滑动轴承的制作方法

本发明涉及一种滑动轴承，特别是风力涡轮机齿轮箱的轴承，其具有至少一个具有表面粗糙度的滑动表面。本发明还涉及一种制造此类滑动轴承的方法。本发明还涉及具有至少一个此类滑动轴承的齿轮箱、具有此类齿轮箱的传动系、具有此类传动系的风力涡轮机以及具有此类齿轮箱的工业应用。

背景技术

风力涡轮机齿轮箱中的转速取决于叶尖转速比，在每分钟6到20转之间的范围内。发电机转速在每分钟900到2000转之间，因此齿轮箱具有关键功能，并且必须具有98％的高效率(避免高冷却工作)才能在市场上取得成功。因此，对滑动轴承技术(其对齿轮箱起关键作用)和效率进行任何明显的微小改进都是一个重要的进步。

在风力涡轮机的齿轮箱中，滑动轴承承受高应力。不能排除意外的混合摩擦操作，特别是在动态峰值负载或单独安装叶片的情况下。这里在非常低的滑动速度时出现非常高的接触压力。在此背景下，必须假设不存在流体动力承载能力。只有在滑动轴承的滑动表面的表面粗糙度内的所谓微流体动力学才能有助于润滑。然而，这些微流体动力学受到严格限制，因为在滑动轴承磨合期间，滑动轴承滑动表面的表面粗糙度会发生平滑，因此，微流体动力学可以忽略不计，例如，当随后安装各个叶片时。

为了克服这一问题，已知为滑动轴承的滑动表面提供磨合或紧急运行涂层。此类滑动轴承也称为多层滑动轴承。然而，制造这种多层滑动轴承是非常复杂和昂贵的。

从现有技术中已经知道：

DE 10 2014 208419 A涉及一种气门凸轮轴的凸轮的运行表面。

EP 1 207 314 A2涉及一种燃烧发动机中活塞和气缸之间的平移滑动轴承。

DE 43 16 012 A1涉及一种用于工件表面的精密加工方法，特别是用于燃烧发动机气缸中的孔的精密加工方法。

EP 2 341 248 A2涉及一种滚柱轴承，其中滚柱轴承的各个滚柱具有表面结构。

US 2009/139799 A1涉及一种齿轮上的微观结构。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有替代结构的滑动轴承，其完全或至少部分克服了上述问题。

为了实现这一目的，本发明提供了一种开头提到的类型的滑动轴承，在其中滑动表面具有由凹陷形成的结构，其中，凹陷深度大于表面粗糙度且小于80μm，特别在20-50μm的范围内。由凹陷形成的并且除了滑动表面固有表面粗糙度之外还提供的结构提供了相应滑动表面的微流体动力学，因为上述平滑效果由凹陷进行补偿，凹陷深度大于滑动表面的表面粗糙度，结果凹陷没有被平滑或只是略微平滑，因此磨合后凹陷仍然存在。

凹陷优选布置为均匀分布在滑动表面上，以便将尽可能均匀的微流体动力学传递给整个滑动表面。

根据本发明的一个实施例，凹陷可以采用凹槽的形式，其中采用凹槽形式的凹陷有利地横向于滑动方向延伸，这需要特别好的效率。

替代地或者附加地，凹陷可以采取碗和/或水槽的形式。

碗和/或水槽形式的凹陷基本上具有正方形形状，例如尺寸为20x20x20μm至50x50x50μm。在这方面，“基本上”表示正方形的角可以是倒圆的。侧面也可以倾斜。

根据本发明的一个实施例，呈碗和/或水槽形式的凹陷的取向是不均匀的。具有不均匀取向的碗和/或水槽形式的凹陷可以简单且经济高效地制造，例如通过喷丸处理，这样就不需要昂贵的带模具的辊式抛光工具。

