專利名稱：軸承架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸承架領(lǐng)域，尤其是但不僅限于涉及風機齒輪箱的重型軸承架。
背景技術(shù)：
任何軸承選取過程的第一步都是計算軸承要承受的軸向載荷與徑向載荷。對于承 載有一個或多個齒輪的軸而言，軸承上的載荷是由在齒輪輪齒接觸點處所產(chǎn)生的力、由齒 輪和軸的重量、以及任何施加在軸上的外部載荷產(chǎn)生的。產(chǎn)生的軸承所承受的軸向力與徑向力的大小與方向可以通過采用力矩并通過力 的分解來計算，從而可以得到對于特定傳遞扭矩每個軸承的徑向載荷與軸向載荷的單個值。在兩個軸承靠近安裝為位于軸上的一個位置處的軸承對、而第三個軸承安裝成支 撐軸的另一端的例子中，可以計算得到軸承對上的載荷，但軸承對中每個軸承上的載荷分 配只能通過進一步分析來確定，因為軸和箱體的變形以及軸承的徑向內(nèi)部側(cè)隙會對載荷分 配產(chǎn)生影響。軸承選取的第二步是使用疲勞壽命標定公式來確定所需要的等效目錄載荷。用于 滾子軸承的簡單標定理論公式的形式如下其中LlO為90%的軸承能夠承受的壽命，單位為百萬轉(zhuǎn)，也就是說，LlO是少于10%的 軸承會顯現(xiàn)出疲勞損傷的跡象時的壽命，單位為百萬轉(zhuǎn)；C為給定軸承的動態(tài)等效徑向載荷標定值，也可以被稱為“目錄值”；以及P為軸承的計算得到的動態(tài)等效徑向載荷。在實際應用中，這個基本公式經(jīng)常被替換為一種更為復雜的計算，該計算可以進 行更好地估算 Ln=an.a.C/p 10/3其中Ln為(100-n) %的軸承能夠承受的壽命，單位為百萬轉(zhuǎn)，也就是說，Ln是少于 的軸承會顯現(xiàn)出疲勞損傷的跡象時的壽命，單位為百萬轉(zhuǎn)；an是將LlO壽命轉(zhuǎn)化為高于或低于的失效率所用的系數(shù)；如n = 5%時an = 0. 62，而 η = 時，an = 0. 21 ；而且根據(jù)DIN ISO 281，“a”是可包含很多其它系數(shù)的壽命系數(shù)，可能延長或縮短軸承 壽命?！癮”的值可以包括對軸承材料、溫度、轉(zhuǎn)速以及軸承運行條件(如潤滑)所作的調(diào)整。試圖用設(shè)計數(shù)據(jù)與目錄值確保能夠承受過載運行的軸承的統(tǒng)計數(shù)量。
另外，確保沒有靜態(tài)情況導致軸承失效也是非常重要的，應當相對于目錄靜態(tài)值 CO檢查最差的靜態(tài)條件。另外還有一個需要考慮的標準。軸承也可能因為載荷過低而失效，這可能導致軸 承滾動元件相對于軸以不正確的速度轉(zhuǎn)動，因而導致軸承打滑或移動。制造商會給出為防 止打滑或移動而必須保持的載荷的最小值。打滑或移動最有可能在如下應用中造成損害 軸承以超過最大推薦轉(zhuǎn)速的75%運轉(zhuǎn)；軸承的直徑較大；以及軸承在軸進行快速加速或減 速的應用中運轉(zhuǎn)。這些都是典型的風機齒輪箱高速軸上可能會發(fā)生的情況。在風機應用中，當風機在額定速度下運行的時候，風速的變化可能會導致在某些 時候傳遞扭矩為零或者負值。此時為了獲得所需最小載荷以防止滑動和移動，需要一個除 傳遞能量/運行載荷所產(chǎn)生的力之外的力。有時軸的重量或外力能夠確保獲得適當?shù)妮d 荷，但其他的時候就需要采取相應的措施。著名軸承制造商SKF推薦使用預載荷來獲得圓 錐滾子軸承的最小載荷。當軸承對軸沒有施加任何作用力時，會產(chǎn)生“末端浮動”；當軸承剛好接觸到軸，但 是對軸不施加任何作用力時，則產(chǎn)生“零末端浮動”。任何施加在軸上的力都叫做預載荷?？梢园凑諆煞N常用方式排布圓錐滾子軸承。他們可以面對面排布，稱為“X”排布， 如圖Ia所示，或背對背排布，稱為“0”排布，如圖Ib所示。無論采用哪種排布方式，都很可 能需要在組裝后設(shè)定軸承的特定預載荷或末端浮動。根據(jù)圖Ia所示的“X”排布，軸102、內(nèi)滾道104以及滾子106可以加熱到比外滾 道108和箱體110更高的溫度。加熱使得軸長度增加，并且軸102與滾子106接觸的直徑 也增大。由于滾子106的幾何形狀，軸的徑向增加和軸向增加會產(chǎn)生額外的作用，因為徑向 增加和軸向增加使軸102施加在滾子106上的力增加，從而增大軸承的預載荷。這樣的排 布方式受組成部件的溫度變化的影響極大，但由于為軸承設(shè)計足夠的支撐相對容易，而且 組裝時調(diào)節(jié)預載荷或末端浮動也相對簡單，所以還是很常用。根據(jù)圖Ib所示的“0”形排布，軸204由第一軸承排布207和第二軸承排布209支 撐，其中第一軸承排布207包括位于第一內(nèi)滾道214和第一外滾道212之間的第一組圓錐 滾子208，并且第二軸承排布209包括位于第二外滾道220和第二內(nèi)滾道222之間的第二組 圓錐滾子216。應當理解，在使用過程中，軸204、內(nèi)滾道222、214、滾子208、216、外滾道212、220 和箱體202相對移動時，這些部件中一個或多個會發(fā)熱。當上述部件中的一個或多個發(fā)熱 時，其物理尺寸會增大。在本例中，軸承排布207和209分開放置，使得外滾道212和220的錐頂在軸204 的中心線上的一點處重合。在該情形中，軸204的徑向膨脹會增加軸承排布207、209的預 載荷，而軸204的徑向尺寸增大會對滾子208、216施加增大的力。相反，軸204的軸向膨脹 會減小軸承排布207、209上的預載荷，因為軸204的軸向膨脹會導致軸204遇到滾子218 直徑增加了的區(qū)域。