精加工轴承套圈的方法技术

本发明专利技术涉及精加工轴承套圈的方法。一种机加工风力涡轮机轴承（1）的轴承套圈（11、12）的方法，所述方法包括以下步骤：识别轴承套圈（11、12）的表面（112、122、14）上的多个局部硬区（Z）；以及从表面（112、122、14）移除材料，使得局部硬区（Z）中的轴承套圈厚度（h

Method of finishing bearing ring

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】精加工轴承套圈的方法
本专利技术描述了一种精加工风力涡轮机轴承的轴承套圈的方法；一种轴承套圈精加工组件；一种风力涡轮机轴承；以及一种风力涡轮机。
技术介绍
在风力涡轮发电机的情况下，组合的毂部、主轴承、主轴和发电机转子的总体刚度必须足够大，以即使在极端负载条件下也保持发电机中的令人满意的气隙。风力涡轮机转子（毂部和转子叶片的组合）在风力涡轮机的操作期间将倾向于沿各种方向偏转，并且主轴承（其直径在兆瓦级直接驱动风力涡轮机的情况下能够为大约几米）必须具有足够刚度以能够承受这些偏转，使得通常为大约仅几毫米的气隙在所有操作条件下都保持基本上恒定。轴承的设计将基于有关周围结构的信息，特别是周围结构的刚度以及将在操作期间预期的负载。诸如风力涡轮机主轴承的轴承必须被制造为在滚道系统（包括滚道（raceway）和滚子元件）中达到非常高的精确度，以便将内套圈和外套圈之间的任何角度未对准保持在可接受的水平内；在轴承的滚动元件之间实现令人满意的负载分担；以及在操作期间实现可接受的表面压力分布。对轴承预期寿命的估计一般基于关于轴承内部的负载分担和表面压力分布的详细信息。轴承的期望的精确度是在最终机加工工艺期间（通常通过磨削）实现的，并被应用遍及整个滚道表面（即，遍及360°），以确保滚道表面在完整圆周中关于例如轮廓、滚道节圆直径、滚道接触角度等尽可能均匀。通常，滚道被机加工到非常高的精确度，其中公差大约仅几微米，常常小至10μm。尽管风力涡轮机的主轴承能够被制造为达到非常高的质量水平，但是已知的机加工技术不能够完全避免疲劳损坏，并且这最终对轴承的预期寿命或计算寿命设定了上限。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种精加工轴承的改善的方式以克服上文所提及的问题。该目的通过以下各者实现：权利要求1的用于磨削风力涡轮机轴承的轴承套圈的方法；权利要求8的磨削组件；权利要求13的风力涡轮机轴承；权利要求14的风力涡轮机。根据本专利技术，精加工风力涡轮机轴承的轴承套圈的方法包括以下步骤：识别轴承套圈的表面上的多个局部硬区；以及从轴承的表面移除材料，使得局部硬区中的轴承套圈厚度小于局部硬区外部的轴承套圈厚度。轴承套圈能够通过使用任何合适的机加工工艺精加工，诸如磨削或车削。一般地，磨削是选择的工艺。因此，在下文中，在不以任何方式限制本专利技术的情况下，可以假设最终的精加工步骤涉及磨削轴承套圈的表面以实现期望的轮廓。除非另有指示，否则术语“机加工”和“磨削”可以被视为同义词。在该精加工步骤中被机加工的表面可以简单地被称为“机加工表面”或“磨削表面”。已知的或已确立的磨削工艺集中在制造未组装和未加载的轴承套圈和滚道上，这些轴承套圈和滚道遍及轴承的完整圆周具有尽可能均匀的表面轮廓。风力涡轮机的轴承在被机加工以实现此类均匀的滚道轮廓时可以遭受由于轴承内部所谓的“局部硬区”而造成的加速的疲劳损坏。局部硬区是滚道中一区域，与同一滚道中的相邻区域相比，该区域中的滚子负载明显较高。对于大型轴承，滚子负载一般为大约几十千牛顿（kN）。在局部硬区中，轴承滚道上的表面压力也高于同一滚道中的相邻区域中的表面压力。表面压力一般为大约900至1800兆帕（MPa）。在精加工阶段中经受常规均匀磨削步骤的风力涡轮机主轴承中，由于风力涡轮机转子（毂部和转子叶片的组合）上负载的波动特性，产生了相对大的局部硬区（遍及几十度）。轴承中局部硬区的存在将对轴承寿命具有负面影响，并且可以被理解为轴承寿命的限制因素之一。局部硬区在轴承表面上的位置以及其形状或外形能够通过针对该具体的轴承类型及其预期负载的高级有限元分析（FEM）计算来确定。在识别多个局部硬区之后，本专利技术的方法中的后续步骤是根据具体的机加工轮廓遍及轴承表面的完整圆周（即，遍及360°）进行不均匀磨削（或适当地车削）。轴承的机加工表面上所产生的不均匀轮廓将以从标称高度到在针对该轴承类型所识别的局部硬区中的每个中的较低高度的过渡部为特征。由于从被识别为局部硬区的区域移除了材料，因此在风力涡轮机的操作期间，使用本专利技术的方法机加工的任何轴承都将基本上没有此类局部硬区。因此，与未使用本专利技术的方法精加工的轴承（即，遍及其滚道中的每个具有均匀轮廓的轴承）相比，本专利技术的方法能够将此类轴承的寿命延长10％至30％。通常期望使用常规精加工技术制造的风力涡轮机轴承具有二十年左右的寿命。本专利技术的方法考虑了轴承的完整负载，包括来自局部硬区的负面影响。结果，滚子和滚道在此类“局部硬区”中未经受过多的负载，由此导致更长的轴承寿命。本专利技术的方法能够在极大程度上有效地减小局部硬区的面积。代替延伸遍及在轴承滚道上横跨数十度的弧，任何剩余的局部硬区均可以被完全消除，或被减小到仅几度的弧内。这样做的效果是延长轴承的寿命。能够将此类轴承的寿命延长几年是一个非常明显的优势。根据本专利技术，机加工组件包括：支撑件，其被实现为在机加工程序期间保持风力涡轮机的轴承套圈；诸如磨削轮的机加工工具，其布置成从轴承套圈的机加工表面移除材料；以及控制单元，其被实现为控制至少机加工工具。基本上存在实现期望的机加工模式的两种主要方式。在一个实施例中，本专利技术的机加工组件的控制单元被实现为接收确定待机加工表面上的一个或多个局部硬区的位置的信息，并且该控制单元被实现为控制机加工工具的位置，以便与在局部硬区之间的区域中相比在更大程度上在局部硬区中减小轴承套圈厚度。在替代性实施例中，机加工组件包括多个变形装置，所述变形装置布置成迫使局部硬区更接近机加工工具。由于轴承套圈的变形的形状，遍及局部硬区的轴承套圈厚度与这些局部硬区之间的任何区域中的轴承套圈厚度相比在更大程度上被减小。在该替代性实施例中，不需要相对于局部硬区来调节机加工工具位置。根据本专利技术，风力涡轮机轴承包括内轴承套圈和外轴承套圈，并且使用本专利技术的方法对轴承套圈的至少一个表面进行磨削。根据本专利技术，风力涡轮机包括：多个转子叶片，其安装到毂部；发电机，其具有外转子和内定子；以及轴承，其包括固定的内轴承套圈和可旋转的外轴承套圈，该外轴承套圈将毂部连接到发电机转子，其中，在精加工步骤中使用本专利技术的方法对轴承套圈中的至少一个进行机加工。有利地，本专利技术的轴承套圈能够更好地承受由转子上的组合的重力和风力负载产生的负载，并且因此具有有利长寿命。包含了此类轴承的任何风力涡轮机均能够有利地得益于轴承的延长寿命。本专利技术的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如以下描述中所揭示。可以适当地组合不同权利要求类别的特征，以给出本文中未描述的另外的实施例。本专利技术的方法能够应用于可以得益于表面（诸如，滚道）的不均匀磨削的任何类型的轴承。例如，本专利技术的方法能够应用于滚子轴承类型的叶片变桨距轴承。这些轴承也可以展现出局部硬区，并且可以得益于本专利技术的方法以消除或至少明显地减少硬区。然而，在不以任何方式限制本专利技术的情况下，可以假设轴承是风力涡轮机的主轴承。磨削表面上的局部硬区的示例能够是对应于当轴承被安装在风力涡轮机中时转子叶片相对于轴承套圈的未来位置的区或区域。此类局部硬区或“叶片区域”能够被认为是将由被安装到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种机加工风力涡轮机轴承（1）的轴承套圈（11、12）的方法，所述方法包括以下步骤：/n- 识别所述轴承套圈（11、12）的表面（112、122、14）上的多个局部硬区（Z）；以及/n- 从所述表面（112、122、14）移除材料，使得局部硬区（Z）中的轴承套圈厚度（h

