CN101432503A

CN101432503A - 流体轴承及操作方法

Info

Publication number: CN101432503A
Application number: CNA2007800154262A
Authority: CN
Inventors: C·L·格雷
Original assignee: US Government
Current assignee: US Government
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2009-05-13
Also published as: US7553085B2; WO2007127398A3; US20070253649A1; AU2007243211A1; WO2007127398A2; AU2007243211B2; CA2648171A1

Abstract

一种流体轴承(203)，包括第一和第二静液压垫(330、331、332、334)，所述静液压垫形成在插件(338)的表面上并定位成施加分离力；和形成在所述插件的表面上的平台(328)，该平台配置成用作允许旋转的衬套，同时以小于静液压平衡力的压力向所述第一和第二静液压垫加压。所述插件的垫上的受压流体受到控制，阻止以完全静液压模式操作。更具体地说，所述垫的表面力产生的分离力受到控制，使得该分离力不超过施加在所述轴承上的力，从而控制所述轴承的磨损。控制分离力通过有选择向个别静液压垫施压来实现，从而有效改变所述轴承的活动静液压面积。

Description

流体轴承及操作方法

技术领域

本发明一般地涉及止推轴承和轴颈轴承，特别涉及静液压轴承。

背景技术

流体轴承是利用运动部件之间的流体层进行操作的轴承，诸如气体或液体。较之传统轴承诸如例如滚柱轴承或滚珠轴承，流体轴承显著降低摩擦和磨损。一种常见的流体轴承是静液压轴承，其中转子元件由流体支撑而相对于定子元件旋转。通常，轴承设置地让流体在压力下供应到转子元件和定子元件之间的一个或多个凹坑，这些凹坑有时称为“垫”，它们通常形成在定子元件上。当凹坑中的总表面力平衡了转子元件向下的力时，转子元件离开定子元件，使得转子悬浮在流体上。这样设置消除了转子和定子之间的机械接触，允许转子基本上无摩擦地旋转。这种状态在文中称为完全静液压操作。

表面力是垫表面积和垫中流体压力(psi)的函数。如果表面力下降到平衡力以下，则转子将接触定子，可能导致这两个表面或其中之一损坏。如果流体供应压力大于建立平衡力所需的压力，则转子元件将进一步分离，且流体从垫逃逸，而表面力基本上保持恒定，且等于平衡力。通常维持流体供应略微过压，以确保转子和定子之间不发生接触。但是，任何过大的供应压力都会导致流体损失。由于向流体施压有关的能耗成本居于首位，所以这种流体损失表示了能量损失以及经济性降低，所以要尽可能地使这种损失最小化。

已经提出了若干种设计来在液压设备诸如泵/马达中布置静液压轴承。但是，由于静液压轴承的局限性，仍存在与使用有关的问题。在轴承上的载荷变化的应用场合下，诸如在角度可变的泵/马达中，重要的是流体供应压力足够高，以便在最大载荷水平时，表面力也足以维持平衡力，以避免轴承损坏。但是，这意味着当载荷水平降低时，将会存在显著的过压，导致流体损失。虽然有许多提议设计试图解决这个问题，但是它们大多数都不切实际或者无济于事。

图1A-1C示出了现有技术中一种弯折轴线泵/马达100一部分的截面图。马达100包括阀板102和缸筒104，缸筒具有多个缸体106，活塞108在其中往复运动。每个活塞108啮合形成在驱动板110上个各底座。驱动板110耦接到输出轴120，该输出轴由马达10旋转驱动。驱动板110贴靠止推轴承118，该轴承配置成允许驱动板110和轴120自由旋转，同时抵抗作用于其上的径向力和轴向力而保持驱动板的位置。径向轴承119位于轴120上，稳定该轴同时允许其自由旋转。轴承118示为组合轴承，配置成承载径向和轴向载荷。许多马达采用单独的轴向载荷轴承和径向载荷轴承。

缸筒104配置成围绕第一轴线A旋转。驱动板110围绕轴线B旋转，并借助定速接头116(在图1A-1C中仅示出了其局部)耦接到旋转缸筒104。因此，缸筒104和驱动板110以共同的速率旋转。

阀板102、筒104、活塞108限定轴线A，配置成相对于驱动板110旋转，而该驱动板110限定轴线B，为了改变泵/马达100的位移量。轴线A从与轴线B共轴的关系旋转离开的程度通常称为该设备的行程角度。