也就是說，軸204軸向膨脹的時候，接觸點也隨之沿著滾子208、216的 表面向上移動。在圖Ib所示的實例中，要組裝并調(diào)節(jié)預載荷或末端浮動會很困難。為了不使這樣的軸承排布設(shè)計由于熱膨脹而失效，如上所述地進行理論分析。這 種分析的簡單方式是假設(shè)軸204、內(nèi)滾道214、222和圓錐滾子208、216 (可以被稱為內(nèi)部部 件)是由相同的材料做成的，并在使用中以相同的量被加熱到第一溫度。另外，箱體202和外滾道212、220(可以被稱為其它部件)同樣也假設(shè)由彼此相同的材料做成，也以同樣的方 式被加熱到第二溫度。假設(shè)第一溫度高于第二溫度，且為了分析方便，一個或多個部件的溫 度與材料被認為是一致的。在所有軸/內(nèi)部部件都達到一個單一溫度，且所有箱體/外部部件也都達到一個 不同的單一溫度的情形中，由于軸向膨脹和徑向膨脹所導致的預載荷的變化從理論上來說 互相抵消。在如圖Ib所示的例子中，可以設(shè)定圓錐滾子208、216的角度，使得理論滾子錐頂 重合在軸204的中心線上。這樣一來，軸承排布的徑向熱膨脹和軸向熱膨脹從理論上來說 獲得了平衡，因此軸承排布200中的部件尺寸增大的時候，預載荷不會增加。然而，在實際情況中，溫度改變的時候預載荷總是會改變，因為軸、內(nèi)滾道和滾子 的溫度不是整體一致的，而且箱體和外滾道的溫度也不一致。另外，不同部件的膨脹系數(shù)也 有可能不同，而滾道對軸和箱體的任何干涉都不會如同均勻材料那樣以相同的方式進行。在實際操作中，將軸安裝成能夠為外滾道提供適當?shù)妮S向支撐，并在軸的所有運 行溫度下都令人滿意地設(shè)定軸承的預載荷，從而防止軸承失效，可能是非常困難的。除了圖Ib所示的實例外，“0”形(背對背)軸承排布還可能具有另外兩種狀況， 如圖Ic和圖Id所示。在圖Ic所示的排布中，滾子圓錐302的錐頂重疊，軸304的溫度上 升時，由于軸304的徑向膨脹帶來的影響超過了軸304軸向膨脹帶來的影響，導致預載荷增 大。在圖Id所示的排布中，滾子圓錐332的錐頂不交叉，軸334的溫度上升時，由于軸 334的軸向膨脹帶來的影響超過了軸334徑向膨脹帶來的影響，導致預載荷減小?，F(xiàn)有技術(shù)給出的教導是，圓錐滾子軸承背對背分開排布的方式不常用到，因為能 夠簡單的進行組裝并設(shè)定所需預載荷的合適排布對于工程師而言很不容易。圖Ie示出了一種替代的現(xiàn)有技術(shù)的軸承排布。該軸承排布包括圓柱滾子軸承364 和面對面圓錐滾子軸承362的組合。圓錐滾子軸承362承擔徑向載荷和軸向載荷，圓柱滾 子軸承364只承擔徑向載荷。也可以如圖If所示地使用圓錐滾子軸承對的背對背排布，但 無論是在背對背還是面對面排布中，軸366的徑向膨脹效果都會導致無法將軸承上的載荷 控制在所需預載荷范圍內(nèi)?？赡軣o法設(shè)計出滿足這些設(shè)計要求的圓錐滾子軸承對。圓柱滾子軸承364也和圓錐滾子軸承對一樣需要滿足最大和最小載荷要求，在現(xiàn) 有技術(shù)排布中，在零扭矩的情況下無法實現(xiàn)這一點?，F(xiàn)有的計算顯示，要設(shè)計一種軸承排布，其在軸在零扭矩下運行時維持軸承的預 載荷足以超過最小載荷的2%，同時軸承在預計運行范圍內(nèi)的一些溫度下不超載是不可能 的，而且/或要為軸承設(shè)定正確的預載荷也是非常困難或不可能的。圓錐滾子軸承對的設(shè) 計無法用來滿足這些設(shè)計要求，更具體說明如下。

發(fā)明內(nèi)容
此處描述的一種或多種實施方式的一個目的是提供一種能夠在軸承排布和/或 軸的整個運行溫度范圍內(nèi)獲得可忽略的預載荷變化的排布，和/或提供一種能夠方便地設(shè) 定預載荷并進行受控地調(diào)節(jié)的軸承排布。同時，軸承架也可以方便地組裝。本說明書中關(guān)于先前公布的文獻或任何背景技術(shù)的羅列或討論均不應被認為是對該文獻或背景技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)或常識的一部分的認可。目前披露的內(nèi)容中的一個或多個 方面/實施方式可能可以或無法解決一個或多個背景問題。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種用于風機的可旋轉(zhuǎn)軸的軸承架，該軸承架包 括軸與軸連接的背對背圓錐滾子軸承排布，包括包含第一外滾道、第一內(nèi)滾道和多個圓錐滾子的第一軸承；和包含第二外滾道、第二內(nèi)滾道和多個圓錐滾子的第二軸承；位于軸上且在第一軸承和第二軸承之間的齒輪；和用來在第一軸承和第二軸承之間支撐軸向載荷且包含一個或多個縫隙以便使齒 輪暴露而與外部齒輪連接的襯套。襯套可以用來形成適用于和外部齒輪(如齒輪箱)連接的預組裝的軸承架。通過 預組裝，能夠在軸承架與外部齒輪連接前預先設(shè)定軸承架的參數(shù)，如第一軸承和第二軸承 的軸向移位等。這樣的預先設(shè)定被視為受控條件下的車間設(shè)定。襯套能夠與其為齒輪提供機械支撐無關(guān)地控制施加在軸承上的預載荷。齒輪位于 軸上，齒輪也可以不由襯套支撐。這樣的軸承架具有一個或多個縫隙，該軸承架能夠用來將齒輪放置在第一軸承和 第二軸承之間，同時該齒輪還能與外部齒輪(如齒輪箱的齒輪)嚙合。這可以提高軸承架 的魯棒性，也就是說比現(xiàn)有技術(shù)更不易失效，因為不再需要使用外側(cè)或外掛的齒輪。從而可 以減小或避免由外掛的齒輪引起的相關(guān)應力和力，如軸的變形。