延伸的笫一和第二轴承环(13，15，19，131，151，190)，从而围绕所述轴线相对于彼此旋转，
-至少一组具有相对于桨叶轴线(50c)倾斜的旋转轴线(i)，并相对于所述轴线，布置在位于第一和第二环之间的径向平面内的圆筒形滚柱轴承(11a，11b，110a，110b，111a，111b)，
-用于将第一环(13，131)连接到旋翼毂上的第一装置(27)，
-用于将第二环(15，151)连接到桨叶(5c)上的第二装置(25)，
-至少一个环沿着相对于桨叶轴线的横向表面分成至少两个部件(15a，15b，131a，131b)，以便于组装和/或拆卸滚柱轴承。

2、  根据权利要求1的轴承，其特征在于，在平行于桨叶轴线(50c)的方向上，该轴承包括至少两组布置在该方向上两个不同基准面上的圆筒形滚柱轴承(110a，110b，111a，111b)，且这些轴承的旋转轴线在两个基准面之间相交。

3、  根据权利要求2的轴承，其特征在于，在平行于桨叶轴线的方向上：
-相应环的两部件(15a，15b，131a，131b)之间的分离位于滚柱轴承组的两个基准面之间，
-环(15)在至少两部件中，分别在这些部件(15a，15b，131a，131b)中的一个或另一个上，具有用于两组相应滚柱轴承的第一和第二径向支撑轴肩(6b，6c)，这些轴肩中的每一个在包含桨叶轴线和在每个基准面通过所述滚柱轴承之一的横截面中，具有一个与滚柱轴承的凸起表面互补的凹入的轴承表面(60b，60c)，该第一和第二轴肩在环被分成两部件的较薄中心部(6a)处、在所述滚柱轴承组的两个基准面之间相连。
-并且另一个环(13)在滚柱轴承组(110a，110b，111a，111b)的两个基准面之间，具有一个第三中间径向轴肩(8a)，其在所述横截面中具有两个与滚柱轴承的所述凸起表面互补的凹入的轴承表面(80a，80b)，从而有利于其支撑。

4、  根据权利要求2和权利要求3的轴承，其特征在于，所述相交旋转轴线在分为至少两个部件(15a，15b，131a，131b)的所述环的厚度较薄的中间部分区域(8a)相交。

5、  根据上述任一权利要求的轴承，其特征在于，第一环和第二环分别直接连接到旋翼毂和桨叶上，或旋翼毂和桨叶中。

6、  根据上述任一权利要求的轴承，其特征在于，所述圆筒形滚柱轴承(11a，11b，110a，110b，111a，111b)在相应滚柱轴承的两个相对端之间具有一个带有恒定曲率半径的外滚柱轴承表面。

7、  根据上述任一权利要求的轴承，其特征在于，
-沿径向相对于桨叶轴线(50c)，第二环具有小于第一环内径的外径，
-所述第二环(15)为至少分为两个部件(15a，15b)的环，
-该第二环通过穿过所述环的至少两个部件的第二连接装置(25)连接到桨叶(5c)上，
-第一环(13)通过笫一连接装置(27)连接到毂上，第一连接装置(27)位于距桨叶轴线的径向距离大于距所述第二连接装置的距离的位置上，
-且两组圆筒形滚柱轴承的旋转轴线朝向第二环(15)相交。

8、  根据上述任一权利要求的轴承，其特征在于，还包括：
-另一个轴承环(15，151，13，131)，其相对于桨叶轴线径向布置在第一和第二轴承环内部或周围，该其它轴承环连接到旋翼毂(70)上，
-和连接部分(23)，其插在与所述连接部分相连的旋翼毂(70)和所述其它环和第一环(13，131或15，151)之间，并相对于桨叶轴线径向延伸，对着所述环，所述其它环和第一环在该连接部分(23)上连接在一起。

9、  根据权利要求8的轴承，其特征在于，
-所述笫一环(13，131或15，151)和其它环分别通过第一连接装置(27，49)和第三连接装置(49，27)在连接部分(51)上连接在一起，
-第一和第二连接装置(27，53)布置在一起，分别在第一环和第二环(13，131，19，190)上，相对于桨叶轴线处于不同于将所述轴线从所述第三连接装置(49，27)分离的径向距离上。