当马达100以马达模式操作时，高压流体在经过上死点(TDC)时被引入每个缸体106。高压流体向活塞108的表面施加驱动力，该驱动力相对于轴线A轴向作用在活塞108上。该力借助活塞108传递到驱动板110。随着每个活塞108经过下死点(BDC)，流体从活塞106离开，随着筒将其转向TDC，允许活塞被退回缸体中。

参照图1A，可以看出，活塞108上的驱动力相对于轴线A为轴向，但是包括相对于轴线B的轴向和径向力分量。驱动力在轴向分量和径向分量之间的分布取决于马达100的行程角度。轴向分量倾向于驱动驱动板110从筒104沿着轴线B离开，这种趋势被止推轴承118阻止。驱动力的径向分量倾向于驱动其中支座活塞108第二端的驱动板110底座向下移动，导致驱动板110旋转，以便底座与筒离地更远，与此同时筒104与驱动板110一起旋转。

应该理解，行程角度越小，越多的驱动力将作为轴向力分布到驱动板110上，直到在如图1C所示的零行程角度时，全部的驱动力作为轴向力分布到驱动板110上。另一方面，当马达100处于如图1A所示的大行程角度时，更多的驱动力将径向分布并将作为径向力而由轴承118承担。此外，由于从图中来看，驱动力沿着向下方向，所以全部的径向力将由轴承118的下部承担。与此同时，驱动板110和轴120构成杠杆，而以轴承118作为支轴，使得在径向轴承119上施加向上的径向力。

当马达处于如图1C所示的零行程角度时，以TDC和BDC限定的线分开的下部，筒104一侧的缸体106为高压，而相对一侧的缸体为低压。因此，止推轴承在一侧承受非常高的轴向载荷，而在另一侧承受非常低的轴向载荷。所述高低侧相对于径向分布的高低侧隔开90°。此外，如果驱动马达的流体回路中压力反转，而马达向前旋转，则马达切换到泵模式，并且轴向载荷分布反转，所以轴承118在相对侧上承受较高的轴向载荷。

图1A-1C所示的马达100描述为具有彼此直接相对的缸体，使得一个缸体106处于TDC时，另一个缸体将处于BDC。这种布置图用来在同一幅图中给出处于TDC和BDC两处的缸体106。但是，在实践中，大多数液压马达采用奇数个缸体，通常为7个或9个。因此，在9缸体马达中，加压到高压的缸体数目将在4个和5个之间来回循环，缸体每转一圈循环9次。这意味着，每一次在4个缸体受压时，马达轴承上的轴向和径向载荷将下降20％，然后在5个缸体受压时，以相同的量返回。

在通常应用场合中，这里所述的这种泵/马达经历方向和速度的频繁改变。虽然认为这种泵/马达适合采用流体轴承，以便改善效率和降低磨损，但是发现会出现问题，原因在于应用在这种系统中的时候，力和矢量变化的规律复杂。

可以看出，马达100的轴承承受范围宽泛的力。行程角度从高变到低，又返回到高，可能发生地非常迅速且频繁。旋转速度和方向变化，并且马达可能频繁停止。最后，由于缸筒为奇数布置，所以当筒转动时存在恒定的20％的力波动。由于这些极端条件，在使用流体轴承方面尚未看到一丝曙光。

针对液压泵/马达操作和结构更为详尽的讨论可见于专利号为：7,014,429、授权日为2006年3月21日，题为“HIGH-EFFICIENCY，LARGE ANGLE，VARIABLE DISPLACEMENT HYDRAULICPUMP/MOTOR”的美国专利，以及专利公开号为2005/0193888A1、公开日为2005年9月8日、题为“EFFICIENT PUMP/MOTOR WITHREDUCED ENERGY LOSS”的美国专利申请公开，所述专利和专利申请公开通过引用而全文包含在本文中。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了一种流体轴承，其包括配置成接收在设备的第一和第二元件之间的插件，所述第二元件适配成相对于所述第一元件旋转；静液压垫，其形成在所述插件的表面上并定位成在所述第一和第二元件之间施加分离力；和位于所述第一和第二元件之间的衬套，该衬套允许所述第二元件相对于所述第一元件旋转，同时所述第一和第二垫以小于建立静液压平衡力所需的压力受到加压。

插件的表面具有柱状形状，该柱状形状配置成接收柱状第二元件；或者可以基本上为平面，以接收配置成围绕轴线旋转的元件，该轴线相对于所述插件的表面成较大角度。在柱状插件的情况下，该插件可以构型为包括小于360度的柱状。

