用于可旋转地支承机器部件的轴承装置及将圆锥滚子轴承固定在机器部件上的方法

摘要

本发明涉及一种轴承装置，其具有用于可旋转地支承机器部件(3)的双列圆锥滚子轴承(1)和用于将所述圆锥滚子轴承(1)固定在所述机器部件(3)上的紧固装置(2)。所述圆锥滚子轴承(1)具有外径为至少一米的外圈(5)、第一内圈(7)、轴向地布置在所述第一内圈(7)旁边的第二内圈(9)、一组圆锥形的在所述外圈(5)和所述第一内圈(7)之间滚动的第一滚动体(11)和一组圆锥形的、轴向地布置在第一滚动体(11)旁边并且在所述外圈(5)和所述第二内圈(9)之间滚动的第二滚动体(12)。所述紧固装置(2)具有刚性部件(18)和可弹性变形的部件(19、23)。所述紧固装置(2)的刚性部件(18)轴向地止挡在所述机器部件(3)上。所述紧固装置(2)可弹性变形的部件(19、23)轴向地夹紧并且由此相对松弛的状态轴向地变形。所述紧固装置(2)可弹性变形的部件(19、23)与所述圆锥滚子轴承(1)的第一内圈(7)、与所述圆锥滚子轴承(1)的第二内圈(9)、与所述紧固装置(2)的刚性部件(18)或与所述机器部件(3)连接。

说明书

本发明涉及一种轴承装置，其具有设计成双列圆锥滚子轴承的用于可旋 转地支承机器部件的大型轴承和用于将该圆锥滚子轴承固定在机器部件上 的紧固装置。此外，本发明还涉及一种带有这种轴承装置的风能设备以及一 种用于将圆锥滚子轴承固定在机器部件上的方法。

以下将具有直径为至少一米的外圈的轴承称作大型轴承。对大型轴承而 言还可以用其它标准并且尤其是其它直径数值来定义。但无论在哪种情况下 都重要的是，这种大型轴承明显大于一般在日常应用中，例如在轿车中使用 并且外径为若干厘米的轴承。

对于大型轴承的结构来说，从已知的“小型”轴承出发对轴承几何结构 单纯的放大一般没有意义，因为在大型轴承中通常首先考虑其它的标准，例 如重量、为制造所需使用的材料、装配耗费、维修可能性等。

已经公知的是，通过轴向的夹紧将大型轴承固定在轴上。为此，大型轴 承在轴向侧支承在轴肩上。在相对置的一侧，夹紧环轴向地压靠到大型轴承 上，以便大型轴承在轴肩和夹紧环之间轴向地夹紧。因为例如设计成圆锥滚 子轴承的大型轴承的轴向夹紧会影响大型轴承内部间隙或内部预紧力，所以 精确调整作用在大型轴承上的轴向力有时是很重要的。与之相关地，例如已 知为了补偿公差在大型轴承和夹紧环之间轴向地设有单独匹配的垫圈。但垫 圈的单独制造或者从一类的垫圈中挑选配合的垫圈需要额外的耗费。

本发明所要解决的技术问题是，能够用较小的耗费以定义的预紧力装配 具有设计成圆锥滚子轴承的大型轴承的轴承装置。

该技术问题通过一种具有权利要求1的特征组合的轴承装置和一种如权 利要求13所述的用于固定圆锥滚子轴承的方法解决。

按本发明的轴承装置具有用于可旋转地支承机器部件的双列圆锥滚子 轴承和用于将所述圆锥滚子轴承固定在所述机器部件上的紧固装置。所述圆 锥滚子轴承具有外径为至少一米的外圈、第一内圈、轴向地布置在所述第一 内圈旁边的第二内圈、一组圆锥形的在所述外圈和所述第一内圈之间滚动的 第一滚动体和一组圆锥形的、轴向地布置在第一滚动体旁边并且在所述外圈 和所述第二内圈之间滚动的第二滚动体。所述紧固装置具有刚性部件和可弹 性变形的部件。所述紧固装置的刚性部件轴向地止挡在所述机器部件上。所 述紧固装置可弹性变形的部件轴向地夹紧并且由此相对松弛的状态轴向地 变形。所述紧固装置可弹性变形的部件与所述圆锥滚子轴承的第一内圈、与 所述圆锥滚子轴承的第二内圈、与所述紧固装置的刚性部件或与所述机器部 件连接。