10、  根据上述权利要求8或9的轴承，其特征在于，
-旋翼毂(70)具有平行于桨叶轴线的轴线，
-并且，在平行于毂轴线的径向横截面中，所述连接部分(51)限定出与旋翼毂一体的T形延伸，且旋翼毂的杆(51a，51b)一方面容纳该连接部分与第一环(13，190)间的连接，另一方面容纳该连接部分与其它轴承环(15，131，151)之间的连接。

11、  根据权利要求1到7中任一项的轴承，其特征在于，它还包括：
-另一个轴承环(151或13)，其相对于桨叶轴线径向布置在第一和第二轴承环内部或周围，其它轴承环连接到桨叶(5c)上，和
-连接部件(23)，其插在所述桨叶和所述其它环和所述第二环(13，151)之间，并相对于桨叶轴线、对着所述其它环和第二环径向延伸，其中至少一个环连接到该连接部件(23)上，而不连接到桨叶(5c)上，然而，其通过所述连接部件与桨叶(5c)连接。

12、  根据权利要求11的轴承，其特征在于，在相对于桨叶轴线的径向平面中，所述其它环和第二环(13，151)和桨叶(5c)通过单一连接(25，43)连接在一起，至少一些同时施加在所述其它环和第二环上的应力通过单一连接(25，43)传递，因此不特定于这些环中的任一个。

13、  根据权利要求8或11任一项的轴承，其特征在于，它还包括保持元件或部分(231，700)，其通过相对于桨叶轴线至少由一个或者另一个径向被保持，机械连接到连接部件(23，800)或者旋翼毂(7，70)上，在相对于桨叶轴线的径向方向上，所述环中径向距离桨叶轴线最远的环的外部邻接一外周表面(13a)，从而当桨叶旋转时，抵抗趋向于使所述环的至少一些彼此分离和/或使所述径向距离桨叶轴线最远的环(13，131)偏移的径向应力。

14、  根据权利要求1到12中任一项的轴承，其特征在于，所述环(13，131)中径向距离桨叶轴线最远的环具有一个厚度(e1)，该厚度在朝向其最接近桨叶的端部大于朝向其最接近旋翼毂的端部，从而该环具有外周表面(13c)，外围表面(13c)带有不平行或不连续平行于桨叶轴线的发电机。