受压流体向插件垫的流动受到控制，以使轴承不会在完全静液压模式下操作。相反，流体表面力所产生的分离力受到控制，以使施加在轴承上的力超过该分离力，虽然对于限定的垫而言，流体压力也受到控制，以保持分离力处于施加在轴承上的力的选定范围内，以控制轴承摩擦和磨损。

根据实施方式，控制分离力借助有选择地向个别静液压垫施压来实现，从而有效改变轴承的活动静液压面积。

附图说明

图1A是现有技术中的液压泵/马达部件处于最大行程角度时的截面图；

图1B和1C分别示出了图1A中的泵/马达处于中间行程角度和零行程角度时的截面图；

图2示出了根据本发明实施方式的液压泵/马达的简化截面图；

图3示出了根据本发明实施方式的流体轴承的插件的平面图；

图4是图2所示马达行程角度与图3所示轴承上的轴向载荷之间关系的曲线图，以马达最大轴向载荷的百分比来表示；

图5示出了图2所示马达的径向轴承的上下座圈；

图6是图2所示马达的行程角度与图5所示轴承的径向载荷之间关系的曲线图，以马达最大轴向载荷的百分比来表示；

图7示出了根据本发明替代实施方式的液压泵/马达的简化截面图。

具体实施方式

现在参照图2-6说明本发明的各种实施例。为了满足公开和权利要求的目的，术语“流体压力”将用来指代流体相对于面积的压力，诸如例如psi。术语“表面力”将用来指代施加在相对表面上的静液压力，这是流体压力乘以与相对表面接触的受压流体总表面积的函数。“分离力”指代表面力所施加的用来分离元件的力。术语“平衡力”将用来指代表面力施加的力等于相对表面施加的相对力时的静液压力。术语“马达”和“泵/马达”任一可以认为表示液压马达、泵或泵/马达。

术语“轴向力”在本文中指代基本上与马达驱动板旋转轴线平行的力矢量，而“径向力”用来指代基本上垂直于该旋转轴线的平面上的力矢量。术语均未限定于与轴线相交的矢量。具体来说，文中所述的径向力可能沿着从所限定的轴线隔开一定距离的矢量，使得配置成围绕该轴线旋转的设备在受到该径向力的作用时，倾向于响应该力而旋转。

术语“衬套材料”用来指代配置成抵靠非移动表面接收移动表面的材料，并且该材料不会因磨蚀、擦伤等受到破坏。用这种材料制成的衬套对于缸体衬套来说众所周知的，诸如用作耳轴轴承的青铜套管。这种套管位于设备的孔或接头中，并且轴位于该衬套内，受到旋转支撑。通常，提供薄油膜来进一步减少摩擦。在本说明书和权利要求书中，“衬套”更为宽泛地指代发挥类似作用的材料和结构，而不论其是否为柱状或其他形状，诸如例如具有平坦表面的部件。术语“衬套”也用来指代传统机械轴承，诸如例如辊子轴承和滚珠轴承。在说明书中，“固体衬套”可以用来区分衬套材料制成的元件和配置成作为传统机械轴承与辊子、滚珠等一起操作的元件。虽然如此，但是用在权利要求书中的时候，“衬套”应该宽泛地理解为包括一般类型的结构，除非具体指明。

参照图2，示出了液压泵/马达200一部分的简化截面图。马达200根据图1A-1C阐述的原理进行操作，并包括承载在壳体204中的驱动板202，该驱动板以活塞206进行驱动。活塞206由图2中未示出的缸筒内的缸体中的受压流体进行驱动，常见的弯折轴线液压马达的基本操作在前面已经叙述过并为本领域所熟知。流体轴承用于操作马达200。更具体地说，轴向轴承或止推轴承208定位并配置成从驱动板202接收轴向载荷，而径向轴承配置成接收驱动板施加于其上的径向载荷。径向轴承212可以为流体类型的轴承或者传统轴承，并且配置成支撑输出轴220。

一般以214示意性地表示的流体供应线路向止推轴承208提供受压流体，而流体供应线路216向径向轴承210提供受压流体。图2示出的流体供应线路214和216并不用来表示任何特别实施方式所需的供应线路的实际数量和布置，因为这些细节将取决于各种设计因素，而本领域普通技术人员在阅读本说明书后将明白这些设计因素。

