CN102748390B - 流体动力轴向轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体动力轴向轴承。通过使浮动盘(30)的两侧上的两个润滑间隙通过不同大小的承载面积而形成，在损耗功率和油渗透方面优化带有浮动盘(30)的流体动力轴向轴承。由此，尽管在浮动盘(30)和轴承罩壳(20)或者浮动盘(30)和轴承梳形部(11)之间的旋转速度不同，但是对于两个侧面可形成相同的润滑间隙。

Description

流体动力轴向轴承
本申请是申请号为200880109641.3、申请日为2009年9月25日、发明名称为“流体动力轴向轴承”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及旋转轴的流体动力(hydrodynamisch)轴向轴承 (Axiallagerung)领域，如例如在废气涡轮增压器中所使用的轴向轴承。
本发明涉及带有浮动盘(Schwimmscheibe)的流体动力轴向轴承和这种浮动盘。
背景技术
当快速转动的转子被加载轴向推力时，使用可承载的轴向轴承。例如在废气涡轮增压器中使用流体动力轴向轴承，以用于承受由流体引起的高轴向力并用于涡轮轴在轴向上的引导。为了在这种应用中改善倾斜位置补偿能力和磨损特性，在流体动力轴向轴承中在以轴转速旋转的轴承梳形部(Lagerkamm)和不旋转的轴承罩壳之间可使用自由浮动的盘(所谓的浮动盘)。
此外，与此相关的示例可在文件GB1095999，EP0840027，EP1199486以及EP1644647中找到。浮动盘的径向引导在旋转体上、即在轴上或者在轴承梳形部上通过集成到浮动盘中的径向轴承而实现(如例如在文件EP0840027中所公开的那样)，或在静止的、同心地包围旋转体的轴承环(Lagerbund)上实现(如例如在文件EP1199486中所公开的那样)。这种流体动力轴向轴承的润滑通常借助于来自自身的润滑油系统的润滑油或者在废气涡轮增压器中通过与废气涡轮增压器相连接的内燃机的润滑油系统来实现。
在运行中在以仅仅约一半的轴转速回转的浮动盘和轴或者布置在轴上的轴承梳形部之间建立可承载的润滑膜。为此通常在浮动盘两个侧面上设置有成型的(profiliert)环形面，这些环形面分别与平整(eben)的滑动面一起形成润滑间隙。成型的环形面包括至少在周向上定向的楔面，这些楔面与平整的滑动面一起形成收敛的间隙。如果在该收敛的间隙中吸入(hineinziehen)足够的润滑剂，则形成可承载的润滑膜。润滑剂由于快速旋转的浮动盘的离心力作用而在径向上扩散(verbreiten)。
在浮动盘的轴向和径向滑动面处的摩擦转矩影响浮动盘的转速。在高轴转速时浮动盘转速典型地位于轴转速的50％以下，即，浮动盘以低于轴的一半转速而转动。由此，在两个轴向润滑间隙中得到不同相对速度。在此，轴相对于浮动盘的相对速度大于浮动盘相对于轴承罩壳的相对速度。
由于不同的相对速度和不同的离心力作用，在两个轴向润滑间隙中出现的间隙高度是不同的。因为轴承尺寸设计成用于每次出现的最小润滑间隙，因此轴承间隙为超尺寸的(überdimensioniert)，这可导致不必要的大损耗功率和不必要的油渗透(Öldurchsatz)。
发明内容
因此，本发明的目的是，在损耗功率和油渗透方面优化带有浮动盘的流体动力轴向轴承。