15、  一种风轮机，至少包括一个根据上述任一权利要求所述的枢轴承，该枢轴承插在所述风轮机的桨叶和其旋翼毂之间，并与所述风轮机的桨叶和旋翼毂机械相连。

具有圆筒形滚柱轴承的轴承
技术领域
本发明涉及一种具有伺服执行机构的枢轴承。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种用于风轮机旋翼毂的桨叶的轴承。
一般地，轴承可承受已经存在的很大的应力并包括；
-至少一个第一和一个第二轴承环，它们相对于桨叶轴线以两个不同径向距离延伸，并且可围绕所述轴线相对于彼此旋转安装，
-在第一环和第二环之间相对于上述轴线的径向平面中布置的至少一系列滚柱轴承，
-用于将第一环连接到旋翼毂的第一装置，
-用于将第二环连接到桨叶的第二装置。
尤其，风轮机桨叶不仅在每个桨叶轴向承受很大应力(轴向应力)，而且相对于该桨叶轴线和旋翼毂承受很大的径向应力(径向或离心应力)。
旋转速度、风轮机逐渐增加的尺寸，风施加的应力，及与桨叶角度有关的应力都需要逐渐增大的轴承强度。
在这点上，通常桨叶能够根据风向，围绕其延伸轴线枢转大约10度，从而提高效率。
在本文中，本发明一个目标是通过增强它们的抗力，尤其是径向应力，以提高轴承的机械强度，及轴承的综合性能，尤其在大型风轮机的应用中。
在提供的解决方案中，采用的滚柱轴承是均具有旋转轴线的圆筒状滚柱轴承，该轴线相对于桨叶的轴线倾斜，并在第一和第二环之间相对于浆叶轴线布置在径向平面中，这些环中的至少一个沿着相对于桨叶轴线的横向表面分成两个部件，以便于组装和/或拆卸滚柱轴承。
优选地，为了结合强度、可靠性、效率和有效生产以及维护条件，推荐在平行于桨叶轴线方向，轴承包括至少两组布置在该方向上两个不同水平面上的圆筒形滚柱轴承，且这些轴承的旋转轴线在两个水平面之间相交。
在这种情况下，基于同样的理由推荐，在平行于桨叶轴线的方向上：
-在相应环的两部分之间的分离位于滚柱轴承组的两个水平面之间，
-环在至少两部分中分别在这些部分中的一个或另一个上具有用于两个相应滚柱轴承组的第一和第二径向支撑轴肩，这些轴肩中的每一个在包含桨叶轴线和在每个水平面中通过所述滚柱轴承中的至少一个的横截面中，具有一个与滚柱轴承或滚柱凸表面互补的凹入的轴承表面，该第一和第二轴肩在所述滚柱轴承组的两个水平面之间的将环分成两部分的较薄中心部处相连，
-并且另一个环在滚柱轴承组的两个水平面之间具有一个第三中间径向轴肩，其在所述横截面中具有两个与滚柱轴承的所述凸起表面互补的凹入的轴承表面，从而有利于对它的支撑。
根据上述理由，该滚柱轴承的交叉旋转轴线在分成至少两部分的所述环厚度较小的中间部分的区域内相交。
尤其为了优化应力传递和可靠连接，轴承还优选地包括：
-嵌入在桨叶和所述其它环和第二环之间的连接部分，其相对于桨叶轴线、对着这些环径向延伸，至少一个所述环连接到连接部件而没有连接到桨叶，至少一个所述环将通过所述连接部件连接，和
-相对于桨叶轴线径向布置在第一和第二环内部或周围，并连接到桨叶上的另一个轴承环。
在这种情况下，优选地所述其它环和第二环和桨叶通过一单个连接件连接到一起，同时施加在所述其它和第二环上的至少部分应力(最好全部)通过该单个连接件。从而该连接对于任意一个环均不是特殊的。
尤其对于压力下的径向强度，也推荐通过相对于桨叶轴线至少径向固定一个或者另一个机械连接到连接部分或者旋翼毂的保持件或保持部分。这些固定装置将邻接所述坏的相对于桨叶轴线径向距离最远的外表面。
注意此解决方案涉及前述“连接部分”为一个独立部件而非一个元件或另一部件的一部分的实施例。在EP-A-158015中，图1到7示出的部件13结合至少一个“连接部分”，该连接部分相对于公共旋转轴线沿径向延伸，直到它相对与径向上距该中心轴线最远的环对置为止。
可以预想使用这样一个“连接部分”。在该情况中，推荐用于上述的外环以径向地具有这样一个厚度，在最接近叶片的末端处的厚度大于在最接近旋翼毂的末端处的厚度，结果该环具有一带有不平行或者不连续平行于桨叶轴线的发电机的外周表面。