一些弯折轴线泵/马达被称为偏心设备，因为它们在负方向即图1中向下的方向能改变行程角度。这样允许这种设备通过向负角度移动而反向旋转，而非反转驱动马达的流体压力极性。图2中的马达200并未在以下描述为偏心设备，而是更为常见的类型，其中的活塞角度总是为0°或以上。虽然如此，但是文中所述的原理也可以适用于偏心设备的操作。

在以下说明中，各种实施方式的结构和操作将参照9缸体马达进行说明。普通技术人员明白，所述的原理可以容易地适配其他结构的马达，包括具有偶数缸体的马达。

来自活塞206的力分为平行于轴线C的轴向力和垂直于轴线C的径向力。随着活塞角度变化，作用于驱动板202的力分布也在轴向和径向之间发生变化。如果角度为0°，即活塞平行于轴线C，则该分布会是100％为轴向而0％为径向。随着行程角度增大，轴向力作为行程角度的余弦函数而减小，而径向力作为行程角度的正弦函数而增大。根据马达200的设计，最大角度可以为45°或更大。在45°时，径向力和轴向力将各为最大轴向力的约70％。

现在参照图3，止推轴承208表示在平面图中，示出了接触驱动板202的表面。轴承208的上表面包括平台区域、第一和第二弧形静液压垫330、331以及第三和第四弧形静液压垫332、334，第三和第四弧形静液压垫可以包括多个径向浸湿凹槽336。根据一种实施方式，垫330、331、332和334形成在插件338中，而该插件则配合入壳体204内设置的凹部中。受压流体经由供应线路214供应到凹槽330、331、332和334中。

轴承插件338，或者至少包括平台328的上表面，由衬套材料形成，这种衬套材料配置成容许以选定的公差与驱动板202接触。这种材料在本领域是已知的。例如，已经研制出了各种有效控制摩擦的聚合金属。在其他情况下，可以采用浸渍有润滑剂的金属来协助形成低摩擦接触。

根据一种实施方式，平台的表面积以及轴承插件338的形式经过选择，使得轴承208在马达200操作过程中可以容许的载荷至多为马达200最大轴向载荷的35％。由于轴承208的平台328配置成作为与驱动板202接触的固体衬套进行操作，所以对于在轴承208和驱动板202之间维持润滑流体薄膜有利。因此，在所示实施方式中，当驱动板202旋转时，径向浸湿凹槽336用来使液压流体接触驱动板202和轴承208之间接触表面积的较大部分，以便将所述流体作为润滑剂进行分布。可选的实施方式可以省略这种凹槽，或者设置其他装置来浸湿轴承和驱动板的接触表面。

操作中，在马达200的行程角度从静止状态从0°开始旋转之前，垫330和334或331和332设置有液压流体，其流体压力足以抵消最大轴向载荷的至少65％，以使剩余轴向载荷落入轴承208可以容许的35％之内。确定哪个凹槽受压是由马达200的极性决定的：从图3中的轴承208的取向来看，如果左侧的缸体受到高压，则将向凹槽330和334加压，以抵消这些缸体的活塞施加的力。相反，如果马达极性反转，以使高压力施加在右侧，则垫331和332将受压。这种情形可以借助兼顾控制马达极性的阀来实现，或者可以使用单独的流体阀来实现这一目的。为了说明，假设马达极性导致高压力施加在左侧，即垫330和334上。可以理解，马达在相反极性下的操作基本上相同，除了垫331、332将承受高压力。

随着行程角度从0°增大且驱动板202开始相对于壳体204和轴承208旋转，轴承208上的载荷开始下降。图4是示出9缸体马达行程角度与止推轴承诸如图3的轴承208轴向载荷之间关系的曲线，以马达最大轴向载荷的百分比示出。曲线L₁跟踪9个缸体中的4个受压时施加的轴向载荷，而曲线L₂跟踪9个缸体中的4个受压时施加的轴向载荷。随着马达缸筒旋转，轴向载荷在L₁和L₂之间沿着与马达特性行程角度对应的垂线稳定地波动。曲线H₁跟踪受压流体施加在垫330和334上的抵消表面力，而曲线H₁和曲线L₁和L₂之间的面积表示驱动板202在任意给定行程角度下分别由5个和4个活塞的压力施加在轴承208平台323上的残余力。该力可以称为夹紧力，保持驱动板202贴靠轴承208并防止流体从轴承208流失。