使用這樣的軸承架還可以在軸承架就位使用之前就對預載荷、尤其是軸承提供的 軸向尺寸預載荷進行設(shè)定。這樣的軸承架可以與難以和/或不便進行軸承設(shè)定調(diào)節(jié)的齒輪 箱連接。例如，根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的軸承架的典型應用包括海上風場，以及可能處于 極熱或極冷環(huán)境(如溫度范圍在-300C到+400C)中的風場。應當理解的是，在軸承架被安 裝到使用位置前進行軸承架的預載荷設(shè)定，可以執(zhí)行更可靠的設(shè)定。軸承架的設(shè)計使得軸 承在使用中所承受的最小動態(tài)載荷始終高于一個預定值，尤其可以確保在軸承架和/或軸 的所有運行條件(包括溫度)下都能夠保持最小動態(tài)載荷。這可以通過或者至少部分通過 使用背對背的圓錐滾子軸承排布來實現(xiàn)。 在一些實施方式中，所有預載荷設(shè)定都可以作為在受控條件下的基準設(shè)定。在一 種實施方式中，可以改變1)軸承架的軸向剛度以調(diào)節(jié)尺寸預載荷與力預載荷的比值，和/ 或2)軸承的實際間距，以選擇圓錐滾子軸承錐角的最佳位置。例如可以設(shè)定錐角，使其重 疊、分開或一致。最佳錐角位置可被視為在預計操作溫度范圍內(nèi)給出最小的預載荷變化的 錐角位置。 軸承架可以是整體的、預調(diào)節(jié)的、預先潤滑的組件，其可用于替代典型軸承箱體中 的軸承部件。可能不需要重建軸承或替換整個軸承箱體，因為可以用一個新軸承架簡單地 替換舊的軸承架。這可以避免冗長昂貴的軸承維修，或在原先的典型軸承失效后替換整個 軸承箱體組件。這在軸承架用于被安裝在海上的風機內(nèi)的例子中有優(yōu)勢，因為根據(jù)本發(fā)明 的實施方式替換軸承架所需要的機械成本和耗時比直接替換箱體和軸之間的現(xiàn)有技術(shù)軸 承要低很多，后者可能需要動用重型機械，如大型浮動起重機等。本發(fā)明實施方式的一種或多種軸承架的壽命可以比現(xiàn)有技術(shù)軸承更長，因此軸承架需要替換的頻率可以降低。襯套還可以用來支撐/連接軸承。襯套可以用來在使用時將第一軸承和第二軸承 相對軸保持在正確位置。例如，襯套可以限制第一軸承和第二軸承相對彼此的軸向位置。第 一軸承和/或第二軸承可以受或不受襯套的限制，因此襯套能夠或不能夠限制第一軸承和 /或第二軸承的徑向位置?？梢詫S承架的一個或多個物理參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以改變使用中當軸承架與旋轉(zhuǎn)軸 的外部齒輪連接時施加在軸承排布上的載荷/預載荷力。一個或多個物理參數(shù)可以直接調(diào) 節(jié)，如通過使用螺紋部件來調(diào)節(jié)軸承間的移位；或間接調(diào)節(jié)，比如通過控制使用中軸承架所 處的環(huán)境條件，如襯套的溫度等?！笆褂弥小笨梢灾篙S承架的齒輪與外部齒輪連接。例如，軸承架的齒輪可以和風機 的齒輪箱相連。軸承架在與外部齒輪相連且靜止時，以及/或者軸承架與外部齒輪相連且 軸在轉(zhuǎn)動時都可以被認為是“使用中”?？梢哉{(diào)節(jié)第一軸承和第二軸承之間的軸向距離，這可以調(diào)節(jié)軸承上軸向尺寸預載 荷。在一些實施方式中，所有的調(diào)節(jié)都可以在溫度和清潔度的受控條件下作為基準設(shè) 定，并且可以方便地對諸如引起軸在軸承架中旋轉(zhuǎn)的扭矩等情況進行測量。測量扭矩可以 用于檢查預載荷設(shè)定是否正確。當軸承架與外部齒輪連接時，要進行這樣的檢查可能比較 困難或不可行。第一軸承和第二軸承之間的軸向距離可以通過螺紋調(diào)節(jié)器來調(diào)整。在一些實施方 式中，內(nèi)滾道安裝到軸，可以通過調(diào)節(jié)一個外滾道在箱體中的位置來調(diào)節(jié)預載荷。外滾道可 以與箱體自由配合，內(nèi)滾道可以與軸過盈配合。在一些實施方式中，靜態(tài)載荷線可以為自由 配合，旋轉(zhuǎn)載荷線可以為過盈配合。這種方式可以阻止軸承滾道在軸或箱體中進動。在一 些實施方式中，可能取代外滾道而調(diào)節(jié)軸承架遠端的力更方便。軸承架的遠端可以看做是 不與箱體連接的那一端。軸承在軸承架遠端的位置可以通過軸和覆蓋軸的一端的端板之間的墊片來調(diào)節(jié)。 最初可以使用過量的墊片，使得能夠?qū)δ┒烁舆M行方便測量。然后，為了改變末端浮動， 可以根據(jù)需要增加墊片來增大末端浮動，或去除墊片來減小末端浮動，直到達到預載荷。此 處可能的物理問題為，在包含旋轉(zhuǎn)載荷線的傳統(tǒng)軸承設(shè)計中，軸承是壓配到軸上的，調(diào)節(jié)預 載荷非常困難。因此，在本發(fā)明的若干實例中，可以通過兩種方式來調(diào)節(jié)預載荷?？梢詫⒏邏河突蚱渌后w(如乙二醇)注入軸和內(nèi)滾道之間，使得在內(nèi)滾道沿軸 移動時實際上是內(nèi)滾道在油上有效地浮動。在調(diào)節(jié)過程中軸承不會對軸造成顯著接觸摩 擦，因此移動滾道和調(diào)節(jié)軸承之間的移位所需要的力就比較小。替代地，軸和內(nèi)滾道的相對位置可以被調(diào)整為間隙，然后樂泰或類似的流體可以 被用來作為填充劑，以阻止或減小內(nèi)滾道沿軸的進動/運動。樂泰可以被認為是厭氧的 粘合劑，可以在其遇到組裝的鋼材凝固成固態(tài)之前以液態(tài)形式填充入軸和內(nèi)滾道之間的槽 中。樂泰凝固時可以在內(nèi)滾道和軸之間提供等效過盈配合。軸承架還可以包含穿過軸的通道。通道可以與在位于第一軸承或第二軸承的內(nèi)滾 道和軸之間的槽相通。槽可以通過通道來接收油、液體或樂泰，以調(diào)整第一軸承和第二軸承 的相對位置。油、液體或樂泰可以通過軸內(nèi)的通道/管道流通到內(nèi)滾道和軸之間的槽內(nèi)。