然后，用于与所述第一环和外环连接的装置将一起布置在该连接部分上。
当根据不同特征成形时，上述两个解决方案，分别具有连接部分和连接部件，所述连接部分和连接部件紧密地连接到旋翼毂或附连于旋毂上，对于上述问题提供了相同的解决方案，以提高轴承在应力下的强度，尤其相对于该桨叶或每一个桨叶的旋转轴线的径向应力，提高风轮机的动力性，因此布置在增大的机械应力下。
通过提供一种技术上和经济上高效的解决方案，上述特征，以及下面更详细的描述，增强了相应风轮机的可靠性，及组装或拆卸的人机工程学特性。
在这点上，做出以下建议：
-桨叶应该专门安装在中间环上，从而不直接连接到外环上，
-或者至少所述其它环中的一个和第二环应该连接到不安装到桨叶上的连接部分上而，但是，通过前述连接部分连接到桨叶上。
附图说明
在附图中表示的实施例中：
-图1是关于本发明风轮机的正视图，
-图2是侧视图，
-图3是III-III横截面图，沿垂直于轴线、旋翼毂和桨叶的平面，
-图4是图3的替代简图，
-图5同一截面正视图，具有三个环和两个双组圆筒形滚柱轴承的解决方案，
-图6是优选替代的图5中三个环中之一的视图，
-图7是箭头VII指示的同一环的正视图，
-图8、9、10表示根据同一截面的，三种具有嵌在外环和桨叶之间连接部分，带有支撑的替代方案。
具体实施方式
图1和2表示包括吊塔3的风轮机1，在该吊塔3上具有绕中心毂7的水平轴线7a旋转的三个桨叶5a、5b、5c。
典型地，中心毂7自身被安装成相对于吊塔3绕竖直轴线7b旋转，从而相对于风向最佳定位。
每个桨叶，尤其在图2中的桨叶5c可以相对于旋翼毂7围绕其延伸轴线50c旋转几度到几十度，从而最佳地捕获风力。
图3显示了桨叶5c的轴线50c和旋翼毂7。
每个桨叶，如桨叶5c的优选定位角度尤其产生很大的径向应力和高弯矩。
图3所示轴承9包括两组圆筒形滚柱轴承11a、11b，它们沿布置成与轴线50c平行的两环分布，并嵌在外环13和内环15之间。
我们利用文献FR-A-2 774 315或FR-A-2 263 416中使用的术语“圆筒形滚柱轴承”。它可以称为滚针轴承。
根据它们的旋转轴线，分别为112a、112b的滚柱轴承具有在两平面端之间的长度L，其比中央的、滚柱轴承凹入的外表面顶点处的最大直径D大。该外轴承表面通常为圆形，具有如图3所示的截面。但它可有多个可调整半径。该外轴承表面的平均半径通常比直径D大10倍，甚至是20倍。
外环13由一个独立的片制成。内环15包括至少两个部分。环15a、15b沿交线4分开，该交线位于环15的最小直径(径向，内环)在平行于轴线50c的用于滚柱轴承11a、11b的第一和第二径向支撑轴肩6b、6c之间具有薄的中央部6a。
相应地，外环13在这些滚柱轴承的两个基准面之间具有第三中间径向轴肩8a。
为了支撑圆筒形滚柱轴承，在图中截面10的平面中(与其它图中所示相同的截面)，第三由肩8a和第一轴肩6b，第二轴肩6c每个都具有凹入的轴承表面；例如用于第三轴肩的80a和80b，用于第一和第二径向轴肩6b、6c的凹入的轴承表面60b、60c。
用于圆筒形滚柱轴承的轴承轨道的凹入的轴承表面是圆突形的或环形的或者也可以称为“非球面”的。
所有这些表面与两组轴承11a、11b的外凸表面是互补的。
因此，他们可方便限定在球或圆筒形滚柱轴承面上的轨迹。在图3中，与其他表示该截面的图中一样，轴承表面具有与滚柱承相接触的常数曲率，并用常数曲率可确定球部分(见80a，80b；60b，60c)。
图3中所示的两圆筒形滚柱轴承各自的旋转轴线110a和110b，可确定滚柱相对于轴线50c的永久倾斜旋转方向，旋转轴线110a和110b与内环15相对较薄的中间部6a相交，这样便于安装、拆卸和承受应力，尤其径向应力。因为内环15由多个部件组成，两旋转轴线汇聚区域112c位于相交表面4附近。在这个图和其他图中，旋转轴线共同的倾斜角度i相对于轴线50c的平行线处于15度和70度之间，优选地处于20度到45度之间。