根据本发明该目的通过浮动盘两侧上的两个轴承间隙的不同大小的承载性而实现，以使得最小润滑间隙在设计点上是相同的。与转速、最小润滑间隙和油特性相关的承载力称为轴承的承载性。
根据本发明通过几何上构造成不同的润滑间隙实现不同的承载性。在此，由成型的环形面和平整的滑动面所限制的、在形成轴向轴承的部件之间(即一侧上在轴承罩壳和浮动盘之间以及另一侧上在浮动盘和与轴一起旋转的轴承梳形部之间)的空间认为是润滑间隙。
通过浮动盘的径向阶梯部可单独地确定两个轴向润滑间隙的面尺寸，以使得两个润滑间隙中的最小间隙高度在设计点上大小相同。在此，有利地，相对于面向轴承梳形部的侧面，使浮动盘的面向轴承罩壳的侧面配备有更大的承载面。
通过径向缩小成型的圆形面同样可减小其大小。在此，可径向向内、径向向外或径向向内和向外地实现缩小。
一起形成润滑间隙的成型的环形面和平整的滑动面称为轴向轴承的承载面。当例如两个成型的环形面中只有一个在径向上缩小而平整的滑动面具有相同的尺寸时，则同样实现承载面的尺寸减小。当两个一样大小的成型的环形面与这样的平整的滑动面(即，例如滑动面中的一个在径向上未在整个环形面上延伸)共同作用，则实现相同的效果。
承载性的变化还可通过成型在周向上的几何变化而实现。因此例如可使区段的数量从六个减少到五个。或者可加大油槽在轴向上的延伸。
利用所提及的实施形式尽管一侧上浮动盘和轴承罩壳之间的相对速度和另一侧上浮动盘和轴承梳形部之间的相对速度不同，但可使浮动盘的两侧上的最小润滑间隙高度相互平衡(angleichen)。
备选地，可使浮动盘的一侧或两侧构造成平整的滑动面并且使成型的环形面布置在轴或者轴承梳形部上。例如，如果浮动盘的面向轴的侧面构造成平整的滑动面并且对应于轴使环形面成型，则在两个轴承部件中分别成型快速转动的环形面。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明的实施形式。附图说明如下。
图1显示了根据本发明所设计的带有阶梯状的浮动盘的轴向轴承的第一实施形式。
图2显示了根据本发明所设计的带有浮动盘(带有不同的成型的环形面)的轴向轴承的第二实施形式。
图3显示了穿过根据本发明所设计的带有阶梯状的浮动盘的轴向轴承的第三实施形式的润滑油供应的截面图。
具体实施方式
图1和图2显示了根据本发明的流体动力轴向轴承的两个实施形式，其中，分别在图的中间示出了沿着轴线引导穿过轴向轴承的截面。轴向轴承包括浮动盘30，该浮动盘30轴向上布置在轴承罩壳20和布置在轴10上且与轴旋转的轴承梳形部11之间。可选地，轴承梳形部可作为径向伸出的突出部而集成到轴中，以使得浮动盘轴向布置在轴承罩壳和轴突出部之间。分别在图的左侧和右侧区域示出了从相应的侧面所观察的浮动盘的视图。在左侧上示出了在方向A上所观察的浮动盘30A，在右侧上示出了在方向B上所观察的浮动盘30B。
浮动盘30A的面向轴承罩壳的成型的环形面以绝对速度vS(即，在所示的实施形式中在方向A上观察逆时针地)旋转。在此，通过润滑槽31径向引入到浮动盘30和轴承罩壳20之间的浮动盘的成型的环形面区域中的润滑油(如以宽箭头所示的那样)与浮动盘的转动方向相反地吸入到楔面32中。通过楔面32和相对的轴承罩壳处的平整的滑动面之间的润滑间隙的变窄来建立对于轴向轴承的承载性所必需的压力。在从楔面32到止动面33的过渡区域中得到最大压力。
