旋转轴承和风车的旋转部支承装置 相关申请
本申请要求申请日为 2009 年 7 月 27 日、 申请号为日本特愿 2009-174261 号申请 的优先权， 通过参照其整体作为构成本申请的一部分的内容而引用。
技术领域 本发明涉及比如在风力发电装置的偏角、 叶片用的旋转部、 甲板起重机等中作为 旋转座使用的旋转轴承和风车的旋转部支承装置。
背景技术 风力发电用的风车 ( 风力发电装置 ) 的偏角、 叶片用的旋转部等所采用的旋转轴 承正在投入实用。 在风力发电装置中， 对应于风的状态， 必须随时改变叶片的角度和导流罩 的朝向。由此， 叶片和导流罩分别通过旋转轴承， 以可旋转的方式被支承， 通过图示以外的 驱动机构而使其旋转。
作为旋转轴承的保持器形式， 具有填隙片形式， 即滚动体分离器形式 ( 专利文献 1) 或保持器形式。用于风车等的旋转轴承承受轴向荷载、 以及径向荷载、 弯矩荷载。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 日本实开平 1-174626 号公报
发明内容 如果轴向荷载、 弯矩荷载作用于风车所使用的旋转轴承上， 则各滚动体的接触角 不同， 每个滚动体的公转速度变化。 在采用上述填隙片时， 在位于滚动体和填隙片之间的圆 周方向的间隙堵塞时， 在滚动体和填隙片之间产生干涉力。
由于对于填隙片来说， 针对每个滚珠尺寸而确定其尺寸， 故并不局限于滚珠 PCD， 而兼用于各种轴承尺寸。由此， 可抑制模具费用等的附带经费。在过去， 用于建筑机械、 吊 车的旋转轴承的保持器形式为树脂制的填隙片形式。
发电容量在 1MW 以上的大型的风力发电装置的偏角、 叶片用的旋转轴承所采用的 滚珠尺寸多采用大大超过滚珠直径 30mm 的尺寸。在采用用于超过直径 30mm 这样的滚珠的 树脂填隙片中， 由于其为壁厚件， 故在注射成形时， 在该树脂填隙片的内部、 表面上容易产 生空隙。
在这里， 列举树脂填隙片的优缺点 ：
优点 ：
(1) 可兼用作不局限于滚珠 PCD 的树脂填隙片 ；
(2) 质量小 ；
(3) 价格低。
缺点 ：
(1) 空隙造成强度不足 ；
(2) 相对保持器形式， 滚珠的离合集散容易。
一般人们会考虑通过减薄壁等方式应对空隙的方法， 但是如果考虑强度方面， 则 无法称之为上策。
本发明的目的在于提供一种旋转轴承和风车的旋转部支承装置， 其中， 可抑制模 具费用等的附带经费， 可解决空隙造成的强度不足。
用于解决课题的技术方案
本发明的旋转轴承为下述的旋转轴承， 其中， 分别在内圈和外圈上形成轨道槽， 在 该内外圈的轨道槽之间设置多个滚珠和夹设于这些滚珠之间的填隙片， 该旋转轴承为 4 点 接触滚珠轴承， 其中， 按照滚珠与内外圈的轨道槽的内面 4 点接触的形状而形成上述各轨 道槽的截面形状， 上述填隙片由树脂材料形成， 在温度为 270℃时， 该树脂材料的熔融粘度 在 1000Pa·s ～ 2000Pa·s 的范围内。
按照该方案， 由于填隙片的树脂材料的熔融粘度为 1000Pa· s( 温度 270℃ ) 以上， 故即使在填隙片为厚壁的情况下， 仍可抑制该填隙片的内部或表面的空隙的发生。 由此， 可 防止填隙片的强度不足于未然。 对于该填隙片， 由于针对每个滚珠尺寸而确定尺寸， 故并不 局限于滚珠 PCD， 而可兼用于各种的轴承尺寸。 由此， 可抑制模具费用等的附带经费。 于是， 可谋求旋转轴承的制造成本的降低。另外， 由于为滚珠 4 点接触于内外圈的轨道槽的内面 上的 4 点接触滚珠轴承， 故可施加两个方向的轴向荷载。