可以調(diào)節(jié)軸承排布，使得使用中軸承的預載荷/載荷能夠維持在最小值以上。載 荷可以包含動態(tài)等效載荷的分量和/或預載荷的分量。最小值可以是軸承額定載荷(目錄值)的4%。在其它實施方式中，最小值可以是 1%、2%、3%、5%或可以防止軸承滑動/移動或其它使軸承質(zhì)量受損的任何其它值。維持 軸承排布的預載荷在最小值以上，能夠減小軸承失效的幾率。軸承排布可以進行調(diào)整，使得使用時軸承的預載荷/載荷維持在最大值之下。最大值可以是軸承額定載荷(目錄值)的13%。在其它實施方式中，最小值可以 在大約6 %到30 %的范圍內(nèi)，例如，10 %、15 %、20 %或可能使軸承獲得所需要的壽命的任 何其它值。將軸承排布的預載荷維持在最大值以下，能夠減小軸承失效的幾率。應當理解 的是，需要很長壽命的高速軸可能需要軸承排布上的預載荷的更低最大值，這是因為軸旋 轉(zhuǎn)的速度大于用來計算軸承預計壽命的任意目錄值，因此在所需壽命中執(zhí)行更多轉(zhuǎn)數(shù)。在一些情況下，軸承排布的壽命系數(shù)“a”可以很大且/或是一個不精確的估算值， 這意味著動態(tài)載荷可用的所需最大和最小值之間的操作范圍很小。另外，進行計算以提供 95%軸承繼續(xù)可用(L5值)的軸承設(shè)計更常見。在軸承架不與外部齒輪連接時，如軸承架不與齒輪箱連接時，軸承排布的預載荷 可以調(diào)整?？梢酝ㄟ^基準設(shè)定的方法來設(shè)定軸承排布的預載荷。基準設(shè)定可以避免或減少 軸承架與齒輪箱連接時設(shè)定或調(diào)節(jié)軸承的預載荷的需要。背對背軸承排布可以為分開的背對背軸承排布。背對背軸承排布可以使用標準軸 承角。在一些實施方式中，使用標準軸承角可以很方便地使用現(xiàn)有軸承進行組裝。在其它 實施方式中，也可以使用非標準軸承角。第一和第二圓錐滾子軸承的圓錐滾子的圓錐點可以重合，也可以彼此錯開。襯套可以具有軸向剛性，用來對軸承施加預載荷力，以適應軸承間距尺寸的變化。 襯套的排布可以使它在壓縮時分散襯套尺寸的擴大，從而將尺寸變化轉(zhuǎn)化為軸承施加的預 載荷力的小變化。襯套可以具有在變形和強度方面都為合適值的軸向剛性。當軸承架就位時軸承架可以與外部齒輪適配。軸承架可以就位于風機內(nèi)，且軸承 架可以位于齒輪箱內(nèi)。軸承架可以提供基本上中間的預載荷溫度特性。也就是說，軸由于預載荷而向軸 承施加的力的大小不會由于運行溫度的不同而有顯著的變化。軸承架還可以包括溫控器，用來在軸承架使用時調(diào)整襯套的溫度。調(diào)整襯套的溫 度可以使得襯套膨脹或收縮，從而改變裝配在襯套兩端的兩個軸承之間的距離。通過這種 方式，在軸承架使用時能夠調(diào)整軸承的預載荷，并且預載荷的調(diào)整使得其處于所需數(shù)值范 圍內(nèi)。溫控器可以由處理器控制，處理器響應于從傳感器接收的信號來為溫控器提供控 制信號，其中從傳感器接收的信號可以指示軸承預載荷/載荷是否過高或過低、以及/或是 在高扭矩還是低扭矩時發(fā)生。溫控器可以由處理器控制，處理器響應于從一個或多個傳感器接收的信號來為溫 控器提供控制信號。從一個或多個傳感器接收的信號可以指示軸承預載荷是否過高或過 低，并且例如可代表軸的溫度、其中一個軸承的部件、所連接的齒輪箱的運行條件或任何其 它特征。傳感器可以包括一個或多個應變計，應變計可以用來測量軸承架的軸向載荷。在運行條件或加溫條件未將預載荷保持在所需預載荷操作范圍內(nèi)、也就是所需最大和最小值 之間時，這種溫控器很有用，因為在啟動時可動態(tài)控制預載荷值。在其它例子中，軸承架可以用在高環(huán)境溫度中，高環(huán)境溫度可能導致預載荷超過 所需最大值。因此，對于給定環(huán)境條件，溫控器可以用來在正常操作條件下控制襯套的溫 度，進而控制軸承的預載荷。軸承架可以用于高速旋轉(zhuǎn)的軸。軸承架可以用于齒輪箱和/或用于風機應用。軸承架的襯套可以包括第一襯套部分和第二襯套部分，兩部分可以通過可松開的 方式連接在一起。第一襯套部分可以軸向和/或徑向支撐第一軸承，第二襯套部分可以軸 向和/或徑向支撐第二軸承。第一襯套部分和/或第二襯套部分可以包括一個或多個縫隙，使得齒輪能夠暴露 而與外部齒輪連接。一個或多個縫隙可以延伸到襯套部分的遠端。在第一襯套部分和第二 襯套部分連接在一起時，第一襯套部分和第二襯套部分可以在軸上沿縱向彼此相鄰放置。提供這樣的兩部分組成的襯套可以使軸承架能夠方便地與齒輪箱連接，尤其是當 軸上的齒輪是大齒輪的時候。該實施方式在軸上的齒輪的直徑大于軸承直徑的時候尤為有 優(yōu)勢，因為否則可能無法在軸承之間安裝齒輪。兩部分組成的襯套可以看做能夠提供具有 比軸承直徑更大的直徑的齒輪的獨立軸承架。對于其中齒輪的直徑延伸足以超過軸承的外徑的實施方式，軸承架可以安裝在外 部齒輪上，方向與軸承架使用中的縱向基本上平行。這樣一來，與外部齒輪相關(guān)的殼體上的 通過孔的尺寸可以被減小/最小化。通過由兩部分組成的襯套，可以在軸上的齒輪已與外部齒輪(如齒輪箱的齒輪) 連接后方便地從軸承架的遠端組裝軸承架。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于風機的可旋轉(zhuǎn)軸的軸承架，所述軸承架 包括軸；與軸連接的軸承排布，所述軸承排布包括第一軸承和第二軸承；用來在第一和第二軸承之間支撐軸向載荷的襯套；和用來調(diào)整襯套的溫度以調(diào)整第一軸承和第二軸承之間的軸向載荷的溫控器。該軸承架可以對襯套在軸承上施加的預載荷進行動態(tài)調(diào)節(jié)，并能考慮到實際應用 情況，包括環(huán)境和運行載荷。還應理解的是，該軸承架還可選地包括此處描述的其它軸承架 的任何其它特征?？商峁┮环N裝配有此處描述的軸承架的齒輪箱，且/或提供一種具有裝配有此處 描述的軸承架的齒輪箱的設(shè)備?？商峁┮环N風機，該風機包含此處描述的軸承架且/或此處描述的齒輪箱。


下面參照附圖僅以示例方式給出說明，其中圖Ia-If示出現(xiàn)有技術(shù)的軸承排布實例的剖面圖；圖2a示出在使用時位于軸上的根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的軸承架的剖面圖；圖2b示出圖2a中的軸承架沿A-A線的剖面圖2c示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的替代軸承架的剖面圖；圖2d示出軸承預載荷敏感度分析的圖表結(jié)果；圖2e示出溫度敏感度分析的圖表結(jié)果；圖3a示出可以與本發(fā)明一種實施方式的軸承架一起使用的齒輪箱箱體和齒輪的 剖面圖；圖3b示出裝配在圖3a中的齒輪箱箱體中的軸上的根據(jù)本發(fā)明實施方式的軸承 架；圖3c示出圖3b組裝的剖面圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的軸承架；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的替代軸承架；并且圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的另一種軸承架。
具體實施例方式此處描述的一種或多種實施方式包括適用于風機的可旋轉(zhuǎn)軸的軸承架，其中所述 軸承架包括背對背的軸承排布、具有一道或多道縫隙的襯套和齒輪。背對背軸承排布與襯 套相連，使得使用時襯套能夠?qū)⑤S承排布維持在正確的軸向位置，并對軸承之間的載荷提 供支撐。齒輪位于軸上且在軸承之間。齒輪在軸承之間定位能夠使得齒輪通過襯套上的一 道或多道縫隙暴露，這可提供魯棒性更高的軸承架。本發(fā)明的實施方式能夠避免使用外側(cè) 齒輪，因此施加在軸承排布上的力能夠?qū)е螺S承架的更長運行壽命。在一些實施方式中，與軸承架相關(guān)的一個或多個物理參數(shù)(如軸承之間的距離) 可以在軸承架安裝到外部齒輪上之前進行預設(shè)，以考慮軸承架在使用時的例如由于溫度變 化等產(chǎn)生的尺寸預載荷變化。軸承架的物理參數(shù)可以被調(diào)節(jié)作為基準設(shè)定操作的一部分。在此處描述的一些實施方式具體涉及角接觸軸承、尤其是圓錐滾子軸承，因為此 類軸承可能擁有風機應用所需要的承載能力。已知在圓錐滾子軸承的應用中需要格外小 心，因為在使用過程中軸承架的內(nèi)部部件發(fā)熱可能比軸承架的外部部件發(fā)熱厲害，從而使 得運行預載荷/末端浮動產(chǎn)生顯著變化。在一些實施方式中，軸運行過程中可以進行測試，以及/或使用熱分析，以獲得部 件溫度的估計值，從而調(diào)整軸承架的設(shè)計。例如，可以調(diào)整軸承的軸向位置，使得運行過程 中軸承的動態(tài)等效載荷維持在最小值以上，如軸承額定載荷(目錄值)的4%以上。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，軸承載荷非常低的時候軸承也會失效，尤其是當軸高速運轉(zhuǎn)的時候，因為如果無法維持 充分的載荷/預載荷的話，軸承可能滑動或/打滑。圖2a示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的軸承架400的剖面圖，圖2c示出圖2a中的 襯套沿A-A線的剖面圖。軸承架400包含軸402、襯套404、第一軸承406、第二軸承408和齒輪410。第一 軸承406和第二軸承408為分開放置的圓錐滾子軸承，并且由襯套404提供支撐。在本實施方式中，襯套404并沒有完全沿著軸承架400的長度圍繞軸承架400的 外周延伸，如圖2c中最清楚地顯示。襯套404中的空隙可以被認為是襯套404的窗口或縫 隙。這使得軸402上的一個或多個齒輪410能夠透過襯套404的窗口可用。在圖2c的實 例中，襯套有圍繞襯套404外周均勻間隔開的三個窗口。
可以理解的是，一個或多個齒輪410在運行時能夠與外部齒輪440 (如齒輪箱的外 部齒輪)嚙合。圖2b示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的襯套404’的另一實施方式，示出了襯套沿圖2a 中的A-A線剖切的替代剖面圖。在該例子中，襯套404’有兩個彼此相對的窗口?；氐綀D2a中所示的實施方式，第一軸承406包含內(nèi)滾道412和外滾道414，內(nèi)滾道 412和外滾道414之間安裝了多個圓錐滾子416。在本實施方式中，第一軸承406的一側(cè)安 裝了一個或多個調(diào)節(jié)器418，以便能夠調(diào)節(jié)第一軸承406和第二軸承408之間的軸向移位。 