浮动盘30B的面向轴承梳形部的成型的环形面以绝对速度vS(即，在所示的实施形式中在方向B上观察顺时针地)旋转。但是，因为轴承梳形部11在相同方向上以比两倍还大的速度vW旋转，因此产生成型的环形面的相对速度vR，该相对速度vR在方向B上观察逆时针行进。在此，相对速度vR大于绝对速度vS。再次以宽箭头表示，润滑油如何通过润滑槽径向向外被引导并且在此在周向上吸入到楔面中。
在根据图1的实施形式中，浮动盘30具有径向阶梯部，以使得面向轴承罩壳20的侧面在径向上超出面向轴承梳形部11的侧面。因此，浮动盘的两个侧面的径向伸长是不同的。在面向轴承罩壳的侧面上的成型的环形面具有环宽rG，该环宽rG大于在浮动盘的面向轴承梳形部的侧面上的环形面的环宽rW。
由于较高的相对速度(在浮动盘的面向轴承梳形部的侧面上的成型的环形面的楔面以该相对速度沿着轴承梳形部上的平整的滑动面旋转)，因此形成润滑间隙(尽管承载面积较小)，该润滑间隙对应于轴承罩壳和浮动盘面向轴承罩壳的侧面之间的润滑间隙。
在根据图2的实施形式中，浮动盘30具有两个相同大小的侧面，但是其成型的环形面构造成不同。成型的环形面分成多个区段34，其中，区段包括润滑槽31、楔面32以及邻近的止动面33。左侧上的相对于静止的轴承罩壳较缓慢地旋转的环形面具有比在面向轴承梳形部侧面上的以更高的相对速度旋转的环形面更多的区段34。
可选地，例如当楔面的倾角(Steigungswinkel)变化并由此使带有最大承载力的范围变小或者扩展时，可改变承载性。楔面32和止动面33之间的过渡可借助于棱边或者以作为连续伸延的、无棱边的面的方式而实现。在后一种情况下无需区分楔面和止动面，因此楔面例如也可以持续变小的角连续地升高到下一润滑槽。
在根据图3的实施形式中，浮动盘30再次具有径向的阶梯部，以使得面向轴承罩壳20的侧面在径向上超出面向轴承梳形部11的侧面。此外，在面向轴承梳形部的侧面的径向内侧上施加斜面并且使成型的环形面的内半径稍微向外加大。轴承梳形部处的平整的滑动面的内边缘径向向外偏移，由此相对于第一实施形式，附加地减小浮动盘30和轴承梳形部11之间的润滑间隙的承载面积。
在流体动力轴向轴承的浮动盘中，必需给两个侧面供应润滑油。为此根据本发明将至少一个供应孔35结合(einlassen)到浮动盘中。供应孔35连接浮动盘的两个侧面并且允许润滑油从一侧面供给到另一侧面上。可选地，浮动盘对于面向轴承梳形部的侧面上的每个润滑槽具有一供应孔。
在所示的实施形式中，润滑油通过轴承罩壳中的润滑油输入管路22被引导到浮动盘30和轴承罩壳20之间的润滑间隙的区域中。通过成型的环形面的旋转使润滑油沿着润滑槽31径向向外输送，并且在此在周向上吸入到楔面中。通过布置在润滑槽31的区域中的供应孔35使润滑油同样输送到浮动盘30和轴承梳形部11之间的润滑间隙的区域中。在此，如果供应孔自润滑间隙起以带有润滑油供应的方式偏离轴向以朝向外边缘的角度而指向，则通过浮动盘的旋转帮助润滑油流动。
由于供应孔可在很大程度上舍弃在浮动盘的径向轴承的区域中的供应槽。由此减少通过轴承梳形部11与轴承环21(当浮动盘30支承在静止的轴承罩壳上时，存在轴承环21)之间的脱离联结间隙(Entkopplungsspalt)的润滑油渗透。尤其有利的是，脱离联结间隙在浮动盘的径向轴承的区域中在无附加的密封元件的情况下通到例如废气涡轮增压器的喷油空间中。
参考标号列表
10 轴
11 轴承梳形部
20 轴承罩壳
21 轴承环
22 润滑油输入管路
30 浮动盘
