CN102803764A - 自对中的轴颈轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回转机器,其包括壳体(112),以及被接纳在其中以便相对于壳体(112)回转的回转部件(120)。轴(122)从相关运动输入装置向回转部件(120)赋予围绕第一轴线的回转运动。轴承组件(206)插置在回转的轴(122)和壳体(112)之间,并且轴承组件(206)包括自对中的轴承部件(224)。自对中的轴承组件(206)包括具有基本平行于第一轴线延伸的凹部(222)的轴承部件(224),以及被接纳在凹部(222)中并且插置在轴(122)和轴承部件(224)之间的轴颈衬套(220)。轴颈衬套(220)固定到轴(122)以便与其一起回转,并且包括与轴(122)连接的柔性接头,以允许轴(122)和轴承(224)的自对中。
Description
技术领域
本申请涉及一种轴承装置,尤其是用于回转泵的自对中的轴颈轴承(即径向轴承)。
背景技术
传统类型的轴颈轴承的承载能力受限于负载轴的小的挠曲。不幸的是,在这样的机械设备中挠曲(甚至很小的挠曲)是不可避免的。在多数情况下,以尽可能刚性的方式将轴保持在壳体中。例如,轴承组件沿着轴的长度在一个或多个位置支承所述轴,以便对所述轴提供足够的支承。控制或者限制挠曲的量很重要,因为太多的轴挠曲会导致回转机器的操作问题。
在这种特定的回转机器应用(即回转泵)中,驱动轴由马达驱动旋转并且将回转运动传递给泵。泵的转子以公知的方式将能量赋予流体,从而增加在泵的进口和出口之间的流体压力。转子相对于回转机器的静止部分的非对中可导致转子或轴的严重偏离,因此导致非均匀的承载。传统的轴颈轴承的尺寸根据泵的规定的或额定的承载能力来设定,其必须能够将泵组件设计为实现均匀的承载,因为可以估测确切的非对中量。当然,设计者认识到一些不完美或者非对中将存在,因此有目的的将预期的非对中包含或结合在泵的额定值中。
但是,需要进行改进以便包含在回转机器的回转部件和静止部件(即轴颈轴承和轴)之间的非对中,从而提供更好的支承结构,其解决了非对中问题以及非对中对轴承组件的影响,以及必然地对回转机器的设计和性能的影响。还需要以经济的、有效的并且不会不利地影响轴承组件和回转机器的操作的方式,使得泵的重量和尺寸最小化。
发明内容
本发明涉及一种回转机器,包括壳体以及被接纳在所述壳体中的用于相对于所述壳体回转的回转部件。轴从相关的运动输入装置将围绕第一轴线的回转运动赋予回转部件。轴承组件插置在回转的轴和壳体之间,并且该轴承组件包括自对中的轴承部件。
自对中的轴承组件包括具有基本平行于所述第一轴线延伸的凹部的轴承部件,以及被接纳在所述凹部中并且插置在所述轴和轴承部件之间的轴颈衬套。所述轴颈衬套固定到所述轴上以便与所述轴一起回转,并且包括与所述轴连接的柔性接头以允许所述轴和轴承的自对中。
所述轴承组件优选地包括沿着所述轴设置在轴向间隔开的位置的第一和第二轴承部分。
优选地,所述轴颈衬套的内直径表面倒圆角或者形成冠部,从而具有其第一内直径尺寸小于其余的内直径表面的部分,但是可选地,所述轴的外直径表面可以倒圆角。
插置在所述轴和轴颈衬套之间的销确保轴颈衬套与所述轴一起回转。在所述轴的外直径中的凹槽接纳所述销的至少一部分,类似地,在轴颈衬套中的凹槽也接纳所述销的至少一部分。
在所述轴中的凹槽终止于从所述轴的终端向内轴向间隔开的一个位置。
第一轴承组件具有第一螺纹方向,第二轴承组件部分具有相反旋向的第二螺纹方向。
这种设置的一个主要优点在于一种能够接受轴的非对中或者挠曲的泵。