在滚柱轴承的每一侧上，环13、15分别附连在旋翼毂7和桨叶5c上。
有头或无头螺栓27和25分别在平行于轴线50c的沿方向21离开该轴线的两个不同径向距离处提供上述连接。
每个连接装置27的螺旋夹紧棒与螺母27a配合；同样地，连接装置25的夹紧螺母25a，除了另一螺纹端25a直接与桨叶5c的根部的主体螺旋连接。
因此，螺母25b、27b可通过旋翼毂7内部空腔31接近。
图4显示了一种机械原理上不太适宜的方案，其中内环151由一个独立片构成，而外环131包括两部件131a、131b，具有在圆筒形滚柱轴承11a、11b的两个基准面之间的径向分隔131c，其旋转轴线110a、110b在环13的侧面上，基本上在所述接触表面131c的基准面上朝外部相交。
下面描述与图3有关的相应特征。
图5中，轴承包括由两个部分组成的外环131，同样由两个部件组成的内环15和中间环19，这三个环与轴线50c同轴，见图7。
由于上述同样原因，对于由多个部件组成的环13，图6为优选解决方案。
风轮机桨叶5c具有比图3和图4的情况中略大的直径。
相对于连接所述环的轴线50c的直径彼此互不相同，见图7中的d12、d13、d14。其中这些连接显示：在每个间距P中，对于每个环，具有以相同直径与桨叶或毂的连接。这个原则适合其他情况，尤其是图8和后面的图。图7中没有示出滚柱轴承。
图5中，中间环19螺旋连接到桨叶5c的根部，而两个外环15、131直接连接到与旋翼毂70紧密连接的连接部分51上，在该情况中中间环19和两个外环15、131都平行于桨叶5c的延伸轴线50c。
该连接部分51和旋翼毂70集成在一个独立部件上，旋翼毂在截面中延伸成T型，其颈部(平行于轴线50c)轴向延伸到旋翼毂本体，杆在一侧51a上容纳连接装置27的夹紧连接，并且在另一侧51b上连螺栓49的夹紧连接，因此可在一侧进入旋翼毂70的内部空腔容积310，在相反轴末端，与桨叶5c的内部容积500d相对，其中内部容积500d的内径比图3和4中的桨叶的内径稍大。
中间环19在桨叶5c的根部与连接装置53相连，与连接装置53(此例中的螺栓)相对置的连接部分51具有凹的表面510。因此每个螺纹棒的夹紧头55被封装在封闭的腔中。
圆筒形滚柱轴承被分为两组双滚柱轴承级(level)，在第一平均直径d15上，两级111a、111b轴向分开，在第二平均直径d16上，另两级110a、110b轴向分开同样的距离。
在每个直径d15或d16上，这些圆筒形滚柱轴承具有旋转轴线，其在外环15、131区域中相交，分别接近中间接触面4和131c。
图6的方案是优选的，其中尤其相同圆筒形的滚柱轴承110a，110b的旋转轴线，111a、111b均相交，更优选地两组如图所示，向着中心区域，在这种情况下，在中间接触面190c处(或附近)，中间环190的两个组成部件190a，190b结合在一起。径向外环13，151由一个独立片组成。旋转轴线的“X”形布置如图8和10中所示，优选地可从图9中看到。
在上述图6中，与旋翼毂和桨叶的连接如图5所示。但优选地旋翼毂和桨叶如图8、9、10中所示制成。
在图6中，还注意到，离桨叶轴线最远的外环13可以沿径向具有一个厚度，该厚度在朝向其最接近桨叶(见附图标记5c)的端部13a较大，如e1，而在朝向其最接近旋翼毂(见附图标记7)的端部13b，这个厚度可减小到e2。
因此，这个环13可具有一个外周面13c，发电机不平行或不连续平行于桨叶轴线。壁13c相对于桨叶轴线倾斜，如虚线所示。它由接近末端130a的一台阶或一轴肩组成，并可将厚度从e2增大到e1。这个增加的径向厚度优选至少为20％。
在图8、9和10中，中间环190的组成部件190a、190b直接连接在旋翼毂7上，并且包括一个独立片的外环13和内环151，通过连接件23连接到转子桨叶5c上。