本发明的优点是，通过较小的耗费确保圆锥滚子轴承的轴向预紧力处于 预先给定的范围内。通过使用可弹性变形的部件，可以补偿在所使用的部件 中的尺寸公差。如果在所使用的部件中保持允许的尺寸公差，就确保了圆锥 滚子轴承的轴向预紧力处于预先给定的范围内。为此不再需要单独的匹配或 调校措施。通过可弹性变形的部件与本来就存在的部件的连接还可以实现， 不会增多在轴承装置装配时需要操作的部件的数量，并且据此快速且有效地 实施装配。

按本发明的轴承装置可尤其设计成，使得第一内圈轴向地止挡在机器部 件上或与机器部件共同作用地轴向夹紧紧固装置的可弹性变形的部件，并且 第二内圈轴向地止挡在紧固装置的刚性部件上或与紧固装置的刚性部件共 同作用地轴向夹紧紧固装置的可弹性变形的部件。

紧固装置可弹性变形的部件材料接合式地，尤其通过硫化胶合处理，与 圆锥滚子轴承的第一内圈、与圆锥滚子轴承的第二内圈、与紧固装置的刚性 部件或与机器部件连接。这种连接可以用较小的耗费建立并且具有足够的强 度。

同样也存在这种可能性，即，紧固装置可弹性变形的部件与圆锥滚子轴 承的第一内圈、圆锥滚子轴承的第二内圈、紧固装置的刚性部件或机器部件 设计成一体式，并且尤其由与圆锥滚子轴承的第一内圈、圆锥滚子轴承的第 二内圈、紧固装置的刚性部件或机器部件相同的材料制成。这种实施变型方 案提供了一种成本特别低且寿命较长的实现形式。

紧固装置的可弹性变形的部件尤其可以具有相对刚性部件较小的材料 厚度。由此按照很简单的方式实现了更容易的可变形性。紧固装置可弹性变 形的部件例如可以设计成刚性部件的法兰形突起。

紧固装置的刚性部件和/或可弹性变形的部件设计成沿周向闭合的环。由 此可以保持单个部件的数量较少。但同样还可行的是，紧固装置的刚性部件 和/或可弹性变形的部件沿周向分段地设计。由此，尤其可以在很大的轴承装 置中简化操作，并且可以在不容易接近时减少装配耗费。

紧固装置可弹性变形的部件例如可以由弹簧钢或塑料，尤其由弹性体材 料制成。这些材料用低廉的成本就可获得并且可在一段足够的变形量或变形 行程上弹性地变形。

机器部件例如可以设计成轴连接件或轴。

在一个优选的实施例中，轴承装置设计成风能设备的部件。在风能设备 中使用很大尺寸的轴承装置，并且期望较短的装配时间。尤其在近海工程设 备中装配时间甚至会具有突出的意义，因为只能在有利的天气条件下装配。

本发明还涉及一种具有固定在风轮轴上的风轮的风能设备，该风轮轴可 旋转地支承在按本发明的轴承装置中。

此外本发明还涉及一种用于借助具有刚性部件和可弹性变形的部件的 紧固装置将外径为至少一米的圆锥滚子轴承固定在机器部件上的方法。在按 本发明的方法中，紧固装置的刚性部件轴向地靠近机器部件，直到该刚性部 件止挡在机器部件上。在此紧固装置可弹性变形的部件与圆锥滚子轴承、与 紧固装置的刚性部件或与机器部件连接，以轴向地变形这样一段变形量，从 而以数值在预先给定的最小值与预先给定的最大值之间的轴向力将圆锥滚 子轴承轴向地夹紧在夹紧装置的刚性部件和机器部件或与机器部件连接的 固定元件之间。

因为紧固装置的刚性部件轴向靠近机器部件直到止挡在该机器部件上， 并且由此在不用其它校准措施的情况下就将圆锥滚子轴承调节到合适的预 紧力，所以按本发明的方法可以很容易且快速地实施。

