CN103375490B - 轴承、含该轴承的轴承组件及含该轴承组件的涡轮增压器 - Google Patents

轴承、含该轴承的轴承组件及含该轴承组件的涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

一种包括固定的外圈(26)和可旋转的内圈(20)以及至少一个润滑圈(26)的轴承(2)，所述至少一个润滑圈包括在润滑圈(26)的外表面(266)和内表面(262)之间延伸的至少一个润滑孔道(270)。润滑圈(26)的所述或每个润滑孔道(270)安置成使得与润滑孔道(270)的纵向轴线(A270)共线的向量(V270)和与内圈(20)的外柱形表面(2011,2021)的切线(L1)共线的向量(VL1)的内积严格地大于零，所述切线位于润滑孔道(270)的纵向轴线(A270)与内圈(20)的外柱形表面(2011,2021)相交的点(p1)处，与该切线共线的向量(VL1)沿与内圈(20)的旋转方向(F)相同的方向取向，所述向量(V270,VL1)投影在与轴承(2)的旋转轴线(X‑X’)垂直的平面(P2)上。

Description

轴承、含该轴承的轴承组件及含该轴承组件的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种轴承，其包括固定的外圈、可旋转的圈和至少一个润滑圈，至少一个润滑圈包括在润滑圈外表面和润滑圈内表面之间延伸的至少一个润滑孔道。本发明还涉及包括这样的轴承的轴承组件以及包括这样的轴承组件的涡轮增压器。
背景技术
已知给轴承提供专用的润滑系统来延长它们的使用寿命，并增加它们的旋转速度。该技术特别用在涡轮增压器中，在涡轮增压器中涉及高旋转速度。这些润滑系统通常包括孔道，所述孔道延伸穿过轴承外圈，以允许油或者更一般的润滑剂传送到轴承内，从而促进内圈和外圈的相对旋转。利用压力将润滑剂从设置在壳体中的孔道注射穿过外圈的润滑孔道，其中轴承安装在壳体中。
例如从US-A-2008/098735中已知的润滑剂注射技术使用润滑剂注射孔道，其与轴承的旋转轴线垂直，并沿与内圈的旋转轴线垂直的完全径向方向进入轴承内部。该技术导致不良的润滑剂分配，并在润滑剂达到高温的情况下产生固体沉积。而且，油的径向注射产生阻止内圈旋转的阻力矩。
发明内容
本发明之目的是提供一种新型轴承，其中，经由润滑圈中的润滑孔道的润滑剂注射得以改善，使得轴承中的润滑剂分配允许更好的操作状况和更高的旋转速度。
为此，本发明涉及一种轴承，其包括固定的外圈、可旋转的内圈和至少一个润滑圈，至少一个润滑圈包括在润滑圈外表面和润滑圈内表面之间延伸的至少一个润滑孔道。该轴承的特征在于，润滑圈的所述或每个润滑孔道安置成：与润滑孔道的纵向轴线共线的向量和与内圈的外柱形表面的切线共线的向量的内积严格地大于零，其中切线位于润滑孔道的纵向轴线与内圈的外柱形表面交点处，与切线共线的向量沿与内圈的旋转方向相同的方向取向，所述向量投影在与轴承的旋转轴线垂直的平面上。
由于本发明，润滑剂得以沿允许油更好地在轴承内部扩散的方向注射，避免了径向注射的缺点。因为润滑剂流沿与内圈相同的旋转方向流动，所以润滑剂注射的压力减少了内圈和外圈之间存在的摩擦力矩。
根据本发明有利的但并非必要的其它方面，这样的轴承可包含以下一个或多个特征：
-所述至少一个润滑圈是固定的外圈；
-所述至少一个润滑圈沿轴承的旋转轴线与所述固定的外圈相邻；
-对于所述润滑圈的所述或每个润滑孔道，注射角一方面通过润滑圈的润滑孔道的纵向轴线形成，另一方面通过切线形成，然而，润滑圈的所述或每个润滑孔道安置成使注射角严格地在0°和85°之间，所述角投影在与轴承的旋转轴线垂直的平面上；
-注射角在0°和10°之间；
-注射角在0°和5°之间；
-润滑圈的所述或每个润滑孔道相对于与轴承的旋转轴线垂直的平面倾斜；
-所述或每个润滑孔道相对于与轴承的旋转轴线垂直的平面的倾斜角在5°和45°之间，优选等于20°；
-所述轴承是在内圈和外圈上具有滚道的滚动轴承，滚动元件安装在内圈和外圈的滚道之间，然而，内圈的外表面包括沟槽，所述沟槽适于将润滑剂从其被注射穿过润滑圈的所述或每个润滑孔道的区域传送到轴承内圈的滚道；
-所述沟槽位于并有规律地分布在内圈的突出部的柱形表面上；
-所述沟槽相对于与所述突出部的柱形表面相切且与所述轴承的旋转轴线平行的线倾斜；
