CN102356246B - 热解耦轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支撑轴(3)的轴承装置，其包括：衬套(2)，轴被接收在衬套中，在衬套(2)和轴(3)之间存在整周的环状间隙(4)，并且衬套(2)和轴(3)由具有不同热膨胀系数的材料制成；连接装置(21)，其包括转动轴承环(7)和连接到轴(3)的保持元件(8；32、33、34)，以在衬套的外周(2b)提供衬套(2)的相对于轴(3)的对中支撑；固定轴承环(6、6’)，其布置在衬套(2)的径向外侧，并且和转动轴承环(7、7’)一起形成轴向滑动轴承(14)，该轴承装置的特征在于，连接装置(21)包括整周的环形带元件(9、9’)，环形带元件(9、9’)借助于热压连接(22)被连接到转动轴承环(7、7’)以形成互连元件(23)，互连元件(23)通过对中密配合被插入保持元件(8；32)的凹部(8a；32a)中，并且环形带元件(9、9’)沿轴(3)的轴向(X-X)被连接到保持元件(8；32)。

Description

热解耦轴承装置

技术领域

本发明涉及一种用于支撑轴的、由具有不同热膨胀系数的部件制成的轴承装置，其中，所述轴承装置包括热解耦。

背景技术

从现有技术已知各种轴承装置。特别是在滑动轴承的情况中，为了减小磨损，常常期望滑动轴承的轴承轴瓦由例如陶瓷材料等耐磨材料制成。当这样的轴承轴瓦与由例如钢材制成的轴结合时，由于钢的热膨胀系数比陶瓷材料的热膨胀系数高得多，将出现问题。这将导致轴承装置损坏。

从EP 0 563 437 A2已知一种轴承装置，其中陶瓷衬套借助于对向轴承配置在衬套的外周以对中方式被支撑为与轴相对。该轴承装置基本上被证明是有价值的并且例如被用于回转泵。然而，目前，出现了关于负载能力的增加的需求，特别是由于更大装备的高要求，使得轴的直径变大。另外，越来越多地使用速度控制机(speed-controlled machine)，使得由于速度控制而出现具有不同发热量的不同工作点(duty point)。于是，不能使轴承装置适用于仅一个工作点。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种结构简单、容易制造、成本低并且在轴的规则的速度变化时也能确保安全操作的轴承装置。

该目的通过具有如下的特征的轴承装置解决。

一种轴承装置，其用于支撑轴，轴承装置包括：

-衬套，轴被接收在衬套中，在衬套和轴之间存在整周的环状间隙，并且衬套和轴由具有不同热膨胀系数的材料制成，

-连接装置，连接装置包括转动轴承环和连接到轴的保持元件，以在衬套的外周提供衬套相对于轴的对中支撑，

-固定轴承环，固定轴承环布置在衬套的径向外侧，并且和转动轴承环一起形成轴向滑动轴承，

轴承装置的特征在于，

-连接装置包括整周的环形带元件，环形带元件借助于收缩连接被连接到转动轴承环以形成互连元件，互连元件通过对中密配合被插入保持元件的凹部中，并且环形带元件沿轴的轴向被连接到保持元件。

所发明的该轴承装置具有如下优点：该轴承装置在轴承处能够热解耦，使得轴承装置的各部件能够由具有不同热膨胀系数的材料制成。于是，各部件的材料能够最优地适应各自的需求。根据本发明，轴承装置的结构能够非常简单并且符合成本效益。根据本发明，这是通过将带元件收缩装配到转动轴承环的外周、使得在带元件和转动轴承环之间设置收缩连接而实现的。因此，转动轴承环和收缩装配的带元件一起形成互连元件，该互连元件通过对中密配合被插入保持环的凹部中。根据本发明，对中密配合是无公差或具有数量级为μm的微小公差的配合。于是，不存在压配合。因此，互连元件可手动地插入保持环的凹部或从保持环的凹部移除。带元件借助于轴向连接被连接到保持环。这里，互连元件在径向上至少部分地被保持元件包围，其中由于互连元件通过对中密配合插入保持元件，所以在互连元件和保持元件之间能够热解耦。固定轴承环和转动轴承环形成轴向滑动轴承。于是，根据本发明，能够补偿由于热变化而导致的轴向滑动轴承的运行表面位置的不期望的变化。于是，能够防止运行表面被所谓的边缘负荷(edge loading)损坏。

下述方案包括本发明的有利的进一步发展。

特别优选地，固定轴承环还具有沿径向朝内的滑动表面，以便与包围轴的衬套一起形成径向滑动轴承。于是，径向滑动轴承和轴向滑动轴承能够同时设置在固定轴承环处。由于固定轴承环处的这种多表面支撑，特别地，能够减少部件数量并且能够提供紧凑的轴承装置。

特别优选地，带元件关于与轴的中心轴线垂直布置的轴线对称地形成。于是，保证当温度变化时，带元件处发生尺寸的均匀变化。在本文中，带元件优选地在沿径向朝外的两个端部处包括大的斜面。

特别优选地，轴承装置形成为双轴承配置，于是包括两个转动轴承环和两个固定轴承环。于是，轴能够在两个相互间隔开的区域被支撑。优选地，为达成此目的，转动轴承环配置在固定轴承环的沿轴向彼此面对的两侧。换句话说：在轴向上，转动轴承环配置在固定轴承环之间。作为替代，转动轴承环配置在固定轴承环的沿轴向彼此远离的两侧。换句话说：在轴向上，固定轴承环配置在转动轴承环之间。

另外，本发明涉及一种包括所发明的轴承装置的磁耦合器。磁耦合器优选地用在速度控制机中，尤其是用在泵中。

附图说明

下面，结合附图基于优选实施方式具体说明本发明，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施方式的轴承装置的示意性剖视图，

图2示出了图1的连接装置的示意性剖视图，

图3示出了使用根据图1的轴承装置的回转泵的示意性剖视图，以及

图4示出了根据本发明的第二实施方式的轴承装置的示意性剖视图。

具体实施方式

下面，参照图1至图3具体描述根据本发明的第一实施方式的轴承装置1。从图1中可以看出，轴承装置1包括筒状衬套2，轴3配置在衬套2中。在衬套2和轴3之间设置环状间隙4，使得衬套2和轴3之间存在径向距离。因为轴3和衬套2由不同的材料制成，所以以考虑轴3的热膨胀行为的方式选择环状间隙4的尺寸。在本实施方式中，轴由钢材制成，且衬套由陶瓷材料(SiC)制成。

所示实施方式的轴承装置1用于同时轴向地和径向地支撑轴3。在该情况下，轴承装置1被设置为用于在两个相互间隔开的区域支撑轴3的双轴承(twin bearing)。为此，轴承装置包括一对轴向滑动轴承14、14’和一对径向滑动轴承15、15’。轴向滑动轴承14、14’分别包括转动轴承环7、7’和固定轴承环6、6’。径向滑动轴承15、15’沿轴的径向形成在固定轴承环6、6’和衬套2的外周界面2b之间。从图1中可以看出，两个固定轴承环6、6’借助于销13、13’被安装到壳体部5。

轴3在衬套2的两个相反端借助于连接或对中装置(connection or centering arrangement)21、21’被连接到衬套2。连接装置21、21’用于使衬套2相对于轴3同轴地定位。各连接装置21、21’均包括借助于销12被连接到轴3的环形保持元件8、8’。另外，转动轴承环7、7’也是连接装置21、21’的一部分。特别地，从图2中可以看出，连接装置21、21’还包括额外的环形带元件9、9’。环形带元件9、9’关于轴线A对称地形成，其中轴线A垂直于轴3的中心轴线或转动轴线X-X。环形带元件9、9’由金属材料制成并且分别借助于收缩连接22、22’被收缩装配于转动轴承环7、7’，其中转动轴承环由陶瓷材料制成。于是，转动轴承环7、7’和环形带元件9、9’分别形成互连元件23(图2)。环形带元件9、9’在轴向上通过固定销10、10’被连接到环形保持元件8、8’。如图2所示，环形保持元件8具有在径向向外方向上由环形边缘部8b划界的凹部8a，这里，利用对中密配合(centering snug-fit)将包括转动轴承环7和环形带元件9的互连元件23插入凹部8a，并且仅通过固定销10将互连元件23在轴向上连接到环形保持元件8。于是，轴3的转动通过环形保持元件8、固定销10和环形带元件9传递到转动轴承环7。转动轴承环7在其内周面还通过连接27、特别是对中密配合连接到衬套2，其中衬套2优选地在轴向上被夹持在保持元件8、8’之间。于是，衬套2借助于连接装置21被对中于轴3，从而轴3和衬套2能够由具有不同热膨胀系数的材料制成，而不出现任何问题。

环形带元件9还在其朝向径向外侧的端部包括大的斜面9a、9b，其中，这些斜面也关于轴线A对称地形成。为了安装互连元件23，在环形带元件9的斜面9b处设置卡环(snap ring)11，其中，该卡环被保持在边缘部8b的凹部中。

于是，根据本发明能够实现具有不同热膨胀系数的部件之间的热解耦。除轴3之外，环形保持元件8和环形带元件9也由金属材料制成。与之相反，转动轴承环7和衬套2由陶瓷材料制成。因此，当温度变化时，转动轴承环7不会产生倾斜(tipping)作用，这种倾斜作用在现有技术中能够导致轴向滑动轴承14、14’的轴向滑动表面7a、6a处发生的磨损。环形带元件9和转动轴承环7之间的收缩连接22的张力分布(tension profile)变化能够通过利用对中密配合插入的互连元件23补偿。由于环形带元件9的关于轴线A的对称设计，特别地，当各部件的热膨胀不同时，转动轴承环7不发生倾斜。