尤其在按本发明的方法中，紧固装置的可弹性变形的部件可以在其弹性 常数和其允许的尺寸公差方面，以及紧固装置的刚性部件、机器部件和圆锥 滚子轴承可以在其允许的尺寸公差方面相互协调，使得在允许的尺寸公差范 围内获得的最小轴向变形量与紧固装置的可弹性变形的部件的弹性常数的 乘积至少相当于轴向力预先给定的最小值。

此外，在按本发明的方法中，紧固装置的可弹性变形的部件在其弹性常 数和其允许的尺寸公差方面，以及紧固装置的刚性部件、机器部件和圆锥滚 子轴承在其允许的尺寸公差方面相互协调，使得在允许的尺寸公差范围内获 得的最大轴向变形量与紧固装置的可弹性变形的部件的弹性常数的乘积最 大相当于轴向力预先给定的最大值。

以下根据在附图中示出的实施例阐述本发明。附图中：

图1是按本发明的轴承装置的一个实施例的剖面示意图；

图2是按本发明的轴承装置的另一个实施例的剖面示意图以及；

图3是图1中所示的按本发明的轴承装置的实施例在装配时的剖面图。

图1示出按本发明设计的轴承装置的实施例的剖面示意图。轴承装置具 有双列圆锥滚子轴承1和紧固装置2，圆锥滚子轴承1通过该紧固装置2固 定在轴连接件3上。轴连接件3例如可以固定在图中未示出的由风能设备的 风轮驱动的风轮轴上。

圆锥滚子轴承1具有旋转轴线4。只要下面没有其它不同说明，有关方 向的说明就是分别相对于圆锥滚子轴承1的旋转轴线4而言的。因此轴向是 平行于圆锥滚子轴承1的旋转轴线4的方向。径向是垂直于圆锥滚子轴承1 的旋转轴线4的方向。

圆锥滚子轴承1具有带两个轴向并排布置的圆锥形滚道的外圈5，这两 个滚道共同形成V形剖面。外圈5具有至少为1米的外径并且具有可以使外 圈5固定在图中未示出的壳体上的轴向孔6。此外，圆锥滚子轴承1还具有 两个轴向并排布置的、分别具有圆锥形滚道的内圈7和9。内圈具有轴向外 端面8，内圈9具有轴向外端面10。外圈5和两个内圈7、9在所示的实施 例中设计成在周向上闭合的环。原则上也可以使用分段的环。

设计为圆锥形的滚动体11在内圈7的滚道上和外圈5相邻的滚道上滚 动。设计为圆锥形的滚动体12在内圈9的滚道上和外圈5的相邻滚道上滚 动。滚动体11布置在保持架13中，滚动体12布置在保持架14中。保持架 13、14可以分段地或在周向上闭合地设计。例如各保持架段可以在周向上相 互连接，如DE 10246825A1公开的那样并且由塑料制成。

两个内圈7、9布置在轴连接件3上并且抗扭地与轴连接件3连接。为 此，轴连接件3具有带轴向止挡面16的轴肩15，内圈7通过其轴向外端面 8轴向地止挡在该轴向止挡面16上。此外，轴连接件3在其与轴肩15对置 的轴端具有轴向止挡面17。

夹角装置2具有夹紧圈18和弹性圈19。夹紧圈18例如由金属，尤其是 钢制成，并且具有轴向孔20且在轴向孔20的区域内具有轴向止挡面21，该 轴向止挡面21止挡在轴连接件3的轴向止挡面17上。弹性圈19固定在夹 紧圈18的轴向侧，该轴向侧面朝圆锥滚子轴承1的内圈9的轴向外端面10 并且具有贴靠在内圈9的轴向外端面10上的轴向端面22。

在所示的实施例中，弹性圈19由弹性体材料制成，并且通过硫化胶合 处理与夹紧圈18连接。但为了将弹性圈19固定在夹紧圈18上，也可以考 虑其它材料接合式连接。同样也可以是形状配合式连接。此外，在所示的实 施例中夹紧圈18和弹性圈19分别沿周向闭合地设计。作为备选，夹紧圈18 和/或弹性圈19也可以设计成分段式的。