本发明的另一个优点涉及限制轴的尺寸的能力,即,能够将轴的尺寸限制为足以或者刚好足以被花键驱动的尺寸。因此,也可以减小回转机器的周围部件(例如在泵中,转子、凸轮环以及轭组件)的尺寸。
通过将自对中轴颈轴承结合在上述设置中,可以实现显著的重量节省。
通过阅读和理解下文的详细说明,将会明显看到本发明的其它优点和好处。
附图说明
图1是可变排量回转(VDR)泵的透视图。
图2是大致沿图1的线2-2的截面图。
图3是在轴颈衬套、轴承部件和轴之间的界面的放大截面图。
图4是与图3类似的放大截面图,并且还示出在轴颈衬套和轴之间的连接部件的定位。
图5是一种可选设置的放大截面图。
具体实施方式
首先参考图1和2,其中示出回转机器,尤其是可变排量泵110,泵110具有共同所有的美国专利No.7,108,493中所示出和描述的类型的回转凸轮环,该专利的细节明确结合在本文中作为参考。泵组件110包括具有泵的腔室114的壳体112。转子120被可回转地接纳在所述腔室中,并且转子120固定到轴122以使转子在所述腔室内回转。一系列径向延伸的凹槽124围绕转子沿圆周间隔开。每个凹槽的尺寸设定为操作性地接纳叶片或翼片126,所述翼片126具有从转子的外周延伸的外部径向末端。所述翼片对于不同的泵设计在数量上可以不同。轴122围绕纵向或回转轴线130回转。根据致动,其中一些翼片可以从转子的外周向外延伸比围绕转子外周的其余翼片更大的程度。当翼片在泵的腔室内与转子一起回转时在每个翼片之间限定泵送室,所述泵送室以本领域公知的方式提供了正流体排量。
围绕转子接纳有隔离环140。所述隔离环具有接纳销144的基本平坦的或平面的表面142。所述销围绕转子定位凸轮衬套150。第一和第二凸角或致动表面从凸轮衬套延伸,并且与第一和第二致动器组件156、158协作以便选择性地改变凸轮衬套的位置。这样,如本领域所公知的,可以改变泵的冲程或排量。
回转的凸轮部件或凸轮环170被接纳在凸轮衬套内。优选地,凸轮环具有平滑的内周向壁170,其适配成与从转子延伸的各个翼片126的外部末端接触。凸轮环的平滑的外周向壁174构造为在凸轮衬套150内自由回转。由液力轴承将回转的凸轮环170支承在衬套内,并且轴颈轴承填充有泵流体(这里是喷射燃料)以形成流体静力学或流体动力学轴承、或者混合的流体静力学/流体动力学轴承。在翼片的外部末端与回转的凸轮环之间产生的摩擦力导致凸轮环170以与转子大致相同的速度回转。但是,凸轮环相对于转子是自由回转的,因为没有用于联锁凸轮环使其与转子一起回转的机械结构性部件。通常,凸轮环的回转速度稍小于转子的速度,或者甚至稍大于转子的速度,并且由于填充流体的轴承的支承/操作,凸轮环具有低得多的粘滞曳力幅度。第一和第二压力板190、192被支承在壳体中。所述压力板包括用于向泵的腔室提供进入和流出流体的开口。一般来说,所述压力板与上述共同受让的专利中所描述的压力板具有相同的结构和功能。
如图2中所示,花键驱动器200延伸通过壳体并且由相关的马达驱动器(未示出)驱动。空心轴122与花键驱动器一起回转。而轴的衬套通常在一端被支承在轴承组件中。图2的设置表示分离的轴承组件206的设置。也就是说,轴承组件206包括第一或右侧轴承部分208和第二或左侧轴承部分210。除非明确指出,否则每个轴承部分208、210基本相同,并且在图3和4中放大了轴承部分210以便更清楚地显示。所述轴承部分包括被接纳在含铅青铜轴承224的凹部222中的轴颈插件220。轴承224在一端226在外部通过螺纹连接到相应的压力板。