在本實例中，調(diào)節(jié)器418為螺紋調(diào)節(jié)器，特別是外螺紋環(huán)418，由此轉(zhuǎn)動環(huán)418會導致第一軸 承406的外滾道414朝著或遠離第二軸承408軸向移位。調(diào)節(jié)器418可以裝配有適當?shù)逆i 定裝置(未顯示)，以避免可能例如由轉(zhuǎn)動導致的任何不期望的調(diào)節(jié)?？梢岳斫獾氖牵颂幟枋龅谋景l(fā)明實施方式可以在軸承架400與齒輪箱連接前設(shè) 定一個或多個調(diào)節(jié)器418。這可以被認為是“基準設(shè)定”。在軸承架和諸如風機中的齒輪箱 連接時，工人要接近調(diào)節(jié)器418很困難，在這種情況下基準設(shè)定就可以很有利。圖2a所示的實施方式中，可以調(diào)節(jié)軸承之間的實際距離，以選擇最好的總體性 能，這可能涉及在滾子錐頂?shù)南鄬ξ恢?如圖lb、lc和Id)之間折中選擇，使得在運行溫度 范圍內(nèi)的預載荷變化能夠接受?？梢酝ㄟ^測量軸承架400即將安裝的位置的工作條件，在相應條件下進行基準設(shè) 定操作。例如，可以測量軸承架將要與之相互作用的部件的溫度和/或現(xiàn)有軸承部件的溫 度，用來設(shè)定所述軸承架400的一些參數(shù)。在一些實施方式中，基準設(shè)定操作可以在室溫(如20攝氏度)下進行，模擬軸承 架的使用情況，以便對使用過程中的力進行測量。在操作溫度/條件不同于模擬溫度/條 件的例子中，可以對測量結(jié)果進行外推，以確定軸承架在運行溫度/條件下的性能。在本實施方式中，外滾道414與襯套404自由配合，內(nèi)滾道412與軸402過盈配合。 可以對螺紋調(diào)節(jié)環(huán)418進行調(diào)節(jié)，以改變第一軸承406的外滾道414的軸向移位。通過這 種結(jié)構(gòu)，第一軸承406和第二軸承408之間的距離可以通過螺紋環(huán)418進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)整 由軸承406、408施加在軸402上的力?？梢岳斫獾氖?，可以在軸承架400與外部齒輪440連接之前就通過螺紋環(huán)418來 調(diào)節(jié)兩個軸承406和408之間的距離和預載荷。這樣做可以避免或盡量避免在軸承架400 與外部齒輪440連接時調(diào)節(jié)兩個軸承406和408之間的距離。在一些實施方式中，可以改變襯套404的軸向剛度，或至少選擇一個有所需軸向 剛度的襯套404。改變襯套404的軸向剛度可以用來調(diào)節(jié)軸承架提供的尺寸預載荷與力預 載荷的比例。也就是說，當軸膨脹并對兩個軸承406和408施加增大的力的時候，襯套404 的軸向剛度可以允許襯套404拉伸，從而不會將所有尺寸增大轉(zhuǎn)化為軸402和軸承406、408 之間的力的增加。在一些實施方式中，襯套404的軸向剛度可以通過適當設(shè)計襯套中窗口的位置和 數(shù)目來控制，以適應使用中的移動部件。替代地或額外地，調(diào)節(jié)或設(shè)計襯套404的材料、厚 度和/或其它任何參數(shù)，以提供所需的襯套軸向剛度?？梢岳斫獾氖?，可以對軸承架400進行設(shè)計和/或調(diào)整，以確保所有操作條件下軸 承406、408的預載荷都能維持在一定值范圍內(nèi)，并且這可保證軸承406、408不承擔過大或過小的動態(tài)載荷，以延長他們的壽命。在該實例中，另一類型的調(diào)節(jié)器與第二軸承408相連，并用來調(diào)整第二軸承408的 軸向移位。可以理解的是，在一些實施方式中，只需要為兩個軸承406和408中的一個安裝 調(diào)節(jié)器。所使用的這種類型的調(diào)節(jié)器可以是任何一種能夠調(diào)節(jié)兩個軸承406和408之間的 相對移位、從而控制與軸承架400相關(guān)的預載荷的適用部件。第二軸承408包括內(nèi)滾道420和外滾道422，內(nèi)滾道420和外滾道422中間有多個 圓錐滾子424。第二軸承408可以被認為是在軸承架400的遠端，因為在使用中它離軸承 架400與箱體(未顯示)連接的一端最遠。在本實施方式中，調(diào)節(jié)器包括位于軸402的一 端和第二軸承408的內(nèi)滾道420上方的保持帽蓋426。保持帽蓋426可以通過螺栓432 (如 三個螺栓432)與軸402相連。在保持帽蓋426與軸402之間有一個或多個墊片434，墊片434通過螺栓432夾 緊在保持帽蓋426和軸402之間?？梢酝ㄟ^增加或減少墊片434的數(shù)目，通過機械方法來 調(diào)節(jié)內(nèi)滾道的位置。這樣一來，使用的墊片434的數(shù)目就可以用來調(diào)節(jié)保持帽蓋426和軸 402之間的間隙，從而調(diào)節(jié)預載荷。第二軸承408的一個示例設(shè)定過程是最初使用過大的墊片434，將保持帽蓋/板 426夾緊在軸402上，并測量“末端浮動”。當軸承406、408不對軸402從產(chǎn)生任何作用力 的時候會產(chǎn)生“末端浮動”，而當軸406、408剛好接觸軸402但不對軸產(chǎn)生任何作用力的時 候會產(chǎn)生“零末端浮動”。任何施加在軸上的力都被認為是預載荷。然后，可以移除所需數(shù) 量的墊片424，以提供所需預載荷，而保持帽蓋/板426重新夾緊在軸402上，由此固定余下 的墊片434。之后可以對軸402在軸承架400中的扭矩進行檢查，以確保軸承架提供所需預 載荷。