CN101910654B - 轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴(2)的轴承装置，其中在轴(2)上设置有环形的轴承套(4)，其中轴(2)至少在其中设置有轴承套(4)的轴向区域内具有平行于轴(2)的纵轴线(X)延伸的构型，轴承套(4)内周上至少一个对应的接合件(12)形状配合地接合在所述构型中，其中，该至少一个接合件(12)沿所述轴(2)的纵轴线(X)的方向仅在所述轴承套(4)的长度的部分上延伸。

Description

轴承装置
技术领域
本发明涉及一种轴的轴承装置，特别是径向轴承装置。
背景技术
例如由专利文献EP0771957Bl公开了一种用于机器轴(在此示例中为泵组的转子轴)的滑动轴承。在该滑动轴承中，在实际的轴上设置有轴承套。
在这种轴承装置中，轴承套由适当的轴承材料(例如铜或陶瓷)制成，而转子轴通常是常规的钢部件。为了能够将转子轴的转矩传递到轴承套上并且使轴承套对中，公知的是，对轴进行构型(profilieren)并在轴承套中形成与轴形状配合地接合的对应的构型。
由陶瓷制成的轴承套尽管具有十分耐磨的优点，但陶瓷对拉应力(Zugspannung)的反应非常敏感。问题在于，由钢制成的轴和陶瓷轴承套的热膨胀系数差别很大，这在受热时会在陶瓷中引起不期望的拉应力并由此最终导致陶瓷轴承受损。
发明内容
考虑到这种问题，本发明的任务在于提供一种改进的轴、特别是转子轴的轴承装置，其中可减小在轴承套或轴承套筒上产生的张力。
本发明的目的通过根据本发明的轴承装置实现。根据本发明的轴的径向轴承装置，其中在所述轴上设有由轴承材料制成的环形轴承套，其中所述轴至少在其中设置有所述轴承套的轴向区域内具有平行于轴的纵轴线延伸的构型，所述轴承套的内周上至少一个对应的接合件形状配合地接合在该构型中，其中，所述至少一个接合件在沿所述轴的纵轴线的方向上仅在所述轴承套的长度的部分上延伸。
根据本发明的轴承装置特别优选地适用于作为用于转子轴(例如泵组的转子轴)的径向轴承。该轴承装置具有由适当的轴承材料(例如陶瓷)制成的环形的轴承套。该轴承套在轴上设置成，该轴承套与轴的转动轴线同心地设置。为了对在轴上的轴承套传递转矩以及为了使在轴上的轴承套对中，至少在轴的其中设有轴承套的轴向区域内设有构型。该构型平行于轴的纵轴延伸，从而能够使轴承套沿着构型在轴向上移动。轴承套的内周上具有至少一个对应的接合件。特别优选的是，轴承套的内周对应于轴的外周形成构型。以此方式，轴承套可以借助其接合件与轴的构型形状配合地接合，从而实现轴承套在轴上的周向固定和定心。
根据本发明，位于轴承套内周上的接合件构造成，其沿轴的纵轴线的方向仅在轴承套的长度的部分上延伸。以此方式，可以减小在轴承套的其中构造有接合件的区域内由外部作用到轴承套上的张力。该区域特别是轴承套的外部区域，即轴承套与用于将轴承套轴向固定在轴上的相邻部件接触的区域。因此，特别地是相邻的部件不会直接在接合件上作用力，所以不会造成损伤。
因此，优选的是，至少一个接合件沿纵轴线的方向与轴承套的轴向端间隔开。也就是说，接合件不构造在轴承套的与轴向端面或边棱相邻的区域中，由此特别可以使在轴承套内在该区域中产生的张力减小或消失。该区域特别敏感，因为其通常与钢套或钢套筒接触，该钢套或钢套筒将轴承套沿轴线方向固定在轴上并使轴承套与轴承套的轴向端面接触。
轴承套的与轴承套的轴向端相邻的区域是在外力(特别是径向力)作用时产生的张力和/或变形最大的区域。通过根据本发明的接合件的设置可以实现，接合件不构造在该区域中，因此其在该区域内不会造成损伤。特别地，在该区域内减小了在向接合件的过渡中由于切口效应(Kerbwirkung)导致断裂的危险。
还优选的是，至少一个接合件沿纵轴线的方向在小于轴承套50％的长度上延伸。由此，减小了轴承套的通过接合件与轴的构型形状配合地接合的区域，使得轴承套的承受从与轴的连接处传递来的力的区域也最小。