只要垫330、334的抵消表面力保持低于完全静液压操作所需的平衡力，则轴承保持夹紧，并且不会出现流体从垫330、334显著泄漏。本实施方式的轴承208配置成如此操作，以使流体损失最小，从而改善操作经济性。可以看出，随着轴向载荷响应行程角度增大而减小，曲线H₁与L₁和L₂汇聚。如果在马达操作过程中的任意点，由曲线H₁和L₂表示的力相交，则表面力将超过平衡力，并且在此行程角度下，轴承将开始以完全静液压模式操作，并且在轴向力每次从L₁下降到L₂时，流体将从垫330、334被挤出。如上所述，这种情况导致受压流体损失，并且应该予以规避。因此，当马达行程角度增大到31°以上时，根据文中所述的实施方式，去除垫330上的流体压力，即借助适当供应线路214上的阀进行关断。这样减小了轴承208静液压垫的总有效面积，因此降低了表面力，如图4所示，从而保持轴承208上的夹紧力。这种调节静液压垫有效面积的能力使得轴承承受变化的力，而不会导致否则将会出现的显著过压或泄漏。

为了说明，垫330、334两者都受压的范围将表示第一操作区域，而仅垫334受压的范围将表示为第二操作区域。垫330和334的各区域经过选择，以使在整个第二操作区域中，夹紧力仍然处于轴承垫328的35％限度内，而不会在最大行程角度45°时与L₂相交。在非常靠近第一和第二区域过渡点的行程角度时，为了避免马达震颤，可以设置滞变路径，以使系统在更大的角度从第一区域过渡到第二区域，如图4中的H_1A所示，该更大的角度大于从第二区域向第一区域的返回过渡的角度，如路径H_1B所示。

在轴承表面上包含额外的流体垫，可以设置额外的操作区域。这样将允许轴承构型不必承受如此高的载荷，但是将需要随着行程角度变化而更为频繁地切换并需要改变到额外的操作区域。在一些替代实施方式中，设置了单个流体垫，从而与具有两个或多个垫的马达相比，降低了轴承的复杂性。在这种实施方式中，单个流体单盘例如可以配置成约在图4的第二区域所示的水平处提供恒定的分离力，或者可以在选定的行程角度减小或切断流体压力。应该明白，在某些这种实施方式中，可能需要衬套配置成比所示的实施例容许更高的载荷。

轴承的特性特征，诸如例如垫数目，每个垫的面积以及轴承平台的面积，流体切换机制，以及浸湿凹槽的布置，都是会被诸如最大轴向载荷、工作循环、设备尺寸、缸体数目等影响的设计因素，并且都被本领域普通技术人员的能力所掌握。

根据一种实施方式，垫面积经过选择，在向垫施压的流体供应压力等于驱动马达所用的高压流体时，使得系统如上所述那样操作。与需要为静液压操作调节压力的系统相比，这样降低了系统的复杂性并提升了可靠性。可以选择的是，静液压垫的流体压力可以调节到与向马达提供动力所用的流体压力不同的压力。

在此处所述类型的许多液压马达中存在的问题是静摩擦问题。当马达处于零行程角度且不旋转时，最大轴向载荷施加在轴承上，但是没有机会来保持流体润滑，就像马达旋转且浸湿凹槽336持续擦拭驱动板202表面时发生的那样保持流体润滑。因此，润换流体薄膜可能被从驱动板202和轴承208之间挤出。这样就会在平台328和驱动板之间引发静摩擦效应，反抗马达的最初旋转。为了防止静摩擦，当马达首先从零行程角度旋转时，可以利用流体压力进行脉动相对垫331、332两者或其一。可以借助这种流体脉冲轻易地克服夹紧力，瞬时地抬起驱动马达202并迫使流体进入平台328和驱动板202之间。

现在参照图5，根据本发明的实施方式，示出了径向轴承210。轴承210包括上下轴承座圈502、504，它们配置成接收在马达202壳体204的凹部中，如图2所示。下座圈504包括第一、第二和第三静液压垫506、508和510，它们被平台512包围。第一垫506在下座圈504内居中，而第二垫508包括在任一侧与第一垫506向外隔开的区段508a和508b，第三垫510包括与垫506和508向外隔开的区段510a和510b。区段508a和508b借助未详细示出的流体线路彼此流体连通，而区段510a和510b类似地彼此流体连通。轴承210由适当的衬套材料形成，并配置成支持驱动板直接接触直到最大轴向载荷的约25％，或最大径向载荷的约35％。流体供应线路216向每个垫506、508和510提供可分别开关的受压流体供应。上下座圈502、504分别在TDC和BDC上居中，如图2所示。因为该设备中的任何径向载荷总是指向下(根据图2中的取向)，所以上座圈502仅接收标称载荷，因此上座圈并未设置流体垫。

