CN103221703B - 具有保险轴承的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承装置，其包括可转动地支承轴的轴承和在该轴承失效时接纳轴的保险轴承（1）。在开头描述的轴承装置中延长保险轴承的使用寿命的目的根据本发明如下实现，即：保险轴承（1）的面向轴的轴承环（2）包括具有面向轴的凸出轮廓（4）的周面（3）。

Description

具有保险轴承的轴承装置
技术领域
本发明涉及一种轴承装置。
背景技术
在实践中已知轴承可转动地支承轴的轴承装置，在此该轴承装置具有保险轴承，该保险轴承在轴承失效时接纳轴，从而轴能够在保险轴承中减速停止。在轴承装置正常工作时，保险轴承的面向轴的轴承环距轴一定距离并且不受机械载荷。如果保险轴承构造为滚动轴承或者保险轴承包括至少一个滚动轴承，那么滚动轴承的滚动轴承排不被机械预紧或被附加的弹簧机构仅稍微机械预紧。已知例如具有磁性轴承和保险轴承的轴承装置，所述保险轴承在电力故障时接纳支承在磁性轴承中的轴。
在轴撞上时在保险轴承中产生很高的力和加速度。特别是，当保险轴承由滚动轴承构成并且具有至少一排滚动体时，产生保险轴承暂时失效的危险，这是因为滚动体承受很高的初始加速度并且由于对滚动体没有或仅较低地机械预紧而发生打滑，该打滑既伴随滚动体的损坏也伴随保险轴承的轴承环的损坏，以至于通常仅一次操作后就必须更换保险轴承。
在实践中常常发生下述情况，即：轴相对于保险轴承的面向轴的轴承环的转动轴线成角度地出现到轴承环上。同样发生下述情况，即：轴不仅相对于转动轴线倾斜，而且也弯曲地进入保险轴承中。对此的原因可以是时间延迟地释放轴承中的轴或者轴承的多个子轴承中的仅一个子轴承失效。由于轴的倾斜或挠曲，保险轴承的接纳轴的轴承环的一个部段承受高的力作用，而轴承环的其它部段仅承受低的力作用。特别是在构造为多排滚动轴承的保险轴承中，一个滚动体排承受导致打滑的大载荷，而其它滚动体排不承受载荷。如果保险轴承具有两个相邻的、彼此贴靠的滚动轴承，那么两个滚动轴承中的一个受到较强地载荷，并且另一个仅受到较低地载荷。在这两种情况下都会在保险轴承中发生高度磨损，保险轴承可能在仅一次使用后就必须被更换。
DE60209752T2说明了一种具有磁性轴承以及保险轴承的轴承装置，其中，保险轴承具有两个轴向相邻的、以其端面相互贴靠的、机械预紧的角接触球轴承。除了在滚动轴承中常见的靠近端面的棱边倒圆部以外，保险轴承的两段式轴承环的面向轴的两段式周面构造为圆柱形并且具有平行于两个角接触球轴承的转动轴线的直的轮廓。如果轴相对于转动轴线倾斜或弯曲地进入保险轴承，那么两个角接触球轴承不均匀地受到载荷，此时在两个角接触球轴承之一中产生特别强的打滑。因此保险轴承仅具有缩短的使用寿命。
DE19729450C2说明了一种用于将转子可转动地支承在轴承中的轴承装置，其中，将两个构造为单排式球轴承的滚动轴承设置为保险轴承。保险轴承的相应的面向转子轴的轴承环除了在通到端面的过渡部上的常见棱边倒圆部以外还具有圆柱形的周面，该周面带有基本上直的、平行于轴承环的转动轴线延伸的轮廓。如果轴倾斜或弯曲地进入到两个球轴承之一中，那么球轴承不均匀地受到载荷并且其使用寿命明显缩短。
发明内容
本发明的目的是，在开头描述的轴承装置中延长保险轴承的使用寿命。
根据本发明，保险轴承的面向轴的轴承环包括具有面向轴的凸出轮廓的周面。
在此，除了轴承环的可能存在的棱边倒圆部以外，还设有凸出轮廓，其中，棱边倒圆部仅具有沿轴向方向的很小的延伸长度(小于约10％)，然而，除了棱边倒圆部以外，凸出轮廓在轴承环的多于约20％的轴向延伸长度上延伸。在此，所述轮廓的凸形相对于假想的圆柱形参照面设置，其中，假定圆柱形参照面围绕轴承环的转动轴线转动对称。