弹性圈19轴向地夹紧在圆锥滚子轴承1的内圈9与夹紧圈18之间，因 为内圈7通过轴连接件3的轴肩15防止沿轴向移位，并且夹紧圈18借助紧 固螺栓24与轴连接件3螺纹连接。相对未变形的状态，弹性圈沿轴向被镦 压一段轴向变形量x。在圆锥滚子轴承1的内圈7、9上相应地作用有轴向力 F，弹性圈19轴向镦压得越强烈，该轴向力F就越大，即轴向变形量x就越 大。因此，圆锥滚子轴承1受到轴向预紧力，该预紧力的大小相当于轴向力 F。在弹性圈19具有弹性常数k时，产生的轴向力F为：F＝k*x。

弹性圈19的轴向变形量x通过夹紧圈18以其轴向止挡面21轴向地止 挡在轴连接件3的轴向止挡面17上来限定。可以借助紧固螺栓24使夹紧圈 18轴向移动直至达到所述止挡状态，该紧固螺栓24轴向地穿过轴向孔20 并且拧入轴连接件3中。

在圆锥滚子轴承1装配好的状态中，紧固螺栓24完全拧紧，使得夹紧 圈18轴向地止挡在轴连接件3上。由此，原则上精确地定义出了弹性圈19 的轴向变形量x并且进而精确地定义出了作用在内圈7、9上的轴向力F， 据此精确地预先给出了圆锥滚子轴承1的轴向预紧力。由于弹性圈19、夹紧 圈18、轴连接件3和内圈7、9轴向尺寸的公差，弹性圈19的变形量x在装 配好的状态下并不总是精确地具有相等的值，而是可能在最小值x_min与 x_max之间的带宽范围内变化。据此，作用在内圈7、9上的轴向力F也可 能在最小值F_min与最大值F_max之间变化。

对于在轴向尺寸设计中最大程度用尽公差的第一种组合，获得轴向变形 量x的最小值x_min并且进而获得轴向力F的最小值F_min。在最大程度用 尽公差的第二种组合中，获得轴向变形量x的最大值x_max并且进而还获得 轴向力F的最大值F_max。

具体地，轴向变形量x随着在弹性圈19未变形的状态下弹性圈19的轴 向端面22与夹紧圈18的轴向止挡面21之间的轴向距离a1的增大而增大， 随着轴连接件3的两个轴向止挡面16、17之间的轴向距离a2的增大而减小， 并且随着内圈7、9的轴向外端面8、10之间的轴向距离a3的增大而增大。 对于a1和a3的最小允许值和a2的最大允许值的组合，获得轴向力的最小 值F_min。对于a1和a3的最大允许值和a2的最小允许值的组合，获得轴向 力F的最大值F_max。

为确保内圈7、9上的轴向力F，并且进而确保圆锥滚子轴承1的轴向 预紧力即使在轴向距离a1、a2、a3的公差不利的组合中也处于允许的范围 内，轴向距离a1、a2和a3的允许公差和弹性圈19的弹性常数k相互协调， 使得轴向力F的最小值F_min和最大值F_max分别刚好还处于允许范围内。

按本发明的轴承装置在图1中所示的实施例可以尤其在紧固装置2的设 计上以各种方式变型。例如弹性圈19可以不安设在夹紧圈18上，而是安设 在圆锥滚子轴承1的内圈9的轴向外端面10上。原则上甚至可以将弹性圈 19安设在圆锥滚子轴承1的内圈7的轴向外端面8上或轴连接件3的轴肩 15的止挡面16上。

此外，还存在用其它类型的弹性部件代替弹性圈19的可能性。这种变 型的实施例在图2中示出。

图2示出按本发明的轴承装置的另一个实施例的剖面示意图。在该实施 例中，圆锥滚子轴承1和轴连接件3的设计完全与图1所示的实施例一致。

但在紧固装置2中省去了图1所示的弹性圈19。取而代之，夹紧圈18 具有法兰形的、径向倾斜向外延伸的突起23。法兰形的突起23的定向尤其 选择为，使得它朝向内圈9延伸，并且通过夹紧贴靠在内圈9的轴向外端面 10上。

为此，法兰形的突起23由弹性材料，尤其由弹簧钢制成。在所示的实 施例中，法兰形的突起23与夹紧圈18设计成一体式，并且具有比夹紧圈18 的其它区域更小的材料厚度。相应地，包括法兰形的突起23的整个夹紧圈 18可以由相同的材料制成。但在此存在这种可能性，例如借助适当的热处理 与位置有关地改变硬度。尤其是夹紧圈18可以在法兰形的突起23的区域内 具有提高的硬度和弹性。此外还可以分段地设计包括法兰形的突起23在内 的整个夹紧圈18。

按照与图1所述相似的方式轴向夹紧圆锥滚子轴承1并且在圆锥滚子轴 承1中产生预紧力。参照图1所作出的关于部件公差和轴向变形量x的说明 内容在此也类似地适用，其中，法兰形的突起23与弹性圈19相似地同样具 有弹性常数k，并且采用相当于松弛状态下的夹紧圈18的法兰形突起23的 最大轴向突出量的轴向位置来计算轴向距离a1。

圆锥滚子轴承1在轴连接件3上的装配和固定通过紧固装置2按本发明 的设计而明显更简单并且可以按以下所述的方式实施。该说明以轴承装置在 图1所示的实施例为基础。在图2中所示的实施例或其它变型方式中可以以 相似的方式进行。

首先，圆锥滚子轴承1从与轴肩15轴向对置的一侧轴向地推套到轴连 接件3上，直到圆锥滚子轴承1的内圈7的轴向外端面8止挡在轴连接件3 的轴肩15的轴向止挡面16上。取决于轴连接件3和圆锥滚子轴承1的内圈 7、9之间是否存在径向尺寸重叠，可能需要将圆锥滚子轴承1压装到轴连接 件3上和/或加热内圈7、9以扩宽内圈7、9或冷却轴连接件3。

在圆锥滚动轴承1达到其在轴连接件3上的最终位置时，紧固装置2从 与圆锥滚子轴承1相同的一侧轴向地推套到轴连接件3上，直到紧固装置2 的弹性圈19的轴向端面22接触内圈9的轴向外端面10为止。该情况在图3 中示出。

图3示出按本发明的轴承装置在图1中所示的实施例在装配时的剖面 图。

在下一个步骤中，将紧固螺栓24引入夹紧圈18的轴向孔20中并且拧 紧。由此紧固装置2进一步靠近圆锥滚子轴承1，直到紧固装置2的夹紧圈 18的轴向止挡面21轴向地止挡到轴连接件3的轴向止挡面17上为止。在此， 紧固装置2的弹性圈19在圆锥滚子轴承1的内圈9和紧固装置2的夹紧圈 18之间轴向地夹紧并且镦压一段轴向变形量x。

若需要使用力将紧固装置2推套到轴连接件3上，则也可以紧接在将紧 固装置2设置到轴连接件3上之后开始引入紧固螺栓24并且将其拧紧。

在紧固装置2的夹紧圈18止挡在轴连接件3上之后，更强劲地拧紧紧 固螺栓，直到分别达到预先给定的拧紧力矩为止。然后结束圆锥滚子轴承1 的装配和固定。该情况在图1中示出。

通过在位于一侧的轴连接件3的轴肩15与位于另一侧的紧固装置2之 间轴向地夹紧，圆锥滚子轴承1抗扭地与轴连接件3连接，并且具有在期望 范围内的轴向预紧力。

附图标记清单

1圆锥滚子轴承

2紧固装置

3轴连接件

4旋转轴线

5外圈

6轴向孔

7内圈

8轴向外端面

9内圈

10轴向外端面

11滚动体

12滚动体

13保持架

14保持架

15轴肩

16轴向止挡面

17轴向止挡面

18夹紧圈

19弹性圈

20轴向孔

21轴向止挡面

22轴向端面

23法兰形突起

24紧固螺栓