也可使上述填隙片的两侧的滚珠接触面呈伴随向中心部的移动而深陷的凹面形 状， 对该填隙片进行注射成形的模具的浇口位置设置于上述凹面形状的底部。 比如， 如果将 模具的浇口位置设置于填隙片的外径部， 则空隙的发生率高， 而且具有填隙片的圆周方向 ( 轴承组装后的状态 ) 的强度发生偏移的情况。 相对该情况， 如果将模具的浇口位置设置于 上述凹面形状的底部， 则谋求空隙的发生率的降低， 可在今后防止填隙片的圆周方向的强 度发生偏移。 也可使上述填隙片的两侧的滚珠接触面呈伴随向中心部的移动而深陷的凹面 形状， 在该凹陷部的中心部设置比该凹部进一步凹陷的凹部， 对该填隙片注射成形的模具 的浇口位置设置于上述凹部。
上述填隙片的树脂材料也可为 PA6。 “PA6” 指使己内酰胺开环缩聚反应而得到的 聚酰胺， 也称为 “尼龙 6” 。
上述滚珠的直径还可在 30mm ～ 80mm 的范围内。在用于这样的直径尺寸的滚珠 的填隙片的场合， 与用于直径不足 30mm 的滚珠的填隙片相比较， 形成厚壁件。即使为构成 这样的厚壁件的填隙片的情况下， 由于填隙片的树脂材料的熔融粘度在 1000Pa·s( 温度 270℃ ) 以上， 故可抑制填隙片的内部、 表面的空隙的发生， 填隙片的强度不足。
本发明的旋转轴承获得了上述的各作用效果， 所以可合适用于 ： 将风车的叶片按 照可围绕与主轴轴心基本相垂直的轴心而旋转的方式支承于主轴上， 或将风车的导流罩按 照可旋转的方式支承于支承座上。
另外， 本发明的风车的旋转部支承装置通过上述旋转轴承， 将风车的叶片按照可 围绕与主轴轴心基本相垂直的轴承而旋转的方式支承于主轴上。按照该方案， 可使风车的 叶片按照围绕与主轴轴心基本相垂直的轴心的方式旋转， 可控制在对应于风的状态的最佳 的旋转速度。此外， 本发明的风车的旋转部支承装置通过上述旋转轴承， 将风车的导流罩旋转 的方式支承于支承座上。按照该方案， 可对应于风的状态， 随时改变导流罩的朝向。 附图说明 根据参照了附图的下面的优选实施形式的说明， 会更清楚地理解本发明。但实施 形式和附图用于单纯的图示和说明， 不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要 求书确定。在附图中， 多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。
图 1 为本发明的第 1 实施方式的旋转轴承的剖视图 ；
图 2(A) 为该旋转轴承的一部分剖开的主要部分的俯视图， 图 2(B) 为沿图 2(A) 中 的 IIB-IIB 线的剖视图 ；
图 3 为表示该旋转轴承的填隙片和滚珠之间的关系的图 ；
图 4 为该填隙片的滚珠接触面的放大剖视图 ；
图 5 为该填隙片的模具的外观结构剖视图 ；
图 6 为说明该填隙片的压坏试验方法用的剖视图 ；
图 7 为表示浇口位置和熔融粘度与压坏荷载的关系的图 ；
图 8 为本发明的第 2 实施方式的填隙片的滚珠接触面的放大剖视图 ； 图 9 为将风力发电装置的一个例子的一部分去掉而表示的立体图 ； 图 10 为该风力发电装置的剖面侧视图。具体实施方式
根据图 1 ～图 7， 对本发明的第 1 实施方式进行说明。该旋转轴承比如， 用于按照 可围绕基本与主轴轴心相垂直的轴心而旋转的方式将风力发电用风车的叶片支承于主轴 上的轴承， 或用作将风车的导流罩以可旋转的方式支承于支持座上的轴承。