图6是示出了马达200行程角度和轴承210径向载荷之间关系的曲线，以马达200最大径向载荷的百分比示出。曲线L₃跟踪9个缸体中的5个受压时施加的径向载荷，而曲线L₄跟踪9个缸体中的4个受压时施加的径向载荷。曲线H₂跟踪受压流体施加在垫506、508和501上的抵消表面力。夹紧力由曲线H₂和曲线L₃和L₄之间的垂直距离表示。

与参照图3所述的轴向载荷相对照，在马达处于零行程角度时，轴承210上的径向载荷基本上为零，并随着行程角度增大、作为行程角度的正弦函数而增大。因此，仅提供足以浸湿轴承210的平台的流体压力，直到行程角度达到约18°，在此点，向第一垫506提供高压流体。以类似的方式，当行程角度到达约25°时，第二垫508也受压，而当行程角度到达约36°时，第三垫也受压。由于第二和第三垫508、510各自分成两个区段，所以所提供的抵消力相对于驱动板202保持平衡。虽然图6未示出，但是可以滞变性地切换各垫506、508和510的流体压力，以避免震颤，如参照图4更详细说明的那样。

以与上述避免径向轴承208静摩擦的类似方式，可以在小行程角度时以流体压力脉动全部垫506、508或510或其中任意，瞬时地克服径向夹紧力并允许马达开始旋转。另外，在要求极高扭矩以使需要最大行程角度来开始旋转的情况下，如果马达配置成在这样的情况下操作，则可以设置额外的流体垫或者瞬时地提升流体供应压力的装置，以建立足够的分离力来克服静摩擦。

由于驱动板上的径向力基本上为单向力，所以轴承210仅在静液压垫506、508和510支撑的区域接收这些力。驱动板202并不承受明显的横向径向载荷，因此不需要增大板202侧部的承载表面。因此，轴承210可以包括上下座圈502、504，而它们两者之间的主要面积并不得到轴承的支撑。这样设置在文中所述的这种弯折轴线泵/马达中特别具有优势。虽然未示出，但是这种马达通常包括支撑阀板和缸筒的轭架，且该轭架在销或耳轴上旋转，所述销或耳轴位于驱动板任一侧，以控制行程角度旋转。在采用传统轴承的马达中，诸如图1A-1C所示的马达，径向轴承必须位于驱动板以下，如118处所示，以避免与耳轴发生干涉。但是，这样引起了参照图1A-1C所述的杠杆/支轴效应，这种效应会将径向载荷沿着输出轴长度传递下去，因此需要额外的主要承受径向载荷的轴承。与此相对照，根据本发明实施方式的径向轴承可以在驱动板上定位成更高，以使它们更为接近地直接相对着径向力矢量，从而基本上消除了杠杆/支轴效应。因此，支撑输出轴的轴承(诸如图2中的第二径向轴承)不需要配置成容许较大的径向载荷。

根据本发明的实施方式，径向轴承210的上座圈502设置有类似于参照下座圈504所述的那种静液压垫，用来与偏心马达一起操作，以使在马达进行负角度行程时，上座圈的垫像参照下座圈504所述的那样受压。

控制流体轴承中的静液压压力，根据本发明的实施方式，可以借助阀来实施，该阀与轴承关联的设备整体形成。例如，在参照图2所述的这种弯折轴线泵/马达中，兼顾向马达200提供高低压流体的阀也可以适配成向轴承提供受压流体。该阀还可以包含压力调节器等。可以选择的是，单独的控制阀也可以用作该目的。此外，控制设备诸如机械联杆、电子设备和电路，以及计算机模块可以用来调节流体开关和压力。全部这些控制系统都被本领域普通技术人员的能力所涵盖。

已经参照接收在舱体凹部内的插件说明了本发明的实施方式，所述舱体通常为静止舱体，诸如图2中的马达壳体。根据本发明的另一种实施方式，静液压垫直接形成在舱体的其中一个表面中。此外，根据一种实施方式，垫可以形成在旋转舱体中。在这种情况下，可以由静止舱体内的供应线路和静止舱体表面上的开口提供流体压力，以使当垫旋转到供应线路端部上方时，流体供应到垫。