还优选的是，至少一个接合件沿纵轴线的方向关于轴承套的中心对中。也就是说，一个或多个接合件与轴承套的两个轴向端部(Stirnende)以相同的间距间隔开。以此方式可实现轴承套的对称结构，其中可以以相同的方式减小在轴承套的两个轴向端部产生的张力。
特别优选的是，在轴承套的内周上设置多个接合件，这些接合件优选均匀地分布在内周上。以此方式，接合件特别适用于轴承套在轴上的对中并且可以实现从轴到轴承套的均匀的力传导或力传递。
特别优选的是，轴的构型和至少一个接合件构造为彼此对应的构型，特别是楔状构型(Keilprofile)。这种楔状构型可实现轴承套在轴上的良好对中。
根据本发明的另一有利实施方式，轴的构型可以构造为轴具有多边形截面的形状并且至少一个接合件优选限定轴承套的相应的多边形内截面。与轴的外截面对应或匹配的轴承套的内截面的构造可实现轴承套沿径向在轴上没有间隙的设置，由此通过该构型可以使在轴上的轴承套对中。
如上述所实施的，轴承套特别优选由陶瓷制成。陶瓷是一种特别耐磨的轴承材料，其可确保轴承装置的长时间的耐久性。
如前所述，轴承套的至少一个轴向端优选贴靠在设置在轴上的保持套或保持套筒上以径向固定。保持套筒沿轴向固定在轴上并由此沿轴向保持轴承套。在此，轴承套的轴向端面与保持套筒的轴向端面彼此贴靠。保持套筒可以通过弹簧构件沿轴向支撑在轴上，使得由于受热产生的膨胀沿轴向可以补偿，尽管如此轴承套可以延轴向更可靠地被保持。
由于轴承套和保持套筒优选由不同的材料制成，所以轴承套和保持套筒具有不同的热膨胀系数。如前所述，轴承套优选由陶瓷制成，而保持套筒优选由钢制成。这种不同的热膨胀系数使得径向力从保持套筒传递到接触区域中的轴承套上，这使得在轴承套的材料中产生张力。为了减小恰好在轴承套与保持套筒贴靠的该接触区域中的张力，优选的是，以前述方式构造轴承套内周上的接合件。根据本发明，接合件与轴承套的轴向端沿轴向的间隔开或错开的距离的大小使得它们恰好不与保持套筒接触。以此方式，从保持套筒沿径向没有力传递到接合件，因此在此在用于对中轴上的轴承套的接合件或构型中不会产生不期望的张力。以此方式可以减小轴承套受损的危险，特别是它的接合件或构型由于外力受损的危险。
在此，至少一个保持套筒优选构造成，其在至少一个轴向端处，即与轴承套接触的轴向端处的壁厚大于该保持套筒的轴向中间区域的壁厚。这使得在壁厚较大的轴向端处可以确保与轴承套接触的足够大的接触面。与此同时，在轴承套的壁厚较小的其他区域中可实现轴承套的较大的弹性或弹簧作用。由此可以使保持套筒在受热时产生的尺寸变化由于其本身的弹性或弹簧作用而被吸收。由此减小了由于在受热时可能产生的材料膨胀而传递到轴承套上的径向力。
优选的是，轴承套的两个轴向端的壁厚大于位于所述轴向端之间的轴向中间区域的壁厚。以此方式，使得与其他部件接触的轴向端的接触面尽可能大。位于所述轴向端之间的中间区域构造为较薄或减薄的，使得在该区域中可实现期望的弹性或弹簧作用。保持套筒的一个轴向端与轴承套贴靠。保持套筒的相对轴向端与安全构件(例如弹簧环或安全环)相贴靠，保持套筒通过该安全构件沿轴向支撑在轴上。
还优选的是，保持套筒的至少一个轴向端具有径向向内和/或径向向外对准的周向凸缘。由此得到较大的壁厚或构成接触面的沿径向较宽的轴向端面，保持套筒通过该接触面与轴承套或安全构件相接触。
保持套筒优选由金属，例如钢或钛制成。由钛制成的优点在于，可减小在受热时的膨胀，因为钛的热膨胀系数比钢小。由此可减小在受热时陶瓷轴承套与保持套筒之间的尺寸变化的差异，从而也可以减小在部件中产生的力和张力。
附图说明
以下参照附图对本发明进行示例性说明。在附图中：
图1示出本发明所基于的轴承装置的基本结构的示意性截面图，
图2为根据本发明的轴承套的示意性立体图，
图3a至图3c是在三中不同实施方式中的保持套筒的示意性截面图，
图4a至图4c是保持套筒的其他三个实施方式的截面图，
图5a是其上设置有保持套筒的轴承套的立体图，
图5b是图5的设置的俯视图，以及
图6a至图6d是四种不同的可能的轴的构型。