可以理解的是，在一些實施方式中，墊片434和調(diào)節(jié)器418中的一個或全部都可以 調(diào)節(jié)預載荷，但這兩者都不是必須的。在其它實施方式中，可以運用其它方法調(diào)節(jié)預載荷。盡管扭矩值可以通過理論計算，但在本發(fā)明一些實施方式中，可以在軸承架400 就位之前就確認實際扭矩值，并用在一系列組件上訓練來確定扭矩值，這也是有利的。在一 些例子中，可以計算圓錐滾子軸承和帶有一定旋轉(zhuǎn)的軸的末端浮動，可從任何方向加載軸， 使得滾子可以位于外滾道內(nèi)。在滾子不在軸上滑動，如某些特定錐角的情況下，這樣的計算 可以很有用。在本實施方式中，軸還有進口 428，進口 428與通道430流體相連，通道430限定在 軸402的表面上與內(nèi)滾道420的內(nèi)表面相鄰的環(huán)形槽。當流體被泵送入進口 428后將受迫 沿著環(huán)形槽在軸承和軸之間流動，對內(nèi)滾道420產(chǎn)生徑向力，從而減小軸承408和軸402之 間的接觸摩擦。這可以被用來調(diào)整內(nèi)滾道的位置，因此要軸向移動內(nèi)滾道420只需要很小 的力。在一些實施方式中，樂泰(可以是厭氧粘合劑或類似材料)可以注入槽(如環(huán)形 槽)中，從而設(shè)定并固定兩個軸承之間的距離。樂泰可以被注入環(huán)形間隔中，填充縫隙，凝 固后可以有效地提供類似過盈配合的作用。該特征對于軸承內(nèi)滾道在軸上自由配合的實施 方式尤其有用，這樣一來在使用樂泰前便可以方便地進行調(diào)節(jié)。對襯套404和/或圓錐滾子軸承416、424的角度(錐點)進行設(shè)計，使得在運行 條件下、尤其是期望運行溫度下的預載荷維持在預載荷值的范圍內(nèi)。也就是說，預載荷維持在低于最大值和高于最小值的范圍內(nèi)。在評估軸承壽命時要進行軸承預載荷敏感度分析，以便為軸承架設(shè)定合適的預載 荷或末端浮動。圖2d示出了圖2a中兩個軸承的軸承預載荷敏感度分析結(jié)果示例。預載荷 敏感度是在標定軸承架所連接的齒輪時所使用的等效動態(tài)載荷下計算的。其它軸承排布的 預載荷敏感度的形式和幅值從廣義看也是相同的，如圖2d所示。可以理解的是，圖2d只給 出了一組曲線，該曲線被示出僅供比較用。圖2d的橫軸為以微米為單位的預載荷，其中預載荷為負值則表示末端浮動?？v軸 表示軸承的壽命。帶有菱形數(shù)據(jù)點的第一曲線450表示了左側(cè)軸承在等效設(shè)計載荷下的軸 承壽命對預載荷的曲線，帶有方形數(shù)據(jù)點的第二曲線452表示了右側(cè)軸承在等效設(shè)計載荷 下的軸承壽命對預載荷曲線。圖2d中還給出了一條直的水平線454，表示了所需要的20年軸承壽命?？梢允┘?在軸承對上而不導致失效的最大預載荷由豎直點劃線456示出，其中一個軸承壽命不超過 20年的最小預載荷由曲線450和452中首先與表示所需壽命的直線454的交點表示。圖2d中所示軸承對的最小預載荷為豎直點劃線458。最小預載荷為零扭矩時必須 施加在軸承上以確保軸承的等效徑向載荷足以防止可能對軸承產(chǎn)生損壞的滑動或打滑產(chǎn) 生的預載荷量。在使用中，軸承排布可以經(jīng)受零扭矩到最大扭矩之間的任何條件，或甚至以負扭 矩運行一段可能為幾秒鐘的時間。因此將軸承排布的預載荷始終保持在預載荷最大值和最 小值之間(如兩條豎直線456、458所示)是非常重要的。兩條豎直線456、458之間的水平 區(qū)域表示了軸承安全操作的區(qū)間。圖2e給出了可達到的預載荷相對現(xiàn)有技術(shù)軸承排布的溫度的敏感度分析，以及 相對根據(jù)本發(fā)明實施方式的軸承排布的溫度敏感度分析。圖2e的分析是使用簡化的模型 得到的，該簡化模型包括內(nèi)部部件和外部部件各使用相同的材料和一致的溫度，且內(nèi)部部 件和外部部件之間的溫度差為20度。盡管只是用于演示目的，但這樣的溫度范圍可以被認 為是軸承架使用時可能處于的溫度范圍。數(shù)值如下表。
權(quán)利要求
1.一種用于風機的可旋轉(zhuǎn)軸的軸承架，所述軸承架包括軸；與所述軸連接的背對背排布的圓錐滾子軸承排布，包括包含第一外滾道、第一內(nèi)滾道和多個圓錐滾子的第一軸承；和包含第二外滾道、第二內(nèi)滾道和多個圓錐滾子的第二軸承；定位于所述軸上且位于所述第一軸承和所述第二軸承之間的齒輪；和用以支撐所述第一軸承和所述第二軸承之間的軸向載荷的襯套，所述襯套具有一個或 多個縫隙，使得所述齒輪能夠暴露而與外部齒輪連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述軸承架的一個或多個物理參數(shù)能夠 被調(diào)節(jié)，用以改變在所述軸承架被與外部齒輪連接時施加在所述軸承排布上的預載荷力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述第一軸承和所述第二軸承之間的軸 向距離能夠被調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述襯套能夠與向所述齒輪提供機械支 撐無關(guān)地對所述第一軸承和所述第二軸承之間的軸向載荷提供支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述齒輪不由所述襯套支撐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述軸承排布能夠被調(diào)節(jié)，從而使得在使 用中所述第一軸承和所述第二軸承上的預載荷保持高于最小值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述軸承排布能夠被調(diào)節(jié)，從而使得在使 用中所述第一軸承和所述第二軸承上的預載荷保持小于最大值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，在所述軸承架不與外部齒輪連接時，所述 軸承排布的預載荷能夠被調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述背對背軸承排布為隔開的背對背軸 承排布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述背對背軸承排布使用標準軸承角。