优选地,右侧和左侧轴承部分具有相反的螺纹或者相反的旋向(lay),例如右旋和左旋螺纹以用于固定到相应的压力板。在每个轴承224中的凹部222的内径与轴颈插件的外圆柱形表面具有紧密的匹配配合。此外,如附图标记230所示(图2和3),轴颈插件优选地沿其内径形成冠部。这样,每个轴颈插件的第一和第二相对端232、234具有比中心冠状部分230稍微更大的内径。这用作轴颈插件和轴的空心衬套的外径之间的唯一接触区域。沿着轴颈插件的中心部分的这种有意设置的接触点允许空心轴和轴颈插件之间的相对非对中。
此外,连接/驱动部件或销240(图2和4)部分地被接纳在轴颈插件中,并且部分地被接纳在空心轴中,以便这些部件一起回转。特别地,凹槽242延伸通过轴颈插件的内径的整个轴向长度。设在空心轴的外径中的凹槽或凹部244仅在有限的轴向长度上延伸,即,凹槽244的相对端246、248在轴的外径中形成圆角或者会合到轴的外径中。这防止了连接部件240沿轴122发生轴向移位。
应理解的是,尽管所述插件沿其内径部分相对于轴形成冠部,但是作为替代,所述轴的外径部分也可以形成冠部,但是这不是所希望的。非对中或者有限的挠曲可以通过在轴122的外表面上的冠状表面260(图5)来解决,即,将冠状表面从轴颈插件的内径表面沿径向向内移动到轴的外表面上。这样也将容许有限的非对中/挠曲。
冠状表面沿轴颈插件的内径是优选的,以使组件的尺寸最小化。因此,本发明的轴承组件优选的是分离的轴承设置,这种设置有意地提供了在轴颈插件和轴之间的柔性接头,所述柔性接头允许或容许所述轴相对于回转机器或者泵的静止部件的非对中的挠曲。
接纳或容许轴的挠曲或非对中的能力还具有以下优点,即允许减小泵的其余部件的尺寸,从而重要的是能够相对于现有技术的设置显著减小重量。因此,能够限制轴的尺寸,即,轴设定为具有足以被花键驱动的尺寸,并且转子、凸轮环、轭等均能够适当地减小尺寸,因为这些部件从轴和轴承沿径向向外组装。这些部件的直径或径向尺寸的减小导致重量的可能的显著减轻,因为这些部件的体积取决于径向尺寸的平方。
仅作为示例,刚性轴的现有设置的一个实施例导致大约九十五(95)磅的泵重量。通过使用针对相同的泵参数进行设定的自对中轴承(其在轴和轴承组件之间提供了柔性接头),实现了七十(70)磅的总重量。此外,体积根据半径的平方而变化,从而在径向的任何减小将导致所使用的材料的显著减少,以及重量的显著减轻。
使槽缝242的相对端246、248在空心轴的外径中成杯状防止了连接部件或销沿着轴的长度“行走”或行进。因此在每一端减小销的直径也允许切口的半径被吸收。这样,所述销不会像槽缝内的楔一样起作用。
优选的结构材料也会影响回转机器的性能。例如,在示例性实施例中,轴和轴颈插件优选地由钢或其它具有所需强度并且排除磨损的类似材料形成。连接部件优选地是碳化钨材料,其不如钢制的轴和轴颈磨损快,并且实际上有助于减小轴和轴颈凹槽部分的磨损,同时还提供了更耐久的接头。因此,尽管可以使用钢制连接部件,但是钢制连接部件不具有碳化钨的方案所提供的延长接头寿命这一优点。前面所述的轴颈轴承优选地是含铅青铜材料,但是也可以使用其它合适的轴承材料。
已经参照优选实施例描述了本发明。通过阅读和理解本说明书,可以想到其它变型和修改的实施例。本发明旨在包含在所附权利要求或其等同方案的范围内的所有这些变型和修改。
Claims (20)
1.一种回转机器,包括:
壳体;
容纳在所述壳体中以便相对于所述壳体回转的回转部件;
从相关运动输入装置向所述回转部件赋予围绕第一轴线的回转运动的轴;以及