-所述沟槽相对于与所述突出部的柱形表面相切的线的倾斜角在30°和60°之间；
-所述内圈沿轴承的旋转轴线包括彼此抵靠地安装的两个部分，其中所述润滑圈包括第一组润滑孔道和第二组润滑孔道，所述第一组润滑孔道用于润滑安装在所述内圈的第一部分和所述外圈之间的第一组滚动元件，所述第二组润滑孔道用于润滑安装在所述内圈的第二部分和所述外圈之间的第二组滚动元件；
-所述润滑圈的两组润滑孔道都包括四个润滑孔道；
-所述外圈的至少一组润滑孔道包括等角度间隔开的润滑孔道；
-所述润滑圈的第一和第二组润滑孔道包括不同数量的润滑孔道；
-所述第一组润滑孔道包括单个润滑孔道，而所述第二组润滑孔道包括四个润滑孔道。
本发明还涉及一种轴承组件，其包括可旋转的元件、壳体和如上所述的轴承。该轴承组件的特征在于，所述壳体包括至少一个用于润滑所述轴承的润滑孔道，所述润滑孔道在所述壳体的柱形内表面上开口；所述可旋转的元件随所述轴承内圈快速旋转；所述外圈安装在所述壳体中；并且所述轴承外圈的所述或每个润滑孔道在所述壳体的所述或每个润滑孔道的延伸中。
本发明还涉及一种涡轮增压器，其包括轴承组件，该轴承组件是上文所提到的轴承组件，或者具有上文所提到的旋转元件、壳体和轴承。
附图说明
下面将结合作为说明性示例的附图来解释本发明，在附图中：
图1是本发明的轴承的透视图；
图2是图1的轴承的侧视图；
图3是安装在壳体中的图1和2的轴承沿线Ⅲ-Ⅲ的横截面视图；
图4是图1至3的轴承外圈沿图2中的平面Ⅳ的纵向截面图；
图5是图1至4的轴承的纵向截面图；
图6是属于本发明第二实施例的轴承的内圈的透视图；
图7是本发明第二实施例的轴承沿类似于图2的平面Ⅶ的平面的纵向截面图。
具体实施方式
图中所示轴承2包括内圈20和外圈26。内圈20沿轴承2的纵向旋转轴线X-X’划分为彼此抵靠地安装的两个部分201和202，如图5所示。
轴承2包括滚动元件，其适于促进内圈20沿箭头F的方向相对于外圈26旋转。更确切地说，轴承2包括第一组球30，其安装在内圈20的第一部分201与外圈26之间的保持架31中。轴承2还包括第二组球32，其安装在内圈20的第二部分202与外圈26之间的保持架33中。第一组球30和第二组球32位于轴承2的轴向端部附近。外圈26在内柱形表面262上包括滚道263和264，第一组球30和第二组球32分别安装在滚道263和264中。
第一部分201在外柱形表面2011上包括其中安装有第一组球30的滚道2013。类似地，部分202在外柱形表面2021上包括其中安装有第二组球32的滚道2023。
在图3中，轴承2安装在壳体H中。可旋转的元件R随内圈20快速旋转，使得其可相对于壳体H旋转。可旋转的元件R例如可以是涡轮增压器的轴。轴承2、壳体H和可旋转的元件R一起形成了轴承组件A。
为了提高轴承2的使用寿命并且增加其旋转速度范围，轴承2配有润滑系统。壳体H包括至少一个润滑孔道H2，其在壳体H的柱形内表面H1上开口。外圈26安装在壳体H中，使得外圈26的外表面266抵靠在壳体H的柱形内表面H1上。壳体H的润滑孔道H2供有来自未示出的润滑剂容器的润滑剂。
为了允许润滑剂从孔道H2到达轴承2内部，外圈26包括在外表面266与内柱形表面262之间延伸的润滑孔道270，使得润滑剂能够进入在内圈20与外圈26之间延伸的环状容积V1，并散布到球30和32的组及它们的相应滚道中。外圈26充当“润滑圈”。
外圈或润滑圈26包括至少一个润滑孔道270，其相对于外圈26定位成使得润滑剂分配得以改善。每个润滑孔道270绕纵向轴线或注射方向A270延伸，其位于壳体H的相应润滑孔道H2的延伸中。换句话说，轴线A270与中心轴线AH12对准。
线L1表示与内圈20的外表面2011或2021在纵向轴线A270与内圈20的交点p1处的切线。
为了减少球与外圈和内圈之间的摩擦力矩，注射润滑剂，使得其压力有助于内圈20的旋转。润滑孔道270安置成使得，对于每个孔道270，与纵向轴线A270共线的向量V270和与切线L1共线且沿与内圈20的旋转方向F相同的方向取向的向量VL1之间的内积严格地大于零，所述向量投影在与旋转轴线X-X’垂直的平面P2上。零值被排除，这意味着向量V270和VL1不会垂直。换句话说，正如从现有技术中所了解到的，排除了当注射方向A270与切线L1垂直时润滑孔道270的位置。