如图 1 所示， 旋转轴承包括 ： 内圈 1 ； 外圈 2 ； 分别以可滚动的方式夹设于该内外圈 1、 2 的多排轨道槽 1a、 1b、 2a、 2b 之间的各排的多排滚珠 3 ； 夹设于各排滚珠 3 之间的填隙片 4。内外圈 1、 2 的轨道槽 1a、 1b、 2a、 2b 均由两个曲面 1aa、 1ab、 1ba、 1bb、 2aa、 2ab、 2ba、 2bb 构成。
构成各轨道槽 1a、 1b、 2a、 2b 的两个曲面分别呈其曲率半径大于滚珠 3， 其曲率中 心相互不同的哥特式尖拱状的截面圆弧状。构成各轨道槽 1a、 1b、 2a、 2b 的一对曲面之间为 槽部 1ac、 1bc、 2ac、 2bc。各滚珠 3 通过触点与内圈轨道槽 1a、 1b 和外圈轨道圈 2a、 2b 的各 曲面接触， 进行 4 点接触。滚珠直径比如在 30mm ～ 80mm 的范围内。该旋转轴承作为 4 点 接触多排滚珠轴承而构成。
在外圈 2 的端面上， 比如沿圆周方向按照一定间隔而设置形成有内螺纹的多个螺 栓孔 5， 在外圈 2 的外周面上设置齿轮 6。齿轮 6 为将旋转驱动力从图中未示出的驱动源传 递到外圈 2 的机构。多个滚珠孔 5 为比如将外圈 2 连接固定于支承座等上的孔。内圈 1 包 括： 轨道圈主体 7 ； 嵌入该轨道圈主体 7 的插入孔 9、 9( 后述 ) 中的栓 8、 8， 另外还具有连接 件 10 与环状密封部件 11。轨道圈主体 7 和图 1 的上下的栓 8、 8 同心地设置， 以内径和外径 相互相等的尺寸形成。 在轨道圈主体 7 上形成多排轨道槽 1a、 1b， 栓 8、 8 的外径面形成各排 的轨道槽 1a、 1b 的圆周方向的一部分。该内圈 1 的轨道槽 1a、 1b 之间的距离与外圈 2 的轨道槽 2a、 2b 之间的距离按照在设计上相同的尺寸而设定。
如图 1 和图 2(A)、 图 2(B) 所示， 在轨道圈主体 7 上， 在轨道槽 1a、 1b 之间、 以及轨 道槽 2a、 2b 之间设置插入滚珠 3 和填隙片 4 用的插入孔 9、 9。插入孔 9、 9 分别按照沿轴承 径向贯通的方式设置于轨道圈主体 7 上。各贯通孔 9 呈圆筒状形状 ( 参照图 2(B))。另外， 插入孔 9、 9 如图 2(A) 所示， 设置于沿周向接近的位置， 即相位角度 α 比如， 在 4 ～ 5 度的 范围内的位置。但是相位角度 α 并不限制在 4 ～ 5 度的范围内。在轨道圈主体 7 上， 设置 嵌入各插入孔 9 的栓 8。该栓 8 通过连接件 10 固定于轨道圈主体 7 上。上述连接件 10 采 用锥状销。在轨道圈主体 7 和栓 8 上， 对应于各贯通孔 9 的周向位置形成连接用孔 7a、 8a， 在该连接用孔 7a、 8a 中， 以压配合状态沿轴向而插入上述锥状销， 由此， 轨道圈主体 7 和栓 8 同心地设置而组装。
在栓 8 中的连接用孔 8a 的内径侧位置的外周面上形成环状槽 8b。在环状槽 8b 中 嵌入环状的密封部件 11， 使栓 8 相对轨道圈主体 7 的插入孔 9 的密封性提高。上述环状的 密封部件 11 由密封环等的橡胶或树脂制的弹性体构成。在内外圈 1、 2 的轴承空间中填充 油脂， 该轴承空间的轴向的两端通过图示以外的密封部件等密封。