已经说明的本发明实施方式中，固体衬套用作平台来承受轴承上的全部夹紧力。应该明白，尤其是在具有偶数轴承的马达中，夹紧力在某些行程角度时可能比较明显，需要具有较大表面积的平台。根据替代实施方式，夹紧力全部或一部分可能由配置为传统机械轴承的衬套接收。例如，图7示出的马达700基本上与图2所示的马达200相同，除了马达700包括小型斜辊子轴承718。轴承718配置成用作补充轴承，接收一部分夹紧力，否则这一部分夹紧力将施加在轴承208和210的平台上。这样允许各平台的表面积显著减小，从而与图2所示的马达200相比，减小了马达700的总体尺寸。虽然如此，但是由于驱动板202施加的大部分载荷由轴承208和210的流体垫支撑，所以轴承208、210以及718总的尺寸至少基本上与所述轴承的尺寸或者其他同等传统马达的轴承的尺寸相当，而对应的效率则显著更优。

根据本发明的实施方式，传统轴承可以用来补充或取代径向或轴向载荷轴承两者中的固体衬套。此外，流体轴承可以与非流体轴承联合使用。例如，在一些实施方式中，可以更为实际地使用流体轴向轴承和机械径向轴承，反之亦然。最后，虽然本发明的实施方式已经参照液压马达中的操作进行了说明，但是本发明的范围并未限于这种应用场合。本发明的原理可以在广泛的应用场合实施，以支撑轴向和径向载荷。

以上说明书中引述和/或申请数据页中列举的全部美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开物都通过引用而全文包含在本文中。

从前述内容应该理解，虽然本发明的具体实施方式已经为了说明的目的而进行了阐述，但是可以在不背离本发明精神和范围的前提下进行各种改动。因此，本发明并未受到除附带的权利要求书之外的任何限制。

Claims

1.一种轴承，包括：

配置成接收在设备的第一和第二元件之间的插件，其中，所述第二元件适配成相对于所述第一元件旋转；

第一静液压垫，其形成在所述插件的表面上并定位成在受到加压时在所述第一和第二元件之间施加分离力；

第二静液压垫，其形成在所述插件的表面上并定位成在受到加压时在所述第一和第二元件之间施加分离力；和

位于所述第一和第二元件之间的衬套，该衬套配置成允许所述第二元件相对于所述第一元件旋转，同时所述第一和第二垫以小于静液压平衡力的力被加压。

2.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述第一静液压垫包括多个形成在所述插件表面上的第一静液压垫，所述多个第一静液压垫彼此流体连通。

3.如权利要求2所述的轴承，其特征在于，所述第二静液压垫包括多个形成在所述插件表面上的第二静液压垫，所述多个第二静液压垫彼此流体连通。

4.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，包括形成在所述插件表面上的第三静液压垫。

5.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述插件的表面为柱状，且配置成接收柱状第二元件。

6.如权利要求5所述的轴承，其特征在于，所述插件的表面包含小于360度的柱体形状。

7.如权利要求6所述的轴承，进一步包括额外的插件，该额外的插件包含一部分未被所述插件的表面包含的360度的柱体形状。

8.如权利要求7所述的轴承，进一步包括形成在所述额外的插件的表面上的第三静液压垫。

9.如权利要求5所述的轴承，其特征在于，所述第二静液压垫被分开，使得所述第二静液压垫的第一部分定位在所述第一静液压垫一侧，而所述第二静液压垫的第二部分定位在所述第一静液压垫的相对侧。

10.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述插件的表面基本上为平面，并配置成接收围绕与所述表面垂直的轴线旋转的所述第一元件，而且所述第一和第二静液压垫各自具有弧形形状。

11.如权利要求1所述的轴承，进一步包括控制器，该控制器配置成有选择地将流体压力提供给所述第一静液压垫和第二静液压垫，以使施加在所述第一和第二元件之间的分离力总和小于所述静液压平衡力，当所述平衡力接近所述分离力时，通过从所述第一和第二静液压垫中的一个基本上去除流体压力，从而降低所述分离力总和。

12.如权利要求11所述的轴承，其特征在于，所述控制器配置成调节所述第一和第二静液压垫中的流体压力，以使施加在所述第一和第二元件之间的分离力总和小于所述静液压平衡力，当所述平衡力接近减小的分离力时，通过从所述第一和第二静液压垫中的另一个基本上去除流体压力，从而降低所述分离力总和。

