包括夹紧圈的轴承装置及其控制单元 |
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| 申请号 | CN201380075742.4 | 申请日 | 2013-03-27 | 公开(公告)号 | CN105121880B | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 斯凯孚公司; | 发明人 | A.坎贝尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 轴承 装置，其包括用于将轴承(18，20)保持和预加载在壳体(14)中的夹紧圈(10,12)，以及用于检测轴承(18,20)的至少一个状态变量的 传感器 单元(24)。提出的是，传感器单元(24)嵌入夹紧圈(10,12)的凹部(22)中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种轴承装置，包括用于将轴承(18,20)保持和预加载在壳体(14)中的夹紧圈(10, |
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| 说明书全文 | 包括夹紧圈的轴承装置及其控制单元技术领域[0001] 已知使用夹紧圈，用于将轴承、尤其是轴承的分离外圈保持和预加载在壳体中。分离外圈或分离内圈尤其用于施加在重负载应用中的双排轴承，诸如，风力涡轮机，发电机或船舶螺旋桨轴承。本发明适用于任何这样的轴承结构，尤其是适用于在船舶螺旋桨轴承应用领域中使用的轴承结构。 背景技术[0002] 具有分离圈的圆锥滚子轴承或轴承通常使用用于将轴承保持和预加载在壳体中的夹紧环来安装。在风力涡轮机的情况下，转子经由至少两个轴承支撑在壳体中，轴承通常形成为大尺寸的圆柱滚子轴承，尤其是包括O形配置的至少一个双排圆锥滚子轴承。 [0003] 该类型的轴承组件必须在垂直于轴承的旋转轴线方向上支持较大的角动量，因此，可能受到应变变形。滚子或滚道损坏可能引起振动和/或热量，并且，尤其是使用远程系统，有效地监测该装置是很重要的，以便能够及时停止设备并且防止重大损失。 [0005] 此外，由于与壳体等无意的碰撞，外部安装的传感器单元易受损坏。 发明内容[0006] 本发明的目的是解决现有技术的上述问题，并提供如上所述的在轴承装置中集成传感器单元的一种可靠的方法。 [0007] 本发明始于一种轴承装置，其包括用于将轴承圈保持和预加载在壳体中的夹紧圈以及用于检测轴承的至少一个状态变量的传感器单元。状态变量可以包括振动、声发射、温度、应变或负载，并且传感器单元可以包括合适的传感器。 [0008] 提出将传感器单元嵌入夹紧圈的凹部。 [0009] 嵌入夹紧圈的凹部中允许传感器与轴承，尤其是与轴承的外圈或内圈之间的更直接的接触，同时保护传感器单元避免无意的碰撞和来自外界的不利影响。 [0010] 还提出的是，轴承装置包括具有至少一个分离圈的轴承，其尤其可以形成为大尺寸的滚子轴承，其中，夹紧圈配置成与圈的轴向端面或者分离圈的一部分邻接。 [0011] 传感器单元在保持或夹紧圈中的位置尤其适合于测量轴承圈的应变变形，这更可能发生在轴承的外圈中。原则上，本发明还可以应用到将轴承的内圈保持在轮轴或轴上的夹紧圈上。 [0012] 因为相比于夹紧圈的总体尺寸凹部可以形成为足够地小，并且因为应变变形的问题是这种情况下的尤其相关的问题，当由夹紧圈保持的圈的外径等于至少300mm时，本发明的优点是最有效的。 [0013] 此外，提出的是，轴承形成为O形配置的多排圆锥滚子轴承。 [0014] 本发明的另一方面涉及一种无线发射器，用于传送由传感器获得的信号，无线发射器可以集成在传感器单元中。无线发射器的供应便于具有轴承组件的设备的监测，并且因为可以避免通信线路，整个组件的坚固性可以进一步增加。 [0015] 此外，提出的是，凹部朝夹紧圈的轴承侧开口，使得传感器单元的至少一个接触板与轴承的一个圈的轴向端面直接接触。应当注意的是，表述“轴向”、“径向”，以及“周向”指的是具有作为中心轴线的轴承的旋转轴线的柱面坐标，而“轴向内侧”或“轴向向外”指的是壳体的内侧和外侧。 [0016] 优选地，包括接触板的传感器单元的底面设置有防止油或其它液体渗透到接触板与轴承圈的轴向端面之间的接触区域中的O形圈。 [0017] 在一优选实施例中，传感器单元包括弧形壳体，其适合于要监测的轴承圈的曲率，尤其是，使得壳体的曲率至少近似等于与传感器的接触板接触的圈的曲率。表述“等于”在本文中解释为广泛的意义，即壳体的所示曲率或主要曲率应该接近于或者在轴承圈的径向内面的曲率与轴承圈的径向外表面的曲率之间的范围内。 [0018] 优选地，传感器单元包括至少一个温度和/或一个声发射和/或一个振动传感器。此外，壳体提供一个或多个温度传感器。 [0019] 由凹部导致的夹紧圈的减弱可以通过在凹部的附近提供夹紧圈的加强结构来补偿。加强结构可以是具有增加厚度或增加宽度的夹紧圈、加强肋等的部分。 [0020] 本发明的另一方面涉及一种控制单元，用于控制或监测包括如上所述的轴承装置的设备。控制单元配置成尤其使用无线发射器接收来自传感器单元的数据，并且基于所接收的数据产生状况信息和/或警告信号。 附图说明[0022] 现在，参照所附附图，本发明将以用于解释的更详细的方式来描述，并且在任何意义上没有限制的目的，其中： [0023] 图1是包括根据本发明的两个夹紧圈的风力涡轮机的轴承布置的剖面图。 [0024] 图2是图1的组件的第一夹紧圈的局部剖视图。 [0025] 图3是图2的夹紧圈的后侧的透视图。 [0026] 图4是图2的夹紧圈的前侧视图。 [0027] 图5是图3的细节图。 [0028] 图6是图4的细节图。 [0029] 图7是图1至图6中的传感器单元的透视图。 [0030] 图8是图1至图6中的传感器单元在没有其盖板情况下的透视图。 [0031] 图9是图7和图8的传感器单元的分解图。 [0032] 图10是取出壳体的线路板以及图8和图9的传感器单元的传感器组件的示意图。 具体实施方式[0033] 图1是风力涡轮机的轴承布置的剖视图，其包括在后侧远离涡轮机转子 (未示出)的第一夹紧圈10以及在壳体14的前侧支撑转子的轴16的第二夹紧圈12。轴16经由形成为双转子滚子轴承的第一滚子轴承18和在前侧上形成为单排滚子轴承的第二滚子轴承20撑在壳体14中。 [0034] 外圈的轴向内侧，即面朝壳体14的中心的轴向侧与壳体中的台肩邻接，并且分别由夹紧圈10、12保持和预加载在其轴向外侧。 [0035] 图2是图1的组件的第一夹紧圈10的局部剖视图。如图所示，夹紧圈 10在面向轴承18的外圈的轴向外侧的轴向内侧上设置有凹部，并且传感器单元24安装在凹部22中。凹部的底面设置有两个孔26、28，并且两个轴向突出的杆状管道30、32安装在孔26、28中。传感器单元24的壳体34的第一个管道30在夹紧圈10的外侧轴向地引导传感器单元24的连接器经由36，并且壳体34的第二管道32接收设置在传感器单元24中的无线传送单元40 的天线38。 [0036] 图3是图2的夹紧圈10的后侧即轴向外侧的透视图。并且其示出了具有相关连接器的两个连接器电线36以及在夹紧圈10的轴线端面上突出的天线38。应当注意的是，用于将夹紧圈10固定在壳体14上的螺栓的孔在图3 和图4中示出。总共三个相关传感器单元24和凹部22设置在夹紧圈10(图 4)中。传感器单元24均匀地分布在夹紧圈10的圆周上。 [0037] 凹部22和壳体24具有基本相同的形状，使得传感器单元24的壳体34 可以容易地安装在凹部22中，然后从轴向方向观察凹部22和壳体的形状，并且凹部和壳体的曲率对应于圆的曲率，相对于轴承18、20和轴16的旋转轴线，该圆具有的半径对应于相应的径向位置。 [0038] 图4是图2和图3的夹紧圈的前侧视图，并且其示出的是，包括各种接触板的传感器单元24的接触表面基本上与夹紧圈10的接触表面42齐平的布置，这意味着与滚子轴承18的外圈的轴向端面接触。 [0039] 图5和图6是图3和图4的细节图。具有部分增加厚度的形式的加强结构78(用虚线示出)可以设置在凹部22的附近，以补偿由凹部22的存在导致的夹紧圈10的刚性损失。 [0040] 壳体34的轴向高度对应于凹部22的深度，使得当夹紧圈10安装至壳体时，传感器单元24的接触表面压靠着滚子轴承18的外圈的轴向端面。 [0041] 图7是如从轴承18的侧面观察的图1至图6的传感器单元24的透视图。 [0042] 传感器单元24配备有温度传感器、振动传感器、声发射(AE)传感器，以及摩擦应变仪形式的应变传感器，并且两个接触板44、46设置在面对组装状态中的轴承18的外圈的传感器单元24的侧面上，以便创建传感器与轴承18之间的良好的机械和热接触。 [0043] 凹部22的底部设置有与传感器单元24的壳体34的端部处的螺钉48、50接合的两个螺纹孔。传感器单元24的盖部部分52具有接收接触板44、 46的矩形孔洞，并且用四个螺钉固定在壳体34的主要部分上。包覆模制的 O形圈54设置在壳体34的盖部部分52的整个圆周上并且由软弹性材料制成，以便防止油或其它液体渗入接触板44、46与轴承外圈的轴向端面之间的接触区域。用作面密封部分的具有O形圈54的盖部部分52在双射成型工艺中形成。 [0044] 图8示出了移除盖板52后的传感器单元24。印刷电路板56布置在壳体 34的中心部分，并且传感器组件58、68分别布置在横向侧。 [0045] 图9和图10是图7和图8的传感器单元24的分解图，并且示出了具有 O形圈54的盖部部分52、具有传感器组件58、60的电路板56。 [0046] 传感器组件58包括声发射传感器62、振动传感器64以及温度传感器 66，并且传感器62、64、66安装在金属接触板44上。 [0048] 传感器组件和第二夹紧圈12中的凹部可以与上述凹部22和组件24相同或者以适当的方式在尺寸上适合。 |
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