具体实施方式
图1示意性示出了轴的轴承装置，其如由现有技术所公知的并且本发明由此出发。在这种轴承装置中，在轴2上设置有陶瓷的轴承套4。轴承套4环形地环绕轴2并且相对于轴2的纵轴线X同心地对准或对中。为此，轴承套4与轴2通过在此处未详细示出的构型形状配合地接合。轴承套4沿轴向通过两个保持套筒6固定在轴2上，保持套筒6例如在安全环(此处未示出)处沿轴向支撑在轴2上。在此，至少一个保持套筒6可以沿轴向通过弹簧构件支撑在轴2上，以便能够在温度变化时补偿因此产生的保持套筒6以及可能的轴承套4的长度变化。如图1示意性示出的，为了轴向固定，轴承套4的轴向端面8、10分别贴靠在保持套筒6上。轴承套4的与保持套筒6接触的轴向端部区域由于轴承套4与保持套筒6之间不同的热膨胀系数而承受产生的特别的张力并由此特别地遭受磨损。保持套筒6通常由钢或其他适当的材料制成。
图2示出了优选的轴承套的示意性实施方式。该轴承套4的内周上具有接合件12。这些接合件12在此示例中构造为楔形。重要的是，接合件12构造为对应于轴2的构型，从而能够与轴2形状配合地接合，以使轴2上的轴承套4对中并实现轴2与轴承套4之间的转矩传递。接合件12构造成，其沿纵轴线X的方向具有不变的截面，从而使轴承套4能够沿轴向在轴2上的相应的构型中移动。重要的是，接合件12不是沿轴承套4的纵轴线X的方向在整个轴向长度上延伸。在示出的示例中，接合件12在轴向上仅构造在中间区域中，使得接合件12的轴向端与轴承套4的端面8和10间隔开。以此方式可以确保，没有径向力由相邻的保持套筒6传递到接合件12上。由此防止由保持套筒6传递的径向力在接合件12中引发会导致接合件12受损的不期望的张力。
参照图3和图4对根据本发明的保持套筒6的优选实施方式进行详细的描述。在图3a至图3c和图4a至图4c中示出的保持套筒全部构造成，它们在其轴向长度上沿纵轴线X的方向的壁厚不是恒定的。因此，根据图3a至图3c的保持套筒在其各自的轴向端14、16在径向上变厚地构造。在位于所述轴向端之间的中间区域18内，壁厚构造为减薄的或较小的。为了实现此目的，在根据图3的实施方式中在轴向端14和16处的保持套筒6的壁径向向外变厚，即具有轴向径向向外对准的凸起或肩部。在图3b的实施方式中，轴向端14和16处的增厚部既径向向外又径向向内延伸。在根据图3c的实施方式中，仅通过在轴向端14和16处径向向内对准的增厚部或凸起构造保持套筒6的周壁的增厚部。通过在轴向端14和16处的增厚部在此可以实现端侧增大的接触面，保持套筒例如通过该接触面与轴承套4的轴向端面8和10贴靠。由此，保持套筒6在轴向端14和16处可以具有通常相应于保持套筒的壁厚。减薄的中间区域18实现了保持套筒6的增大的弹性或弹簧作用，这可以补偿受热时的材料膨胀。以此方式，在该保持套筒中可减小在轴向端14和16处的径向膨胀并由此减小在此处传递到接触的轴承套4上的径向力。
根据图4a至图4c的实施方式基本上与参照图3a至图3c所描述的实施方式相同，不同之处在于，在根据图4的实施方式中仅轴向端16具有前述的增厚部。也就是说，轴向端14的壁厚等于中间区域18的壁厚。仅在根据图4b的实施例中在轴向端14处也设有径向向内对准的增厚部或径向向内对准的凸起。然而，在此处没有设置如在轴向端16处的径向向外对准的凸起。
应该理解，所有根据图3和图4的保持套筒6都可以具有在其内部的接合件或构型，该接合件或构型在此处未示出但用于与轴2的外周上的对应构型形成接合。
图5示出了如前所述的具有两个贴靠在轴承套4上的保持套筒6的轴承套4的设置。在此可见，第一保持套筒6的轴向端16贴靠在轴承套4的轴向端面8上，而第二保持套筒6的轴向端14贴靠在轴承套4的相对端面10上。也就是说，轴承套4沿轴向X被夹持在两个保持套筒6之间。