在保险轴承的面向轴的轴承环中的凸出轮廓提供轴的规定的、能够设定到相应的轴承装置上的撞击点。由于轮廓的凸形，该撞击点位于轴承环的两个端面之间，例如在轴承环的两个端面之间的中心处。在此，在轴撞击时产生的力尽可能均匀地分布在整个轴承环上并且能够由保险轴承总体上更好地接收。由此减少打滑并提高保险轴承的预计使用寿命。
如果面向轴的轴承环构造为单排式滚动轴承的轴承环，那么在轴撞击时所产生的力在滚动体的滚道附近作用并且因此尤其是沿径向方向作用，以至于抑制轴向力分量。
如果在一个优选的设计方案中将面向轴的轴承环构造为至少双排的滚动轴承的共用轴承环，那么由轴承环接收的力尽可能均匀地分布到该保险轴承的至少两排上。
优选如下规定，面向轴的轴承环的轮廓具有圆柱形部段，所述圆柱形部段在轴承环的最多约80％的轴向延伸长度上延伸。在此，圆柱形部段允许在更大的面上支承落到保险轴承中的轴。在此，所述轮廓的圆柱形部段相对于在上面定义的圆柱形参照面朝向轴移动地设置。
优选如下规定，面向轴的轴承环的轮廓具有至少一个锥形部段。在此，所述锥形部段与所述圆柱形参照面成小于约15°、尤其是约5°的角。
当通过圆柱形部段和两个邻接端面的部段的轴向延伸长度的中心三分之一构造为锥形的、朝向端面变宽的部段时，获得一个特别优选的轮廓，其中，两个锥形部段具有相同的轴向延伸长度并且相对于圆柱形参照面分别具有约5°的角。
优选如下规定，面向轴的轴承环的轮廓具有弯曲部段。由于弯曲部，在轴撞击时所产生的力更好地分布在轴承环上。
在构造面向轴的凸出轮廓的弯曲部段的弯曲部方面，优选如下规定，弯曲部的变化曲线至少部分地通过多项式、尤其是通过二次函数给定。
可替代地或者相对于第二弯曲部段补充地，在构造弯曲部方面优选如下规定，弯曲部的变化曲线通过锥形截面、尤其是通过圆弧段或椭圆段给定。根据保险轴承需对于哪种工作情况最优地设计，还能够设置弯曲部的双曲线形或抛物线形的变化曲线。
优选如下规定，面向轴的轴承环构造为关于轴向中分面镜像对称的。
对此可替代地，能够优选如下规定，面向轴的轴承环构造为关于轴向中分面非对称的。由于非对称性，能够考虑下述情况，即：轴的倾斜部或弯曲部常常具有典型的角度，从而力能够均匀地分布在轴承环上。
轴承环的周面的面向轴的凸出轮廓能够基于具有直的横截面轮廓的圆柱形周面通过材料去除而制成。
优选如下规定，面向轴的轴承环的轮廓通过附加的覆层构成。所述覆层例如能够以湿法化学的方式施加到之前的圆柱形周面上，其中，所述覆层的厚度沿轴向方向变化，从而构成所述凸出轮廓。
优选如下规定，面向轴的轴承环的轮廓通过附加的构件构成。该附加的构件例如能够是薄壁的套筒，所述套筒的圆柱形外周面例如借助于压配合固定在轴承环的圆柱形内周面上，其中，所述套筒的内周面具有所期望的凸出轮廓。这种套筒能够简单地制造为金属板件。
优选如下规定，面向轴的凸出轮廓沿着轴承环的整个轴向延伸长度延伸。在端面附近能够用凸出轮廓替代常见的棱边倒圆部或者过渡到棱边倒圆部中。
附图说明
下面参考附图详细说明和解释本发明。
图1部分地示出根据本发明的轴承装置的一个实施例的局部剖开的视图；以及
图2示出在图1中示出的实施例的四个变形方案的子图a)到d)。
具体实施方式
图1示出轴承装置，其包括没有图示出的轴，该轴可转动地支承在轴承、即磁性轴承中。该轴承装置还具有保险轴承1，该保险轴承构造为双排式的角接触球轴承，其中，所示出的保险轴承1必要时连同至少一个另外的保险轴承一起在磁性轴承失效时接纳轴。
保险轴承1具有面向轴的轴承环2、即滚动轴承的内环，该内环具有内周面3，该内周面具有在截面中可见的面向轴的凸出轮廓4。由于凸出轮廓4，切线不再如在圆柱形内周面中的情况那样为直线形的，而是朝向轴凸出。在轴承装置正常工作中，当轴支承在磁性轴承中时，凸出轮廓4距轴的周面一定距离。当磁性轴承失效或被断路时，轴才与凸出轮廓4接触。
凸出轮廓4包括圆柱形部段5，该圆柱形部段设置在轴承环2的两个端面6、7之间的中心。在圆柱形部段5的区域中，切线是直线形的。圆柱形部段在轴承环2的约60％的整个轴向延伸长度上延伸，即在两个端面6、7的沿轴承环2的转动轴线的方向测量的距离的约60％上延伸。在所示出的实施例的一个变形方案中，圆柱形部段4能够在轴承环2的约80％的整个轴向延伸长度上延伸，但不在低于约40％的轴向延伸长度上延伸。
凸出轮廓4还具有第一锥形部段8以及第二锥形部段9，其中，两个锥形部段8、9中的每一个沿着内周面3上的棱边10、11邻接圆柱形部段5。在锥形部段的区域中，内周面的内直径朝向端面6、7线性增大。两个锥形部段8、9共同在轴承环2的约35％的轴向延伸长度上延伸。相对于例如通过圆柱形部段5给定的圆柱形参照面，两个锥形部段8、9中的每一个成约5°的角12，如在图1中对于第一锥形部段8所示。
在周面3的在两个端面6、7处的棱边上的两个棱边倒圆部13、14不是凸出轮廓4的部分。棱边倒圆部13、14与邻接的锥形部段8、9构成棱边15、16。棱边倒圆部13、14共同在轴承环2的总共约5％的整个轴向延伸长度上延伸，从而面向轴的凸出轮廓4基本上沿着轴承环2的整个轴向延伸长度延伸。在变形的实施例中能够如下规定，省去棱边倒圆部13、14，从而凸出轮廓(例如锥形部段8、9)直接邻接端面6、7。
面向轴的轴承环2、进而凸出轮廓4构造为相对于轴向中分面17镜像对称的。此外，面向轴的轴承环2构造为双排式角接触球轴承的共用轴承环。
图2分别示出保险轴承1的面向轴的轴承环2的内周面3的在图1中示出的凸出轮廓4的变形方案的四个子图。要注意的是，所述轮廓在朝向轴承的转动轴线的方向上放大地示出，以便能够更好地辨别出轮廓的变化曲线。
图2a示出凸出轮廓34，其具有圆柱形部段35以及两个锥形部段38、39，其中，第一锥形部段38与通过圆柱形部段35构成的参照面成第一角42，并且第二锥形部段39与通过圆柱形部段35构成的参照面成第二角48。角42、48能够具有不同的值并且分别小于约15°。锥形部段38、39沿着倒圆的棱边40、41过渡到圆柱形部段35。圆柱形部段35在轴承环32的约45％的整个轴向延伸长度上延伸。凸出轮廓34直接邻接轴承环2的端面36、37，从而未设有棱边倒圆部。
图2b示出凸出轮廓64，其具有第一锥形部段68和沿着倒圆的棱边70邻接该第一锥形部段的第二锥形部段69，其中，所述锥形部段68、69直接邻接轴承环62的端面66、67。
图2c示出凸出轮廓94，其具有设置在端面96、97之间的中心处的圆柱形部段95，该圆柱形部段沿着轴承环92的约80％的整个轴向延伸长度延伸。凸出轮廓94具有两个弯曲部段109、110，各弯曲部段分别描绘出四分之一圆并且从而构造为圆弧段。弯曲部段109、110在没有棱边的情况下过渡到端面96、97或圆柱形部段95中。
图2d示出凸出轮廓124，其唯一的部段由弯曲部段139构成，该弯曲部段在两个端面106和107之间延伸。该部段139的弯曲部的变化曲线沿着轴承环122的整个轴向延伸长度通过二次函数确定。
在图2a至2d中示出的变形方案分别提出，凸出轮廓34、64、94、124沿着轴承环32、62、92、122的整个轴向延伸长度延伸，以至于相应地没有棱边倒圆部。
在图2a至2d中示出的变形方案分别示出凸出轮廓34、64、94和124，这些凸出轮廓构造为关于相应的轴承环32、62、92、122的假想的轴向中分面对称。要理解的是，还能够设有关于所述中分面非对称的轮廓；例如，基于在图2a中示出的变形方案，能够不同地构成角42和48，或者，基于在图2c中示出的变形方案，弯曲部段109或110的弯曲半径能够彼此不同。此外，基于在图2d中示出的实施例，弯曲部段139的弯曲部的变化曲线能够不通过二次多项式构成，而是通过具有奇数次幂的多项式构成。此外，为了构成非对称性，还能够提出，一个端面邻接圆柱形部段，并且另一端面邻接锥形或弯曲部段。尤其是能够将中心部段35(图2a)或95(图2c)或棱边70(图2b)朝向两个端面之一移动。