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述襯套具有軸向剛性，所述軸向剛性 能夠使在所述軸承架在使用時所述軸承上的預載荷維持在一個數(shù)值范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述軸承架提供基本上中性的預載荷溫 度特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，還包括溫控器，所述溫控器用來在所述軸承架在使 用中時調(diào)節(jié)所述襯套的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承架，其特征是，所述襯套包括一個或多個通道，所述一 個或多個通道用來接收油或任何其它載熱流體，所述一個或多個通道與所述溫控器流體連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承架，其特征是，所述溫控器由處理器控制，所述處理器 響應于從傳感器接收的信號而向所述溫控器提供控制信號，其中從所述傳感器接收的信號 指示所述軸承上的載荷是否過高或過低、以及/或是否在高扭矩或低扭矩發(fā)生。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，還包括穿過所述軸的通道，所述通道通向位于所述 軸和所述第一軸承或所述第二軸承的所述內(nèi)滾道之間的槽，所述槽能夠通過所述通道接收 油、液體或樂泰，使得所述第一軸承和所述第二軸承的相對位置能夠被調(diào)整。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述軸是高速旋轉(zhuǎn)軸。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承架，其特征是，所述襯套包含第一襯套部分和第二襯套 部分，所述第一襯套部分和所述第二襯套部分以可分離的方式連接在一起。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的軸承架，其特征是，所述第一襯套部分和所述第二襯套部 分在連接在一起時沿著所述軸在縱向上彼此相鄰。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的軸承架，其特征是，所述第一襯套部分支撐第一軸承，而所 述第二襯套部分支撐第二軸承。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的軸承架，其特征是，所述第一襯套部分和/或第二襯套部分 包括一個或多個縫隙，所述一個或多個縫隙使得所述齒輪能夠暴露而與外部齒輪連接。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的軸承架，其特征是，所述一個或多個縫隙延伸至所述第一 襯套部分和/或所述第二襯套部分的遠端。
23.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的軸承架，其特征是，所述軸承架用于風機齒輪箱。
24.一種用于風機的可旋轉(zhuǎn)軸的軸承架，所述軸承架包括軸；與所述軸連接的軸承排布，所述軸承排布包括第一軸承和第二軸承；用來為所述第一軸承和所述第二軸承之間的軸向載荷提供支撐的襯套；以及溫控器，所述溫控器能夠調(diào)節(jié)所述襯套的溫度，以調(diào)節(jié)所述第一軸承和所述第二軸承 之間的所述軸向載荷。
25.一種裝配有根據(jù)權(quán)利要求1-22和24中任一權(quán)利要求所述的軸承架的齒輪箱。
26.一種裝配有根據(jù)權(quán)利要求1-22和24中任一權(quán)利要求所述的軸承架的風機。
27.一種用于將軸承架安裝在軸上的方法，包括將根據(jù)權(quán)利要求1-22和24中任一權(quán)利要求所述的軸承架安裝到風機齒輪箱中。
全文摘要
一種用于風機的可旋轉(zhuǎn)軸的軸承架，包括軸和與軸連接的背對背圓錐滾子軸承排布。軸承排布包括第一軸承和第二軸承，第一軸承包含第一外滾道、第一內(nèi)滾道和多個圓錐滾子，第二軸承包含第二外滾道、第二內(nèi)滾道和多個圓錐滾子。軸承架還包括位于軸上且在第一軸承和第二軸承之間的齒輪，以及在第一軸承和第二軸承之間支撐軸向載荷的襯套，襯套上有一個或多個縫隙，使得齒輪能夠暴露而與外部齒輪相連。
文檔編號F16C35/12GK101994766SQ201010253518
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者M·C·巴恩斯, 潘紹元 申請人:諾邁士科技有限公司