图6示出了轴的外周的不同构型，在此应该理解的是，轴承套4内周上的接合件或构型以及保持套筒6内周的接合件或构型始终对应地构造，使得它们能够与轴2形状配合地接合。在根据图6a的构型中，沿纵向延伸的凸部和槽交替地构造在轴表面上。对于根据图6b的轴而言，轴2具有六角形的截面。根据图6c的轴2的截面为具有突出的侧面的三角形。根据图6d的轴2具有两个在直径上相对置的、位于周面的、平行于纵轴线X延伸的槽，轴承套4内周上的接合件12以及保持套筒内周上的相应的接合件可以接合在所述槽中。
原则上应该理解的是，轴的构型可以以多种其他方式构造，其中轴承套4内周上和保持套筒6内周上的对应的接合件也相应地构造。

Claims (17)

1.一种轴(2)的径向轴承装置，其中在所述轴(2)上设有由轴承材料制成的环形轴承套(4)，其中所述轴(2)至少在其中设置有所述轴承套(4)的轴向区域内具有平行于轴(2)的纵轴线(X)延伸的构型，所述轴承套(4)的内周上至少一个对应的接合件(12)形状配合地接合在该构型中，其特征在于，所述至少一个接合件(12)在沿所述轴(2)的纵轴线(X)的方向上仅在所述轴承套(4)的长度的部分上延伸。
2.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述至少一个接合件(12)在沿所述纵轴线(X)的方向上与所述轴承套(4)的轴向端(8，10)间隔开。
3.如权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述至少一个接合件(12)在沿所述纵轴线(X)的方向上在小于所述轴承套(4)50％的长度上延伸。
4.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述至少一个接合件(12)在沿所述纵轴线(X)的方向上与所述轴承套(4)的两个轴向端部以相同的间距间隔开。
5.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，在所述轴承套(4)的内周上设置多个接合件(12)。
6.如权利要求5所述的轴承装置，其特征在于，所述接合件(12)均匀地分布在内周上。
7.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述轴(2)的构型和所述至少一个接合件(12)构造为彼此对应的楔状构型。
8.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述轴(2)的构型构造为所述轴(2)具有多边形截面的形式。
9.如权利要求8所述的轴承装置，其特征在于，所述至少一个接合件(12)限定所述轴承套(4)的相应的内截面形状。
10.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承套(4)由陶瓷制成。
11.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承套(4)的至少一个轴向端(8，10)贴靠在设置于所述轴(2)上的保持套筒(6)上，以轴向固定。
12.如权利要求11所述的轴承装置，其中所述轴承套(4)的两个轴向端(8，10)分别贴靠在设置在所述轴(2)上的保持套筒(6)上。
13.如权利要求11所述的轴承装置，其特征在于，所述保持套筒(6)的至少一个轴向端(8，10)处的壁厚大于该保持套筒(6)的轴向中间区域(18)的壁厚。
14.如权利要求13所述的轴承装置，其特征在于，所述保持套筒(6)的两个轴向端(14，16)的壁厚大于该保持套筒(6)的位于该两个轴向端之间的轴向中间区域(18)的壁厚。
15.如权利要求13所述的轴承装置，其特征在于，所述保持套筒(6)的至少一个轴向端(14，16)具有径向向内和/或径向向外对准的周向凸缘。
16.如权利要求11所述的轴承装置，其特征在于，所述保持套筒(6)由金属制成。
17.如权利要求16所述的轴承装置，其特征在于，所述金属为钢或钛。
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