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170315 DE 102017204340.71.一种机加工风力涡轮机轴承（1）的轴承套圈（11、12）的方法，所述方法包括以下步骤：
-识别所述轴承套圈（11、12）的表面（112、122、14）上的多个局部硬区（Z）；以及
-从所述表面（112、122、14）移除材料，使得局部硬区（Z）中的轴承套圈厚度（hz）小于局部硬区（Z）外部的轴承套圈厚度（hN）。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，表面（112、122）是所述轴承套圈（11、12）的滚道（112、122）。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，表面（14）是轴承套圈（12）的凸缘面（14）。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，局部硬区（Z）的位置与转子叶片（21）相对于所述轴承套圈（11、12）的位置相关。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：确定遍及所述表面的机加工深度轮廓（P）。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于风力涡轮机转子负载值（30_DW）而确定轴承套圈厚度（hz、hN）和/或机加工深度轮廓（P）。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在局部硬区（Z）中，从轴承表面（112、122、14）移除材料以实现所述局部硬区（Z）中的所述表面（112、122、14）的角度校正。


8.一种机加工组件（3），包括：
-支撑件（32），所述支撑件（32）被实现为在机加工程序期间保持风力涡轮机（2）的轴承套圈（11、12）；
-机加工工具（31），所述机加工工具（31）被布置成从所述轴承套圈（11、12）的机加工表面（112、122、14）移除材料；
-控制单元（33），所述控制单元（33）被实现为控制至少所述机加工工具（31）；并且
其中，所述控制单元（33）被实现为接收确定所述机加工表面（112、122、14）上的一个或多个局部硬区（Z）的位置的信息（D），以及控制所述机加工工具（31）以与在局部硬区（Z）之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：TK默勒，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK