CN103133362A - 带滚动轴承的真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带转子（10）和滚动轴承（30）的真空泵，滚动轴承旋转支承转子（10）并包括滚动体（32），滚动体具有一个球直径（102）并且滚动体的球中心点（100）位于一个带圆周的节圆（104）上。为了改善高速旋转转子的支承结构，建议将滚动轴承设计成球形无保持架式结构并且承载球的球直径（102）之和约为圆周的0.85-0.97倍。

Description

带滚动轴承的真空泵
技术领域
本发明涉及一种带权利要求1所述滚动轴承的真空泵。
背景技术
采用分子作用原理或涡轮分子作用原理的真空泵具有一个高速旋转的转子。转子的转速范围为每分钟几万转。采用滚动轴承对转子进行支承，既可以采用脂润滑，也可以采用润滑剂循环润滑。
脂润滑滚动轴承的有益效果是支承结构简单，但是跟循环润滑相比，其最大允许温度和所要达到的使用寿命受到限制。
循环润滑虽然能在使用寿命和使用温度方面有所改善，但是结构更为复杂。这种润滑系统的目的常常在于改善润滑剂的流动。DE 10 2007 014 142 A1的实施例建议，利用保持架内表面上的螺纹槽在内圈和保持架之间形成润滑膜。
因此发明人员需要解决的技术问题是设计一种带滚动轴承的真空泵，其滚动轴承改善了真空泵的高速旋转转子的支承情况。
发明内容
通过独立权利要求所记载的特征解决了这项技术问题。在从属权利要求2至12中对本发明的优选技术方案的特征进行了撰写。
根据主权利要求设计的真空泵的滚动轴承，其特征在于：一方面基于承载球的数量而具有较高的承载能力，另一方面因未采用保持架而降低了摩擦。减少的摩擦降低了轴承温度，进而可以减少磨损和润滑剂消耗量。这降低了在真空泵低压区带入润滑剂的危险并减少了成本。较高的承载能力使得采用具有小尺寸的滚动轴承成为可能，这能实现高转速和降低成本。同时，保持架的省去使得一个故障原因被排除。利用权利要求1所述的设计方案，可将球形滚动轴承用于带高速旋转转子的真空泵中并且由此消除了球形滚动轴承因使用寿命太短而不适合于高转速场合的偏见。
从属权利要求所述的特征对上述优点进行了加强并带来了附加的优点。根据权利要求2、3和5所述的特征介绍了一种装拆方便的滚动轴承。内圈和/或外圈可以包括一个第一和第二子圈。内圈和/或外圈的滚道可以设计成凹槽，尤其可通过内圈和外圈的第一和第二子圈来共同构成滚道。根据权利要求4，在省去间隔球的情况下将所有的球设计成承载球，以至于可以采用微型轴承。根据权利要求6和7所述的材料选择降低了磨损并使得减少润滑油使用量成为可能。尤其是，陶瓷球之间的摩擦要大大小于钢球之间的摩擦。作为附加的有益效果，陶瓷球使得选用小型滚动轴承成为可能。原则上，可利用液体润滑剂对滚动轴承进行润滑。球形设计结构不仅可以改进权利要求9所述的脂润滑支承结构，也能改进权利要求10所述的循环润滑滚动轴承。对于进行润滑剂循环润滑的滚动轴承来说，保持架的省去能够让采用权利要求11所述的润滑剂例如全氟聚醚，可以取得有益的效果。根据权利要求12所述的圆锥形表面可在无保持架的滚动轴承中实现优异的润滑剂供应效果，这可大大降低润滑剂的使用量。
应优先选择将滚动轴承的结构设计成，在离心泵正常运行和尤其是长时间运行时，可对转子进行旋转支承，因此滚动轴承一方面可与泵壳，另一方面可与转子进行紧密配合，并且分别和泵壳和转子进行紧密连接。例如滚动轴承的外圈可用泵壳内表面的轴承座支承。滚动轴承的内圈或者尤其滚动轴承的内圈的两个子圈可以布置在转子和尤其转子轴上。
应通过具体实施方式和技术方案对本发明作进一步详细的说明，应结合附图对本发明的有益效果作进一步说明。其中：
附图说明
图1：带滚动轴承的真空泵剖面视图；
图2：球圆、节圆和滚道示意图；
图3：真空泵带滚动轴承的轴承区分体结构剖面视图。
具体实施方式
以下通过采用涡轮分子结构形式的真空泵的具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。图1为真空泵剖面视图。真空泵的外壳2具有一个法兰4，真空泵可通过该外壳与未绘出的泵腔的法兰进行连接。法兰周围布置有吸入孔6，真空泵通过该吸入孔吸入气体。压缩的气体通过排气口8离开真空泵。
在真空泵中布置有转子10，该转子具有一个轴12。可在两个点上对该轴进行旋转支承。带外圈34、内圈36和布置在内、外圈之间的球32的球形无保持架式滚动轴承30位于其中一个点上，可在另外一个点上布置一个长寿命轴承16，该长寿命轴承的有益效果是无磨损的和由于不使用润滑剂而可以布置在高真空区。滚动轴承的外圈34装在轴承座28中，轴承座设在外壳2的内侧。在设计轴承座28时应确保可以减缓滚动轴承30所产生的振动。
在转子10上设有一个采用涡轮分子结构形式的转子盘14，该转子盘和同样采用涡轮分子结构形式的定子盘20共同作用并且当转子10高速旋转时，产生泵浦效应。通过一台传动装置为高速旋转提供动力，这种高速旋转适合于实现分子泵浦效应和转速范围为每分钟几万转。该传动装置可以包括一个固定在转子10上的电磁传动装置26和一个安装在真空泵外壳2中的驱动线圈24。
可通过图2对球形无保持架式滚动轴承的结构作进一步说明。
图中绘出了设在滚动轴承内圈上的内滚道108和设在滚动轴承外圈上的外滚道110。内滚道和外滚道之间装有球32，球分别具有一个球中心点100。球中心点100紧邻一个圆，具体说，是紧邻节圆104，该节圆具有一个节圆直径106和一个由节圆直径构成的圆周。图上绘出了承载球32，该承载球同时在内、外滚道108、110上滚动。承载球32的球直径102之和约为圆周104的0.85-0.97倍，图2中的示意图并不与比例尺完全相符。对于这些数值来说，滚动轴承达到了非常优异的运转特性和使用寿命。根据一种取得有益效果的技术方案，承载球32的球直径102之和约为圆周104的0.89-0.92倍。
如果外圈和内圈中的至少一个包括含有下列质量百分数的合金元素的钢，可进一步延长使用寿命：碳0.25-0.35，铬14-16，钼0.85-1.10和氮0.3-0.5。为了进一步改善性能，还可以含有下列质量百分数的材料成分：直到1的硅，直到1的锰和直到0.5的镍。
如果将承载球32设计成陶瓷结构形式，可以进一步延长使用寿命。球32可以取得有益效果，该球的材料主要成分包括氮化硅（Si3N4）或氧化锆（ZrO2）。
可将所有的球32设计成承载球，以便滚动轴承能承受重载荷。可以省去有摩擦的和产生磨损的保持架和间隔球等构件，由此可以设计出小型的、长寿命的和适合于高转速的滚动轴承。
可结合图3中的剖视图对其他设计方案作进一步说明。绘制的是滚动轴承和轴承座区域的断面图。
滚动轴承的内圈设计成两部分式结构，带有一个第一子圈361和第二子圈362。两个子圈361、362布置在轴12上。能取得有益效果的是，内圈的分度线在与旋转轴112垂直的平面上，可以取得有益效果的是，分度线位于滚道的高度上。
作为内圈分段式结构的备选方案，也可以将外圈34设计成是分段式结构和具有一个第一子圈341和一个第二子圈342，优选设计方案是，分度线位于滚道的高度上并且在与旋转轴112垂直的平面上。
外圈34或内圈的分度线使得将滚道设计成凹槽成为可能和同时可采用多个承载球32。通过这种方式，承载球32的球直径之和约为节圆圆周的0.90-0.97倍。
将滚动轴承的外圈34装在轴承座中，在绘制出的实施例中的设计结构如下：在外壳2和滚动轴承的外圈34之间和两者的机械式触点之间，布置有振动件50、52和54。振动件50、52和54可简化设计成弹性圈。弹性圈构成了可对在轴向和径向上进行振动的滚动轴承加以支承的轴承座，同时能减缓振动情况。
在可能由多层毛毡材料制作而成的润滑剂储存器60中对润滑剂进行储存并且通过润滑剂输料口62，例如通过由毛毡材料制作而成的舌形槽传递给螺母64。该润滑剂输料口具有一个圆锥形表面66，其直径在表面66、润滑剂输料口62和滚动轴承之间会增加。圆锥形表面66在滚动轴承区域终止，润滑剂被输送至滚动轴承中。
可以根据设计方案，推荐采用适合于温度90℃以上的惰性润滑剂。尤其全氟聚醚适合于作为这种润滑剂。这种润滑剂在真空泵中使用可以取得有益效果，因为它可以经受住90℃以上的温度和甚至是110℃以上的温度并且是不容易发生反应的。
在一种可取得有益效果的技术方案中，圆锥形表面66在空腔70中具有一个区段68，该区段对滚动轴承的内圈和外圈34进行了分隔。可通过这种方式确保将润滑剂安全平稳地输送至滚动轴承中。如果区段68在离心式油环端面处终止和可帮助润滑剂的均匀分布，可使该设计得到进一步改进。
在下一种技术方案中建议，在滚动轴承的外圈34中设有至少一个流出通道40，润滑剂可通过该通道离开被内、外圈34分隔的内腔。由此可避免润滑剂在内腔中堵塞。为了使润滑剂能进入流出通道和流回润滑剂储存器，可以布置一个润滑剂回流口74。能取得有益效果的是，可将这个润滑剂回流口74设计成是由毛细力精确输送材料制成，这样可确保在真空泵的所有方位和重力方向上都能存在输送效果。
另外一种设计方案建议，在圆锥形表面66相对一侧的外圈34上设置一个环形法兰42，该法兰可对内圈和外圈34之间的空腔70进行进一步的覆盖。目的在于明显降低润滑剂沿着轴12的流量。这可通过一个密封套环44得到进一步的改进，该套环可设在法兰42的径向内边缘上并且可延伸至内圈和外圈34的间隙中。如果将内圈设计成多段式结构，密封套环44和内圈之间的间隙可以选择成很窄，因为这样在确定间隙的尺寸时，可以不必考虑滚动轴承的可拆装性，尤其可加注性。

Claims (12)

1.一种带尤其高速旋转转子（10）和滚动轴承（30）的真空泵，滚动轴承旋转支承转子（10）并包括滚动体（32），滚动体具有一个球直径（102）并且滚动体的球中心点（100）位于一个带圆周的节圆（104）上，其特征在于：滚动轴承（30）被设计成球形无保持架式结构并且承载球的球直径（102）之和约为圆周的0.85-0.97倍。
2.根据权利要求l所述的真空泵，其特征在于：滚动轴承包括一个带一个第一子圈（361）和一个第二子圈（362）的内圈（36）。
3.根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于：内圈（36）的滚道（108）可以设计成凹槽，并且凹槽可通过第一子圈（361）和第二子圈（362）进行延伸。
4.根据前述权利要求中任何一项所述的真空泵，其特征在于：所有的球是承载球。
5.根据前述权利要求中任何一项所述的真空泵，其特征在于：滚动轴承包括一个带一个第一子圈（341）和一个第二子圈（342）的外圈（34）。
6.根据前述权利要求中任何一项所述的真空泵，其特征在于：外圈（34）和内圈（36）中的至少一个包括含有下列质量百分数的合金元素的钢：碳0.25-0.35，铬14-16，钼0.85-1.10和氮0.3-0.5。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的真空泵，其特征在于：承载球是陶瓷的。
8.根据前述权利要求中任何一项所述的带滚动轴承（30）的真空泵，其特征在于：真空泵被设计成涡轮分子真空泵。
9.根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于：滚动轴承（30）是脂润滑的。
10.根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于：它包括一个为滚动轴承（30）提供润滑剂的润滑剂循环润滑。
11.根据权利要求10所述的真空泵，其特征在于：润滑剂是不容易发生反应的和/或适合于90℃以上的温度。
12.根据权利要求10或11所述的真空泵，其特征在于：润滑剂循环润滑包括一个带圆锥形表面（66）的构件（64），它具有一个区段（68），该区段布置在滚动轴承（30）的内圈（36）和外圈（34）之间的空腔（70）中。
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