碗和/或水槽形式的凹陷的外周长优选在70-300μm范围内。此类尺寸已证明非常有效。

凹陷有利地具有整个滑动表面的3-50％的表面百分比，特别是30-50％的表面百分比。这样的表面百分比可以保证有效的微流体动力学。

为了实现开头提到的目的，本发明还提供了一种根据本发明的滑动承的制造方法，其中通过辊式压花、激光加工、喷砂、喷丸和/或侵蚀产生凹陷。通过这些制造方法，可以在滑动轴承的至少一个滑动表面上引入凹陷，所需的工作量小且成本低。

此外，本发明还提供了一种具有至少一个根据本发明的滑动轴承的齿轮箱，特别是行星齿轮装置的形式，其中，例如，行星齿轮通过使用根据本发明的滑动轴承安装在相关行星齿轮轴和/或相关行星齿轮架上。

此外，本发明提出了一种传动系，其包括转子轴，该转子轴连接到齿轮箱以传递扭矩，齿轮箱又连接到发电机以传递扭矩，其中齿轮箱根据本发明而设计。

本发明还提供了一种风力涡轮机，其包括附接到机舱的转子，其中传动系布置在机舱上并连接到转子以传递扭矩，其中传动系根据本发明设计。传动系的转子轴在此特别安装有至少一个滑动轴承。

本发明还提供了一种工业应用，包括驱动装置，该驱动装置连接到齿轮箱以传递扭矩，该齿轮箱耦接到机械应用以传递扭矩，其中齿轮箱根据本发明而设计。

附图说明

关于本发明的其它有利实施例，参考从属权利要求和以下借助于附图的描述，其中：

图1示出了根据本发明实施例的径向作用的滑动轴承或径向滑动轴承的示意性透视图；

图2示出了图1所示的滑动轴承滑动表面上形成的凹陷的放大截面图；

图3示出了根据本发明实施例的轴向作用的滑动轴承或推力轴承的示意性侧视图；

图4示出了图3所示的滑动轴承的滑动表面上形成的凹陷的放大截面图；

图5示出了根据本发明的齿轮箱的实施例的部分区域的截面图；

图6示出了根据本发明的风力涡轮机的实施例的截面示意图；

图7示出了根据本发明的传动系的实施例的示意图；和

图8示出了根据本发明的工业应用的实施例的示意图。

以下相同的附图标记表示相同或类似的部件或部件区域。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的滑动轴承1，其中滑动轴承1为径向滑动轴承。滑动轴承1包括由滑动轴承材料制成的套筒2，在本例中，滑动表面3限定在套筒2的外侧。滑动表面3具有预定的表面粗糙度，在本例中为10μm。套筒2的内部用作安装表面，用于将套筒2力配合、形状配合或材料结合紧固到部件，诸如例如齿轮箱的行星齿轮轴，如下文参考图5更详细描述。然而，应该清楚的是，滑动表面3也可以替代地设置在套筒2的内侧，安装表面也可以设置在套筒2的外侧。在本例中，滑动表面3上形成两个润滑剂收集凹部4，在滑动轴承1的安装状态下，这两个润滑剂收集凹部4通过孔5连接到润滑剂供给系统。在滑动轴承1的安装状态下，润滑剂供给凹槽6同样通过孔5连接到润滑剂供给系统，并且在两个润滑剂收集凹部4之间延伸。在本例中滑动表面3还设有由多个凹陷7形成的结构。从滑动表面3外侧开始的相应凹陷7的深度t在此大于滑动表面3的表面粗糙度且小于80μm。在本例中，凹陷7具有基本正方形形状，尺寸为40x40x40μm。图2显示了此类凹陷7的横截面视图。然而，应该清楚的是，也可以选择其它形状和尺寸，例如具有圆形横截面的碗形凹陷7、凹槽形凹陷7等。然而，深度t不应超过80μm。凹陷7在整个滑动表面3上的表面百分比优选在3-50％之间，在本例中为40％。