插置在所述轴和所述壳体之间的轴承组件,所述轴承组件包括具有基本平行于所述第一轴线延伸的凹部的轴承部件,以及插置在所述轴和轴承部件之间且位于所述凹部中的轴颈衬套,所述轴颈衬套固定到所述轴以便与所述轴一起回转,并且包括与所述轴连接的柔性接头以允许所述轴和轴承的自对中。
2.根据权利要求1所述的回转机器,其特征在于,所述轴承组件包括设置在轴向间隔开的位置的第一和第二部分。
3.根据权利要求1所述的回转机器,其特征在于,所述轴颈衬套的内径表面具有冠部。
4.根据权利要求3所述的回转机器,其特征在于,所述轴颈衬套的内径表面具有中心部分,该中心部分具有的第一内径尺寸小于内径表面的其余部分的内径尺寸。
5.根据权利要求1所述的回转机器,其特征在于,所述回转机器还包括插置在所述轴和轴颈衬套之间的驱动部件,以确保轴颈衬套和轴一起回转。
6.根据权利要求5所述的回转机器,其特征在于,所述驱动部件是销。
7.根据权利要求5所述的回转泵组件,其特征在于,在所述轴的外径中还包括凹槽,以用于接纳所述驱动部件的至少一部分。
8.根据权利要求7所述的回转泵,其特征在于,在所述轴颈衬套的内径中还包括凹槽,以用于接纳所述驱动部件的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的回转泵,其特征在于,在所述轴中的凹槽终止于与所述轴的终端沿轴向向内间隔开的位置。
10.根据权利要求8所述的回转泵,其特征在于,所述轴承被固定地接纳在静止壳体中。
11.根据权利要求1所述的回转泵,其特征在于,所述柔性接头包括在所述轴的外表面区域上的冠状表面。
12.一种泵,包括:
壳体;
延伸进入所述壳体中以便相对于所述壳体围绕第一轴线回转的轴;
被接纳在所述轴上的回转泵部件;以及
被接纳在所述壳体中以便在其中支承所述轴的轴承组件,所述轴承组件包括具有轴向延伸的凹部的轴承,以及被接纳在所述轴承的凹部中并沿径向定位在所述轴和轴承之间的轴颈衬套,用于固定所述轴颈衬套与所述轴一起回转的固定部件,以及在所述轴颈衬套和轴及所述轴颈衬套和轴承之一上的不同的相对表面,以容许所述轴的非对中。
13.根据权利要求12所述的泵,其特征在于,所述固定部件是被部分地接纳在所述轴和所述轴颈衬套中的销。
14.根据权利要求12所述的泵,其特征在于,所述轴和所述轴颈衬套在相对的表面中分别包括凹槽,在所述凹槽中接纳所述固定部件。
15.根据权利要求12所述的泵,其特征在于,所述相对的表面之一包含冠状表面,另一个表面基本为圆柱形。
16.根据权利要求15所述的泵,其特征在于,所述轴具有基本圆柱形的表面,所述轴颈衬套具有冠状表面。
17.根据权利要求16所述的泵,其特征在于,所述轴颈衬套的冠状表面是径向内表面,该径向内表面包括比第一和第二相对端更小的沿轴向居中的第一直径。
18.根据权利要求17所述的泵,其特征在于,所述轴颈衬套的径向外表面基本为圆柱形,并且与所述轴承的基本圆柱形的径向内表面相匹配。
19.根据权利要求12所述的泵,其特征在于,所述轴承组件包括第一和第二沿轴向间隔开的部分。
20.一种回转机器,包括:
壳体;
被接纳在所述壳体中的轴,所述轴适配为相对于所述壳体围绕第一轴线进行回转运动;以及
在所述壳体中可旋转地支承所述轴的轴承组件,所述轴承组件包括具有基本平行于所述第一轴线延伸的凹部的轴承部件,在所述轴承部件中接纳轴颈衬套,所述轴颈衬套固定到所述轴以便与所述轴一起回转,并且包括与所述轴连接的柔性接头,以允许所述轴和轴承的自对中。
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |