具有高鉻含量的滾道的軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于風力渦輪的軸承和制造這樣的軸承的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風力渦輪的名義輸出功率的增加，風力渦輪的單個部件的大小和重量也增加。例如，當前大型風力渦輪的轉(zhuǎn)子直徑超過一百米。因此風力渦輪的軸承所承載的重量多年來顯著增加。在操作期間，頻繁地發(fā)生風向和風速的變化，這增加了置于軸承上的負荷。因此，需要一種軸承，其能夠承載非常高的負荷而不經(jīng)受由于疲勞產(chǎn)生的問題，例如裂縫生成等。
[0003]因此，本發(fā)明的目標是提供能夠耐受非常高負荷的軸承。本發(fā)明的另一目標是提供制造這種軸承的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]出于這些原因，本發(fā)明提供了一種用于風力渦輪的軸承。該軸承包括繞旋轉(zhuǎn)軸線同心地設(shè)置的內(nèi)部環(huán)和外部環(huán)。外部環(huán)具有在外部環(huán)的內(nèi)側(cè)處的外部滾道，并且內(nèi)部環(huán)具有在內(nèi)部環(huán)的外側(cè)處的內(nèi)部滾道。外部滾道和內(nèi)部滾道適于承載被可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在外部滾道和內(nèi)部滾道上且在內(nèi)部環(huán)和外部環(huán)之間的多個滾子。根據(jù)本發(fā)明，軸承進一步包括被設(shè)置在外部滾道和內(nèi)部滾道中一者上的至少一層。此外，內(nèi)部環(huán)或外部環(huán)中對應(yīng)一個的主體包括具有第一鉻含量的第一金屬成分。該層包括具有比第一鉻含量更高的第二鉻含量的第二金屬成分。具體地，本發(fā)明的軸承可以包括被設(shè)置在內(nèi)部滾道或外部滾道中任一者上的一層，或者其可以包括兩層，其中一層被設(shè)置在內(nèi)部滾道上且另一層被設(shè)置在外部滾道上。在這樣的情況下，每層均具有比其所置于的軸承環(huán)更高的鉻含量。
[0005]滾道是在風力渦輪的操作期間經(jīng)歷最大負荷的軸承的部分。較高鉻含量使其更加抵抗由于高負荷導(dǎo)致的應(yīng)力，并且尤其有效地抵抗白蝕裂紋，該白蝕裂紋的特征在于形成表面下裂紋，且在裂紋周圍材料變形。當使用Nital蝕刻時，圍繞裂紋的材料在光學顯微鏡下將呈現(xiàn)白色。
[0006]所述層的較高鉻含量導(dǎo)致較高的材料成本。因此，通過針對軸承環(huán)的主體和要被置于滾道上的層使用不同金屬成分提供了一種既能堅固地抵抗高負荷又具有低造價的軸承。本發(fā)明尤其適用于具有主要由鐵基合金制成的內(nèi)部和/或外部環(huán)的軸承，因為例如鎳基超合金的其他合金雖不易受白蝕裂紋的影響但是也昂貴得多。
[0007]裂紋最可能產(chǎn)生的精確深度取決于軸承的幾何構(gòu)型。因此，應(yīng)該根據(jù)軸承的幾何構(gòu)型來選擇層的厚度。優(yōu)選地，層具有至少I毫米的厚度。白蝕裂紋通常出現(xiàn)于恰好在出現(xiàn)最大赫茲壓力的滾道的表面之下。因此至少I毫米的厚度是有利的，以便有效地減少軸承對白蝕裂紋的易受性。
[0008]此外，層優(yōu)選地具有最大4毫米的厚度。白蝕裂紋很少出現(xiàn)在承受負荷的表面之下超過4毫米，以致太厚的滾道將增加軸承的總成本而不會導(dǎo)致會證明這種增加的改進。
[0009]第二鉻含量可以是按重量計至少百分之五。按重量計至少百分之十五的鉻含量可能使得材料主要不受白蝕裂紋形成的影響且因此是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，使用按重量計低至百分之五或十的鉻含量已經(jīng)可以實現(xiàn)堅固性的實質(zhì)性改進。也可以存在其他合金元素，例如碳、鉬、鎳、錳、硅和/或氮。
[0010]所述層被設(shè)置在主體的接觸區(qū)域上。內(nèi)部環(huán)和外部環(huán)中的對應(yīng)一個可以包括表面硬化區(qū)，其包括所述層和主體的鄰近接觸區(qū)域的部分。例如借助于表面硬化處理(例如感應(yīng)硬化或者表面滲碳硬化)的表面硬化進一步增加了軸承的堅固性。