图3示出了根据本发明另一实施例的滑动轴承1，其中滑动轴承1是推力轴承。滑动轴承1包括由滑动轴承材料制成并在一侧限定滑动表面3的环形盘8。滑动表面3具有预定的表面粗糙度，表面粗糙度在本例中同样为10μm。相反侧形成安装表面，用于将环形盘8力配合、形状配合或材料结合紧固至部件，诸如例如齿轮箱的行星齿轮架颊板，如下文参考图5更详细描述。在本例中，在滑动表面3上设置多个呈星形径向延伸的润滑剂收集凹槽4，并且在本例中，润滑剂收集凹槽4在径向向内定位的端部开口。在径向向外定位的端部，润滑剂收集凹槽4由较窄的污垢凹槽9延续，这些污垢凹槽一直延伸到环形盘8的外边缘。滑动表面3以与第一实施例类似的方式设有在本例中由多个凹陷7形成的结构。从滑动表面3外侧开始的相应凹陷7的深度t在此大于滑动表面3的表面粗糙度且小于80μm。在本例中，凹陷7采用凹槽的形式并具有U形横截面。宽度b和深度h各为50μm。凹陷7的横截面视图如图4所示。然而，应该清楚的是，这里也可以为凹陷7选择其它形状和尺寸。然而，深度t不应超过80μm。凹陷7在整个滑动表面3上的表面百分比优选在3-50％之间，在本例中为30％。

图1和图3所示的滑动轴承1的基本优点在于以下事实：由凹陷7形成并且除了滑动表面3固有的表面粗糙度之外还提供的结构在很大程度上提供了相应滑动表面3的微流体动力学，因为在相应滑动轴承1中运行时发生并且使滑动表面3的表面粗糙度最小化的平滑效果通过凹陷7进行补偿，凹陷7的深度t大于滑动表面3的表面粗糙度，结果，它们没有被平滑或只是略微平滑，使得它们即使在磨合后仍然存在，并有助于微流体动力学。

图1和图3中所示的滑动轴承1的凹陷7优选通过辊式压花、激光加工、喷砂、喷丸和/或侵蚀制造，结果可以简单且低成本地制造滑动轴承1。

图5示出了根据本发明实施例的齿轮箱10的部分区域，其中齿轮箱10是行星齿轮装置。更准确地说，图5示出了行星齿轮12，该行星齿轮12可旋转地安装在行星齿轮架11上，并具有相关联的行星齿轮轴13。行星齿轮12使用图1所示的滑动轴承1径向安装，该滑动轴承1由套筒2内侧紧固到行星齿轮轴13。对于轴向安装，使用图3所示的两个滑动轴承1，其固定到行星齿轮架11。

图6示出了根据本发明的风力涡轮机14的实施例。风力涡轮机14包括转子15，该转子可被风力旋转。转子15经由转子轴16连接到根据本发明的齿轮箱10以传递扭矩。齿轮箱10又连接到发电机17以传递扭矩。转子轴16、齿轮箱10和发电机17是传动系18的一部分，传动系18容纳在风力涡轮机14的机舱19中。发电机17有两个、三个或四个极对。

图7示出了根据本发明的传动系18的实施例的示意性结构，其可用于风力涡轮机14(未详细示出)或工业应用20(未详细示出)。传动系18包括根据本发明的齿轮箱10，该齿轮箱10在输入侧连接至驱动装置21或风力涡轮机14的转子15，从而向齿轮箱10提供驱动功率。这通过转子轴16在风力涡轮机14中发生。在本例中，齿轮箱10包括依次设置的行星齿轮级22、23和24以及正齿轮级25。齿轮箱级22、23、24和25向发电机17或机械应用26输送输出功率。

图8示意性地示出了根据本发明的具有驱动装置21的工业应用20的实施例的结构。驱动装置21设计为供应驱动功率，该驱动功率通过传递扭矩的连接装置而传输到根据本发明的齿轮箱10。齿轮箱10又连接到机械应用26以传递扭矩，以将输出功率传输到机械应用26。

尽管本发明已由优选示例性实施例详细说明和描述，但本发明不受所公开示例的限制，并且本领域技术人员可以在不超出本发明保护范围的情况下得出其它变型。