对填隙片 4 进行说明。填隙片 4 由比如 PA6 等的树脂材料构成。树脂材料采用 在温度为 270 ℃时熔融粘度在 1000Pa·s ～ 2000Pa·s 的范围内的材料。树脂材料并不 限于 PA6， 也可采用 PA66、 PA46， 另外， 只要是在温度为 270 ℃时熔融粘度在 1000Pa·s ～ 2000Pa·s 的范围内的树脂材料即可。
如图 3 所示， 该填隙片 4 的两侧的滚珠接触面 4a、 4a 呈凹面形状， 其构成伴随向中 心部的移动而深凹的球面。 在该凹面形状的凹陷的中心部设置相对上述凹陷而进一步凹陷 的凹部 4h， 如图 5 所示， 形成该填隙片 4 的注射成形用模具 12 的浇口位置 P1 设置于上述凹 部 4h。换言之， 在一侧的滚珠接触面 4a 的底部设置浇口位置 P1。
如图 3、 图 4 所示， 填隙片 4 的两侧的滚珠接触面 4a、 4a 呈半径稍大于滚珠 3 的滚 珠半径 R 的单一的球面形状， 该滚珠 3 在图 3 中由虚线表示。如图 3 所示， 包含上述滚珠接 触面 4a 的球面由实线 “R1” 表示。另外， 滚珠接触面 4a 如后述， 不限于球面形状。
如图 5 所示， 上述模具 12 具有顶模 13 与底模 14。在顶模 13 与底模 14 处于模具 扣合的状态形成腔 15。在顶模 13 上设置浇口 G， 该浇口 G 开口于腔 15 的位置为上述浇口 位置 P1。从图示之外的注射成形机向腔 15 内填充加热熔融的上述树脂材料， 控制在规定 压力进行冷却。然后， 打开模， 将作为成形品的填隙片 4 从模具 12 突出。另外， 也可在模具 12 中形成多个腔 15， 同时对多个填隙片 4 成形。
(1) 填隙片的强度比较
为了确认浇口位置的强度差、 熔融粘度的强度差， 实施填隙片的压坏试验。图 6 为 用于说明填隙片的压坏试验方法的剖视图， 图 7 为表示浇口位置和熔融粘度， 与压坏荷载 的关系的图。
试验对象的填隙片
为本申请的熔融粘度高的材料 ( 比如， 温度为 270℃时的熔融粘度在 1110Pa· s)， 并且浇口位置设置于凹部的类型 ；
比较例 (1) 的熔融粘度低的材料 ( 比如， 温度为 270℃时的熔融粘度在 490Pa· s)， 并且浇口位置设置于凹部的类型 ；比较例 (2) 的熔融粘度低的材料 ( 比如， 温度为 270℃时的熔融粘度在 490Pa· s)， 并且浇口位置设置于填隙片的外径部的类型 ；
如图 6 所示， 该试验机包括 ： 支承座 16 ； 筒状部件 17 ； 按压部件 18。支承座 16 包 括具有可支承钢球 19 的凹面状的座面 16aa 的圆柱状的支承座主体 16a。从该支承座主体 16a 的外周到径向外方附设法兰部 16b， 装载支承该法兰部 16b 和支承座主体 16a。上述筒 状部件 17 嵌合于支承座主体 16a 的外周， 并且通过多个螺栓 20 而连接于法兰部 16b。上 述筒状部件 17 的内径按照比构成试验对象的填隙片和钢球 19 大规定尺寸的直径形成。于 是， 可在筒状部件 17 的内部插入填隙片和钢球 19。
按压部件 18 由包括按压钢球 19 的凹面状的按压面 18aa 的圆柱状的按压部件主 体 18a 和法兰部 18b 构成。在筒状部件 17 的内部， 经由支承于座面 16aa 上的一个钢球 19 依次插入构成试验对象的填隙片、 一个钢球 19。 此时， 填隙片的两侧的滚珠接触面 4a、 4a 分 别与上下的钢球 19、 19 接触。按压部件主体 18a 以可滑动的方式插入筒状部件 17 的顶端 侧的内部， 通过按压面 18aa， 按压上侧的钢球 19。于是， 可按照规定速度， 对填隙片施加规 定荷载， 测定压坏荷载。在本压坏试验方法中， 在填隙片上， 按照 1.6kN/sec 的速度， 经由钢 球 19 施加荷载， 测定压坏荷载。但是， 最大荷载达到 196kN。 按照本压坏试验而确认， 比较例 (2) 的填隙片全部通过 70 ～ 80kN 左右的低荷载 而压坏， 比较例 (1) 的填隙片通过低荷载而压坏。相对该情况而均没有确认到本申请的填 隙片 4 在最大荷载 196kN 下被压坏。
(2) 填隙片的空隙发生率
针对熔融粘度不同的两种材料， 比较验证空隙发生率。 其它的成形条件完全统一。
在熔融粘度低的材料 ( 比如， 温度为 270℃时的熔融粘度 490Pa·s) 的场合 ： 填隙 片 400 个中有 13 个发生空隙。
熔融粘度高的材料 ( 比如， 温度为 270℃的熔融粘度 1110Pa·s) 的场合 ： 填隙片 400 个中发生空隙的填隙片为 0 个。
按照以上描述的旋转轴承， 由于树脂材料为熔融粘度 1000Pa·s( 温度 270℃ ) 以 上的填隙片 4， 故可抑制该填隙片 4 的空隙的发生。 由此， 可未然防止填隙片 4 的强度不足。 对于该填隙片 4， 针对每个滚珠尺寸确定尺寸， 所以， 并不限于滚珠 PCD 即滚珠节圆直径， 而 可兼用于各种轴承尺寸。由此， 可抑制模具费用等的附带经费。于是， 可谋求旋转轴承的制 造成本的降低。
由于将模具 12 的浇口位置 P1 设置于上述凹部 4h， 故谋求填隙片 4 的内部或表面 的空隙的发生率的降低， 可未然防止填隙片 4 的圆周方向的强度发生偏移。在该旋转轴承 中， 滚珠 3 的直径为 40mm 以上。在用于这样的直径尺寸的滚珠 3 的填隙片 4 的场合， 构成 比直径不足 40mm 的滚珠使用的填隙片 4 大的壁厚件。即使为这样的厚壁件的填隙片 4 的 情况下， 由于填隙片 4 的树脂材料的熔融粘度为 1000Pa· s( 温度 270℃ ) 以上， 故可抑制填 隙片 4 的内部或表面的空隙的发生， 防止填隙片 4 的强度不足。
在该旋转轴承中的内圈 1 具有轨道圈主体 7， 在轨道圈 1a、 1b 之间， 在轨道槽 2a、 2b 之间供滚珠 3 和填隙片 4 插入的插入孔 9、 9 按照沿轴承径向贯通的方式设置于上述轨道 圈主体 7 上。 另外， 通过连接件 10 将嵌入插入孔 9、 9 中的栓 8、 8 固定， 该栓 8、 8 构成轨道槽 1a、 1b 的一部分。按照该方案， 在轴承的组装之前， 在将栓 8 暂时固定于轨道圈主体 7 的插
入孔 9 中的状态， 形成上述轨道槽 1a、 1b。然后， 使栓 8 与该插入孔 9 脱离开。在轴承的组 装时， 在将必要数量的滚珠 3 和填隙片 4 从轨道圈主体 7 的插入孔 9 中插入， 然后， 通过栓 8 填埋而固定上述插入孔 9。像这样， 可简单地进行轴承的组装。另外， 对于各栓 8 的轨道槽 形成部分， 由于未进行热处理的所谓的未淬火， 故形成有轨道圈主体 7 中的至少插入孔 9、 9 的周向位置处于未过于施加荷载的设置状态， 由此优选。在本例子中， 由于插入孔 9、 9 如图 2(A) 所示， 设置于沿周向接近的位置， 故可使轨道圈主体 7 处于所希望的设置状态。于是， 可进一步延长轴承寿命。
通过图 8， 对本发明的第 2 实施方式的旋转轴承的填隙片进行说明。像该图所示， 填隙片 4 的两侧的滚珠接触面 4a、 4a 也可为接触面内径面 4aa 和接触面外径面 4ab 连接复 合曲面形状， 其中， 由构成中心曲率和曲率中心不同的圆弧旋转一圈的轨迹的旋转体形状 的曲面构成。
具体来说， 接触面内径部 4aa 作为滚珠接触部， 呈具有其直径基本等于滚珠半径 R( 参照图 3) 的球面部的形状。填隙片 4 的两侧的滚珠接触面 4a、 4a 也可呈由中心角度相 互不同的圆锥面构成的接触面内径部和接触面外径面连接的复合圆锥面形状， 或单一的圆 锥面形状， 以便代替上述那样的复合曲面形状。另外， 两侧的滚珠接触面 4a、 4a 呈由曲率中 心不同的两个圆弧构成的哥特式尖拱状的截面形状。 对风车的旋转部支承装置进行说明。
图 9 和图 10 表示风力发电用的风车的一个例子。在该风车 21 中， 导流罩 23 以可 水平旋转的方式设置于支承座 22 上， 主轴 25 以可旋转的方式支承于该导流罩 23 的外壳 24 的内部， 在突出于该主轴 25 的外壳 24 之外的一端， 安装作为旋转翼的叶片 26。主轴 25 的 另一端与增速机 27 连接， 增速机 27 的输出轴 28 与发电机 29 的转子轴连接。
导流罩 23 通过旋转轴承 BR1， 以可旋转的方式被支承， 该旋转轴承 BR1 采用图 1 ～ 图 4 所示的第 1 实施方式的旋转轴承。如图 9 所示， 在外壳 24 上设置多个驱动源 30， 在各 驱动源 30 上经由图中未示出的减速器固定有上述小齿轮。图 1 所示的旋转轴承的外圈 2 的齿轮 6 按照与上述小齿轮啮合的方式设置。比如， 外圈 2 通过多个螺栓孔 5 而连接固定 于支承座 22 上， 内圈 1 固定于外壳 24 上。同步地驱动多个驱动源 30， 将其旋转驱动力传递 给外圈 2。于是， 可将导流罩 23 可相对支承座 22 而旋转。
叶片 26 通过旋转轴承 BR2， 以可旋转的方式被支承。该旋转轴承 BR2 采用下述的 类型， 其中， 比如， 代替图 1 的组合式的内圈 1 而采用一体式的内圈， 并且代替设置于外圈 2 上的齿轮 6 而在上述一体式的内圈的内周面上设置齿轮。 在主轴 25 中的突出的前端部 25a 上设置旋转驱动叶片 26 的驱动源。在上述前端部 25a 上连接固定有该旋转轴承的外圈， 在 内圈的内周面上附设的齿轮与上述驱动源的小齿轮啮合。通过驱动该驱动源， 将其旋转驱 动力传递给内圈， 叶片 26 可旋转。于是， 旋转轴承 BR2 可使风车的叶片 26 相对主轴 25， 按 照可围绕基本与主轴轴心 L1 相垂直的轴心 L2 而旋转的方式支承。像这样， 可对应于风的 状态随时地改变叶片 26 的角度和导流罩 23 的朝向。
上述各实施方式的旋转轴承也可用于风力发电用以外的液压铲车、 吊车等的建筑 机械、 机床的旋转台、 炮台、 抛物面天线等。
如上所述， 参照附图， 对优选的实施形式进行了说明， 但是， 如果是本领域的技术 人员， 阅读本申请说明书后， 会在显而易见的范围内容易想到各种变更和修改方式。于是，
对于这样的变更和修改方式， 被解释为根据权利要求书而确定的发明的范围内。
标号说明
标号 1 表示内圈 ；
标号 2 表示外圈 ；
标号 1a、 1b、 2a、 2b 表示轨道槽 ；
标号 3 表示滚珠 ；
标号 4 表示填隙片 ；
标号 4h 表示凹部 ；
标号 7 表示轨道圈主体 ；
标号 8 表示栓 ；
标号 12 表示模具 ；
标号 21 表示风车 ；
标号 23 表示导流罩 ；
标号 25 表示主轴 ；
标号 26 表示叶片 ；
标号 P1 表示浇口位置。