在相对于轴线50c大致平行的方向上，连接件23保证了在这种情况中，相对于桨叶5c所述桨叶通过连接装置25直接连接在上述内环151上，而外环13不直接连接到桨叶上，因为它通过连接装置27连接到连接件23上(并非连接到桨叶上)。从而这些连接保证至少一个应力通道通过部件23对于两环13，151是公共的。
第一环13沿径向(方向21)位于桨叶之上。因此其轴向连接装置27，此例中的螺栓，在环的两相对轴向末端朝向外部，并且通过夹紧端27a或通过螺母很容易地接近。
连接装置25，位于较小直径处，包括从其夹紧端接近的螺纹杆，在该情况中，具有螺母25b，其位于旋翼毂7的内部空腔容积31的相对端。
应注意，容积31连续地通过内环151和平行于轴线50c插入到环13、151和与所述部件相接触的桨叶之间的内部中间容积沿轴向与此处所示的桨叶的内部空腔容积500c相联。
在其另一轴向末端上，螺纹杆25螺旋连接在桨叶本体中。
在这些末端之间，杆25在其非螺纹部件上，穿过第二环151和连接件23。
至于第一环190的连接装置29，其分别在两个环13，151的一个末端通向容积31(螺母29b)，在另一端(杆头部29a)通向由圆柱形内外壁限制的内腔33中，而在轴向，在一端，通过支撑头部29a的环部件190b的平面壁在另一端，通过连接部件23的凹面230。
通向33的螺栓29的夹紧端，通过将凸起35保持连接到部件190a或连接部件23旋转锁定。
因此环190连接到毂7和其夹紧端上，在该情况下，平行于轴线50c，可以从内部容积31中产生。
在图8到图10中，还应该注意到外环13的外周表面13a通过机械连接到连接部件23的保持件231相对于轴线50c至少沿径向被保持，从而当桨叶旋转或者是当风轮机操作时，抵抗趋向于使所述环的至少一部分彼此分离和/或特别地使环13偏移的径向应力F。
在这种情况中，保持部分231与连接部件23紧密地连接，固定部分231与连接部分23结合，且其延伸为一个轴肩，外周表面13a径向支撑在该轴肩上。
可替代地，可以想象，在一个简化的方案中，旋翼毂7具有设有轴肩700的径向凸起71，与上述外表面13a径向接触，朝向其最接近毂7的端部。
可选地，该轴肩700甚至可以是插在毂7和环190之间的连接部件800的一部分(图8中的虚线)，为了连接在毂中，装置29穿过该轴肩700。
在中间环190和外环13、151之间，分别设有上述圆筒形滚柱轴承组。仅能看到容纳位置。
考虑到图9中桨叶的直径最小，可提供一种布置，如图5中所示的4个滚柱轴承，否则，优选图6中可承受重载的方案。
在图9中，用于与桨叶相连的连接部件23，对着环151的内部容积150，具有实心部分233，实心部分233具有孔41，孔41离轴线50c的径向距离比上述所述距离小。这些孔的每一个穿过多个第四连接装置43中的一个，第四连接装置单独将环形连接部件23直接连接到桨叶5c上，同时外环13和第二环151分别以两个不同的径向距离而仅仅与该连接部件23连接。
这些连接装置43，在该情况中，仍然是螺栓，位于对着容积150的一侧上，并在另一侧螺纹接到桨叶的根部中。
因此，穿过两外环13，151的应力将传入连接部件23，并通过该装置43传递到桨叶5c。
在图10中，在一种情况中，桨叶的直径，尤其是桨叶5c的直径，比图8中的大，通过外环13，代替内环151，实现通过连接部件23与该桨叶的连接。
对于平行于轴线50c的连接，连接装置25和27在某些情况下可互换。
在图8到10的优选方案中，部件23和环13、151无螺纹。
具有三个同心环的解决方案优选地适于大风轮机。
可以设想所提供的全部或某些方案尤其适合大吊车。还可以设想其他的大型安装应用如隧道掘进机或具有承受大应力的大型回转装置的安装。在这样的情况中，上述“桨叶”为相应设备的第一旋转元件或单元，而“旋翼毂”为相应设备的第二旋转元件或单元，第一旋转元件或单元通过本发明的枢轴承相对于第二旋转元件/单元旋转。