[0011]出于與上面解釋的相同的原因，主體的鄰近接觸區(qū)域的所述部分的優(yōu)選厚度是至少I毫米。此外，主體的鄰近接觸區(qū)域的所述部分優(yōu)選地具有最大4毫米的厚度。
[0012]第一鉻含量可以是按重量計在百分之一和二之間。具有這樣的比較低的鉻含量的材料會導(dǎo)致低造價的軸承。也可以存在其他合金元素，例如碳、鉬、鎳、錳、硅和/或氮。
[0013]本發(fā)明的第二方面提供制造根據(jù)本發(fā)明第一方面的軸承的方法。該方法包括步驟:
-形成所述軸承的內(nèi)部環(huán)和外部環(huán)，其中，所述內(nèi)部環(huán)和所述外部環(huán)中的至少一者包括主體，該主體包括具有第一鉻含量的第一金屬成分；
-設(shè)置一層，該層包括具有比所述內(nèi)部環(huán)的外側(cè)和所述外部環(huán)的內(nèi)側(cè)中一者上的所述第一鉻含量更高的第二鉻含量的第二金屬成分；
-形成多個滾子；以及
-組裝所述軸承，以致所述內(nèi)部環(huán)和所述外部環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線同心地設(shè)置并且所述滾子被設(shè)置在所述層上且在所述內(nèi)部環(huán)和所述外部環(huán)之間。
[0014]所述方法優(yōu)選地進一步包括步驟:在將所述層設(shè)置在所述外部環(huán)的所述內(nèi)側(cè)或所述內(nèi)部環(huán)的所述外側(cè)上之后表面硬化所述層。能夠用于表面硬化所述滾道的適當?shù)谋砻嬗不幚淼氖纠歉袘?yīng)硬化。此外，不同硬化方法可以應(yīng)用于表面硬化處理的不同步驟，例如淬透、淬火和回火、表面硬化或者表面滲碳硬化。
[0015]所述層可以通過不同方法被固定到內(nèi)部環(huán)或者外部環(huán)，所述方法例如焊接、激光焊接、熱噴涂或類似方法。
[0016]外部環(huán)和/或內(nèi)部環(huán)的主體可以通過將第二金屬成分鍛造和/或輥扎到環(huán)上而形成。所述主體可以被淬火和回火。隨后，在層被設(shè)置在主體上之前，主體可以被機加工成所需幾何尺寸。當所述層被添加到所述主體時，外部環(huán)或者內(nèi)部環(huán)可以被再次機加工，以便實現(xiàn)外部環(huán)或者內(nèi)部環(huán)的最終幾何尺寸。這種機加工處理可以包括多個步驟，例如切削、硬切削、研磨和鏜磨。此外，表面硬化處理可以被應(yīng)用在內(nèi)部環(huán)上或者外部環(huán)上的層處。
[0017]大體而言，本發(fā)明的制造方法的不同處理步驟的次序可以根據(jù)要被制造的特定軸承的需求被互換。
【附圖說明】
[0018]從借助于示例來描述本發(fā)明優(yōu)選實施例的以下附圖中將更好地理解本發(fā)明。在附圖中:
圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的軸承的風力渦輪；
圖2示出了本發(fā)明的軸承的示例性實施例；以及圖3示出圖2的軸承的部分放大圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的軸承I的風力渦輪20。風力渦輪20進一步包括塔12、設(shè)置在塔12的頂端處的機艙15以及轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括多個轉(zhuǎn)子葉片10和一個轉(zhuǎn)子轂Ilo轉(zhuǎn)子轂11被連接到位于機艙15內(nèi)部的軸承I。此外，轉(zhuǎn)子被連接到用于將轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機13。軸承I和發(fā)電機13可以被連接到主軸14。轉(zhuǎn)子轂11、軸承1、發(fā)電機13和主軸14繞旋轉(zhuǎn)軸線16被設(shè)置。然而，在包括齒輪箱的風力渦輪中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的，發(fā)電機13不需要繞旋轉(zhuǎn)軸線16被設(shè)置。
[0020]圖2示出了本發(fā)明的軸承I的示例性實施例。在圖2中所示