以上借助于实施例说明本发明，其中所述轴构造为实心轴，并且面向轴的轴承环是轴承的、即双排式角接触球轴承的内环。要理解的是，当所支承的轴是空心轴时，面向轴的轴承环也能够是轴承的外环。
附图标记清单
1保险轴承
2轴承环
3周面
4凸出轮廓
5圆柱形部段
6第一端面
7第二端面
8第一锥形部段
9第二锥形部段
10第一棱边
11第二棱边
12角
13棱边倒圆部
14棱边倒圆部
15棱边
16棱边
17轴向中分面
32轴承环
34凸出轮廓
35圆柱形部段
38锥形部段
39锥形部段
40棱边
41棱边
42第一角
48第二角
62轴承环
68第一锥形部段
69第二锥形部段
70倒圆的棱边
92轴承环
94凸出轮廓
95圆柱形部段
96端面
97端面
109第一弯曲部段
110第二弯曲部段
122轴承环
124凸出轮廓
126端面
127端面
139弯曲部段

Claims (11)

1.一种轴承装置，包括可转动地支承轴的轴承和在该轴承失效时接纳轴的保险轴承(1)，
其特征在于，
保险轴承(1)的面向轴的轴承环(2、32、62、92、122)包括具有面向轴的凸出轮廓(4、34、64、94、124)的周面(3)，面向轴的轴承环(2、32、92)的轮廓(4、34、94)包括圆柱形部段(5、35、95)，该圆柱形部段在轴承环(2、32、92)的最少40％最多80％的轴向延伸长度上延伸，以允许圆柱形部段在更大的面上支承所述轴。
2.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环(2、32、62)的轮廓(4、34、64)具有至少一个锥形部段(8、9；38、39；68、69)。
3.如权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环(92、122)的轮廓(94、124)具有弯曲部段(109、110；139)。
4.如权利要求3所述的轴承装置，其特征在于，弯曲部的变化曲线至少部分地通过二次函数给定。
5.如权利要求3所述的轴承装置，其特征在于，弯曲部的变化曲线通过圆弧段(109、110)或椭圆段给定。
6.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环(2)构造为关于轴向中分面(17)镜像对称的。
7.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环构造为关于轴向中分面非对称的。
8.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环(2)构造为至少双排式的滚动轴承的共用轴承环。
9.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环的轮廓通过附加的覆层构成。
10.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的轴承环的轮廓通过附加的构件构成。
11.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，面向轴的凸出轮廓(4、34、64、94、124)沿着轴承环(2、32、62、92、122)的整个轴向延伸长度延伸。
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