30A 浮动盘，轴承罩壳侧(在方向A上观察)
30B 浮动盘，轴承梳形部侧(在方向B上观察)
31 润滑槽
32 楔面
33 止动面
34 成型的环形面的区段
35 供应孔
rG 轴承罩壳侧的环宽
rW 轴承梳形部侧的环宽
vR 浮动盘相对于轴承梳形部的相对速度
vS 浮动盘的速度
vW 轴承梳形部的速度。

Claims (12)

1.一种用于流体动力轴向轴承中的、具有被可转动地支承在轴承罩壳中的轴的浮动盘，所述浮动盘在其两侧中的每一侧具有带有多个楔面(32)和径向润滑槽(31)的成型的环形面，其中，所述楔面设计成使得当所述浮动盘被使用在流体动力轴向轴承中处于所述轴承罩壳与设在所述轴上的轴承梳形部上的两个平整的滑动面之间时，所述楔面各自在周向上使所述浮动盘和平整的滑动面之间的润滑间隙变窄，其特征在于，至少一个供应孔(35)被结合到所述浮动盘(30)中，在所述浮动盘的至少一侧上通到润滑槽中，使所述浮动盘的两个侧面彼此连接，其中，所述至少一个供应孔(35)相对于轴向以一角度而径向向外指向。
2.根据权利要求1所述的浮动盘，其特征在于，所述浮动盘具有用于在所述盘的一侧上的每个润滑槽的供应孔(35)。
3.根据权利要求1所述的浮动盘，其特征在于，所述浮动盘(30)的一侧相对于另一侧径向上构造成阶梯状。
4.根据权利要求1所述的浮动盘，其特征在于，形成所述浮动盘两侧的润滑间隙的两个成型的环形面具有构造成不同的楔面(32)。
5.一种用于可转动地支承在轴承罩壳(20)中的轴(10)的流体动力轴向轴承，所述轴向轴承包括根据权利要求1所述的浮动盘，所述浮动盘沿轴向布置在所述轴承罩壳和设在所述轴上的轴承梳形部(11)之间，其中，在所述轴承罩壳(20)和所述浮动盘(30)之间，以及在所述浮动盘(30)和所述轴承梳形部(11)之间，分别形成有由成型的环形面和平整的滑动面所限制的润滑间隙，其中，所述成型的环形面包括多个分别在周向上使润滑间隙变窄的楔面(32)，并且所述浮动盘具有径向的润滑槽(31)。
6.根据权利要求5所述的流体动力轴向轴承，其特征在于，所述浮动盘(30)包括在面向所述轴承梳形部的一侧上的润滑槽(31)，并且其中，所述浮动盘具有用于在面向所述轴承梳形部的一侧上的每个润滑槽的供应孔(35)。
7.根据权利要求5所述的流体动力轴向轴承，其特征在于，所述至少一个供应孔(35)以一角度径向向外指向。
8.根据权利要求5所述的流体动力轴向轴承，其特征在于，所述浮动盘(30)的一侧相对于另一侧径向上构造成阶梯状。
9.根据权利要求5所述的流体动力轴向轴承，其特征在于，形成所述浮动盘(30)两侧的润滑间隙的两个成型的环形面分别划分成不同数量的区段(34)，其中相应地，一个区段(34)包括一个楔面(32)。
10.根据权利要求5所述的流体动力轴向轴承，其特征在于，形成所述浮动盘两侧的润滑间隙的两个成型的环形面具有构造成不同的楔面(32)。
11.根据权利要求5所述的流体动力轴向轴承，其特征在于，所述成型的环形面包括楔面(32)和平整的止动面(33)，并且形成所述浮动盘两侧的润滑间隙的两个成型的环形面具有不同的所述止动面(33)与所述楔面(32)的面积比。
12.一种废气涡轮增压器，包括轴，所述轴带有根据前述权利要求5-11中任一项所述的流体动力轴向轴承。
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