图3示出了所发明的轴承装置1在泵中的应用。该泵包括磁耦合器16，该磁耦合器16包括驱动磁体17和从动磁体18。在驱动磁体17和从动磁体18之间设置分隔杯(split cup)19。这里，从动磁体18被连接到轴3。泵轮以附图标记20表示。所发明的轴承装置1承担轴3的轴向和径向支撑，其中两个轴承面，即，一个轴向轴承面和一个径向轴承面，被设置在固定轴承环6、6’处。

图4示出了根据本发明第二实施方式的轴承装置1，其中与第一实施方式相同的部件或功能上相同的部件具有和第一实施方式中相同的附图标记。第二实施方式的轴承装置1基本上与第一实施方式的轴承装置对应，其中固定轴承环6、6’关于转动轴承环7、7’的配置与第一实施方式相反。在第二实施方式中，转动轴承环7、7’配置在固定轴承环6、6’的在轴向上彼此相对的端面。另外，在第二实施方式中，不设置连续的衬套，而是设置两个分离的衬套30、31。两个衬套30、31通过中间元件32彼此连接。另外，第一衬套30通过保持元件33被连接到轴3，而第二衬套31通过保持元件34被连接到轴3。环形带元件9、9’仍被收缩装配到转动轴承环7、7’，并且沿轴向借助于固定销10、10’被固定地连接到中间元件32。转动轴承环7、7’和两个衬套30、31仍由陶瓷材料制成，而中间元件32和两个保持元件33、34以及轴3由金属材料制成，使得这些部件仍具有不同的热膨胀系数。另外，在本实施方式中，转动轴承环7、7’和环形带元件9、9’仍借助于收缩连接形成互连元件23，利用对中密配合将互连元件23插入中间元件32中。仅通过固定销10、10’实现用于传递力矩的互连元件23的轴向固定。除此以外，本实施方式与前述实施方式对应，因此可参照前述实施方式中给出的说明。

Claims (10)

1.一种轴承装置，其用于支撑轴（3），所述轴承装置包括： 

-衬套（2），所述轴（3）被接收在所述衬套（2）中，在所述衬套（2）和所述轴（3）之间存在整周的环状间隙（4），并且所述衬套（2）和所述轴（3）由具有不同热膨胀系数的材料制成， 

-连接装置（21），所述连接装置（21）包括转动轴承环（7）和连接到所述轴（3）的保持元件（8；32、33、34），以在所述衬套（2）的外周（2b）提供所述衬套（2）相对于所述轴（3）的对中支撑， 

-固定轴承环（6、6’），所述固定轴承环（6、6’）布置在所述衬套（2）的径向外侧，并且和所述转动轴承环（7、7’）一起形成轴向滑动轴承（14）， 

所述轴承装置的特征在于， 

-所述连接装置（21）包括整周的环形带元件（9、9’），所述环形带元件（9、9’）借助于收缩连接（22）被连接到所述转动轴承环（7、7’）以形成互连元件（23），所述互连元件（23）通过对中密配合被插入所述保持元件（8；32）的凹部（8a；32a）中，并且所述环形带元件（9、9’）沿所述轴（3）的轴向（X-X）被连接到所述保持元件（8；32），所述对中密配合是无公差或具有数量级为μm的微小公差的配合，所述互连元件（23）在径向上至少部分地被所述保持元件（8；32）包围。 

2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述环形带元件（9、9’）关于与所述轴（3）的轴向（X-X）垂直配置的轴线（A）对称。 

3.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述衬套（2）、所述转动轴承环（7、7’）和所述固定轴承环（6、6’）由具有相同或相似热膨胀系数的材料制成。 

4.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述保持元件（8；32）、所述轴（3）和所述环形带元件（9、9’）由具有相同或相似热膨胀系数的材料制成。 

5.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述固定轴承环（6、6’）具有径向滑动表面（6b），并且所述固定轴承环（6、6’）和所述衬套（2）的径向滑动表面（2b）一起形成径向滑动轴承（15）。 

6.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，两个固定轴承环（6、6’）和两个转动轴承环（7、7’）形成双轴承配置。 

7.根据权利要求6所述的轴承装置，其特征在于，所述转动轴承环（7、7’）配置在固定轴承环（6、6’）的沿所述轴向（X-X）彼此面对的两侧，或者所述转动轴承环（7、7’）配置在固定轴承环（6、6’）的沿所述轴向（X-X）彼此远离的两侧。 

8.根据权利要求3所述的轴承装置，其特征在于，所述衬套（2）、所述转动轴承环（7、7’）和所述固定轴承环（6、6’）由SiC制成。 

9.根据权利要求4所述的轴承装置，其特征在于，所述保持元件（8；32）、所述轴（3）和所述环形带元件（9、9’）由钢制成。 

10.一种磁耦合器，其包括前述权利要求中任一项所述的轴承装置。 

Images