13.如权利要求11所述的轴承，其特征在于，所述控制器构造成调节供应给所述第一和第二静液压垫的受压流体，以使施加在所述第一和第二元件之间的所述分离力总和瞬时地至少等于所述平衡力。

14.一种设备，包括：

第一元件；

第二元件，其配置成相对于所述第一元件旋转；

第一静液压垫，其配置在所述第一和第二元件之间，并配置成在受压时向所述第一和第二元件之间施加分离力；和

位于所述第一和第二元件之间的衬套，该衬套配置成允许所述第二元件相对于所述第一元件旋转，同时所述第一静液压垫以小于静液压平衡力的力被加压。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一静液压垫形成在所述第一和第二元件其中之一的表面上。

16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一静液压垫形成在插件的表面上，而该插件接收在所述第一和第二其中之一上形成的凹部中。

17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一元件是设备壳体，而所述第二元件是液压设备的驱动板。

18.如权利要求14所述的设备，包括第二静液压垫，该第二静液压垫位于所述第一和第二元件之间，并配置成在受压时在所述第一和第二元件之间施加分离力。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，

所述第二元件的一部分为柱状；

所述第一元件包括孔，所述第二元件的所述一部分接收在所述孔中；和

所述第一和第二静液压垫以及所述衬套位于所述第一元件的所述孔中。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，

所述第一静液压垫位于与所述设备的下死点对应的位置；和

所述第二静液压垫包括位于所述第一静液压垫的相对侧的第一和第二区段。

21.如权利要求20所述的设备，包括第三静液压垫，第三静液压垫具有位于所述第二静液压垫的相对侧的第一和第二区段。

22.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述衬套的形状仿形地小于所述第二元件的所述部分的整个圆周，并且基本上在与所述设备的下死点对应的位置处居中布置。

23.如权利要求22所述的设备，包括额外的衬套，该额外的衬套位于所述第一元件的所述孔中，处于所述第一和第二元件之间，并且基本上居中地位于与所述设备的上死点对应的位置处。

24.如权利要求18所述的设备，包括位于所述第一和第二元件之间的第三和第四静液压垫，第三和第四静液压垫各自配置成在受压时在所述第一和第二元件之间施加分离力，并且所述第一、第二、第三和第四静液压垫基本上为弧形，而且位于所述第一和第二元件其中之一的表面上，并且被所述衬套包围。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述第一和第三静液压垫各自占据第一环圈的相应半部的部分，而所述第二和第四静液压垫各自占据与第一环圈同心的第二环圈的相应半部的部分，所述第一和第二静液压垫设置在延伸于所述设备的上死点和下死点之间的线条的一侧，而所述第三和第四静液压垫设置在该线条与所述第一和第二静液压垫相对的一侧。

26.如权利要求25所述的设备，包括控制器，当所述设备根据第一极性操作时，所述控制器配置成有选择地向第一和第二静液压垫提供流体压力，使得由所述第一和第二静液压垫施加的总分离力小于所述设备的平衡力，而在所述设备根据第二极性操作时，所述控制器配置成有选择地向所述第三和第四静液压垫提供流体压力，以使由所述第三和第四静液压垫施加的总分离力小于所述设备的平衡力。

27.如权利要求14所述的设备，包括用于消除所述第一和第二元件之间静摩擦的装置。

28.一种方法，包括：

在具有流体轴承且流体轴承位于第一和第二元件之间的设备中，向所述流体轴承的第一和第二静液压垫施加流体压力，同时由第一和第二静液压垫施加的分离力小于所述轴承的平衡力，以使所述分离力抵消所述轴承上的一部分载荷；

相对于所述第一元件旋转所述第二元件；

在衬套上支撑未被所述分离力抵消的一部分载荷；

降低所述轴承上的载荷；和

在所述轴承上的载荷下降到所述分离力以下之前，从所述第一静液压垫上去除流体压力，以建立仅由所述第二静液压垫单独施加的较低分离力。

29.如权利要求28所述的方法，在所述轴承上的载荷下降到所述较低分离力以下之前，从所述第二静液压垫上去除流体压力。

30.如权利要求28所述的方法，包括：当所述设备极性反转时，将所述第一和第二静液压垫上的流体压力切换到所述第三和第四静液压垫。