一方面通过纵向轴线A270且另一方面通过切线L1，形成了用于每个润滑孔道270的注射角a1。该注射角a1投影在平面P2上，好像沿旋转轴线X-X’的方向观察轴承2。当注射方向A270与切线L1垂直时，注射角a1等于90°。当注射方向A270与切线L1对准时，注射角a1等于0°。为了使润滑剂在轴承2内部更好地扩散，注射角a1在0°和85°之间。优选地，注射角a1在0°和10°之间，更优选地在0°和5°之间。参照位于图3右上角的润滑孔道270示出了角a1，其值明显大于零。
已发现，用于润滑孔道270的最佳位置是当注射角a1等于0°时的位置，如位于图3左侧和右下角的孔道270所示，因为在该构造中，润滑剂注射压力对内圈20相对于外圈26的旋转的贡献最大。这减少了摩擦力矩，提高了轴承2的鲁棒性并且允许较高的旋转速度。
对于每组球30和32，外圈26包括专用的润滑孔道270组，其适于将润滑剂分别注入第一组球30和第二组球32附近的容积V1中。第一和第二组润滑孔道270可包括相同数量的润滑孔道270。对于每组球30和32，外圈26可包括四个润滑孔道270，但图2中仅示出两个。在这样的情况下，每个润滑孔道270的纵向轴线A270相对于相邻润滑孔道的纵向轴线转动了90°的角度，如图3所示。作为变型例，润滑孔道270有规律地绕外圈26的圆周分布。
根据未示出的实施例，每组润滑孔道可包括不同数量的润滑孔道。例如，第一组润滑孔道可仅包括一个润滑孔道，而第二组润滑孔道可包括四个润滑孔道。
根据可选特征，外圈26的至少一个润滑孔道270相对于平行于平面P2的平面以图4的左部所示的倾斜角a2倾斜。角a2的值可在5°和45°之间，优选等于20°。这允许润滑剂注射朝特别需要润滑的重要区域更好地取向，尤其是滚道。
图6和7示出本发明的第二实施例。为了优化朝滚道2013、2023、263和264的润滑剂分配和循环，内圈20在外表面2011和2021上包括沟槽205，其将来自区域207的润滑剂传送到内圈20的滚道2013和2023，其中润滑剂在区域207中被注射穿过润滑孔道270并且到达外表面2011或2021上。沟槽205彼此平行并且有规律地分布在柱形表面2015和2025上，柱形表面2015和2025分别设置在内圈20的部分201和201的突出部2016和2026上。
如图6所示，对于内圈20的右部201，沟槽205相对于与柱形表面2015和2025相切且与轴线X-X’平行的线L2以倾斜角a3倾斜，该倾斜角a3限定为沟槽205的纵向轴线A205和切线L2之间的夹角。角a3的值可在30°和60°之间。由于内圈20的旋转，润滑剂在沟槽205中获得了补充的流速，其改善了滚道2013和2023的润滑。
根据未示出的实施例，轴承2可包括由单个部件制成的内圈和单组滚动元件。
根据另一未示出的实施例，轴承2可包括诸如辊子或滚针的不同类型的滚动元件。
根据未示出的实施例，轴承2可以是滑动轴承，其仅包括彼此抵靠地共轴安装的内圈和外圈。
根据本发明未示出的实施例，滚动轴承2可包括与外圈26不同的润滑圈，即由单独部件提供的润滑圈。作为示例，这样的结构可通过具有单排滚动元件和通用外圈的轴承来实施，通用外圈沿轴承的旋转轴线比内圈窄。在这样的情况下，润滑圈设置为安装在内圈周围、沿轴承的旋转轴线与通用外圈相邻的补充固定圈。润滑孔道实现于不同的润滑圈上具有类似于前述实施例的注射角几何形状。
应当注意的是，仅以非限制性指示示例给出先前说明和描述的实施例，可能的修改和变化属于本发明的范围。本发明可应用于涡轮增压器、废热回收涡轮机、涡轮混合发动机、或压缩机。轴承可包括具有双排球的滚动角接触球轴承，但可还包括其它类型的轴承布置，例如，具有四个接触点和/或具有单排球或具有至少三排球的滚动轴承。

Claims (18)

1.一种轴承(2)，包括固定的外圈(26)、可旋转的内圈(20)和至少一个润滑圈，所述至少一个润滑圈包括在所述润滑圈的外表面(266)和内表面(262)之间延伸的至少一个润滑孔道(270)，其中，所述至少一个润滑圈的每个润滑孔道(270)安置成使得以下两个向量的内积严格地大于零：
-与所述润滑孔道(270)的纵向轴线(A270)共线的向量(V270)，以及
-与所述内圈(20)的外柱形表面(2011,2021)的切线(L1)共线的向量(VL1)，所述切线位于所述润滑孔道(270)的纵向轴线(A270)与所述内圈(20)的外柱形表面(2011,2021)相交的点(p1)处，与切线(L1)共线的向量(VL1)沿与所述内圈(20)的旋转方向(F)相同的方向取向，
所述两个向量(V270,VL1)投影在与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)垂直的平面(P2)上，
其中，所述轴承是滚动轴承，该滚动轴承在内圈(20)和外圈(26)上具有滚道(2012,2023,263,264)，滚动元件(30,32)安装在所述滚道之间，所述内圈(20)的外表面(2015,2025)包括沟槽(205)，所述沟槽适于将润滑剂从润滑剂被注射穿过所述润滑圈的每个润滑孔道(270)的区域(207)传送到所述轴承(2)内圈(20)的滚道(2012,2023)。
2.如权利要求1所述的轴承，其中，所述至少一个润滑圈是固定的外圈(26)。
3.如权利要求1所述的轴承，其中，所述至少一个润滑圈沿所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)与所述固定的外圈(26)相邻。
4.如权利要求1或2所述的轴承，其中，对于所述润滑圈的每个润滑孔道(270)，注射角(a1)一方面通过所述润滑圈的润滑孔道(270)的纵向轴线(A270)形成，另一方面通过切线(L1)形成，其中，所述润滑圈的每个润滑孔道(270)安置成使所述注射角(a1)严格地在0°和85°之间，所述注射角投影在与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)垂直的平面(P2)上。
5.如权利要求4所述的轴承，其中，所述注射角(a1)在0°和10°之间。
6.如权利要求4所述的轴承，其中，所述注射角(a1)在0°和5°之间。
7.如权利要求1所述的轴承，其中，所述润滑圈的每个润滑孔道(270)相对于与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)垂直的平面(P2)倾斜。
8.如权利要求7所述的轴承，其中，每个润滑孔道(270)相对于与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)垂直的平面(P2)的倾斜角(a2)在5°和45°之间。
9.如权利要求7所述的轴承，其中，每个润滑孔道(270)相对于与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)垂直的平面(P2)的倾斜角(a2)等于20°。
10.如权利要求1所述的轴承，其中，所述沟槽(205)位于并有规律地分布在所述内圈(20)的突出部(2016,2026)的柱形表面(2015,2025)上。
11.如权利要求10所述的轴承，其中，所述沟槽(205)相对于与所述突出部(2016)的柱形表面(2015)相切并且与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)平行的线(L2)倾斜。
12.如权利要求11所述的轴承，其中，所述沟槽(205)相对于与所述突出部(2016)的柱形表面(2015)相切并且与所述轴承(2)的旋转轴线(X-X’)平行的线(L2)的倾斜角(a3)在30°和60°之间。
13.如权利要求1所述的轴承，其中，所述内圈(20)包括沿所述轴承的旋转轴线(X-X’)彼此抵靠地安装的两个部分(201,202)，所述润滑圈包括第一组润滑孔道(270)和第二组润滑孔道(270)，所述第一组润滑孔道(270)用于润滑安装在所述内圈(20)的第一部分(201)和所述外圈(26)之间的第一组滚动元件(30)，所述第二组润滑孔道(270)用于润滑安装在所述内圈(20)的第二部分(202)和所述外圈(26)之间的第二组滚动元件(32)。
14.如权利要求13所述的轴承，其中，所述润滑圈的两组润滑孔道(270)各包括四个润滑孔道(270)。
15.如权利要求13所述的轴承，其中，所述润滑圈的第一和第二组润滑孔道(270)包括不同数量的润滑孔道(270)。
16.如权利要求15所述的轴承，其中，所述第一组润滑孔道(270)包括单个润滑孔道(270)，而所述第二组润滑孔道包括四个润滑孔道(270)。
17.一种轴承组件(A)，包括：可旋转的元件(R)、如权利要求1所述的轴承(2)、以及壳体(H)，其中，
-所述壳体(H)包括用于润滑所述轴承(2)的至少一个壳体润滑孔道(H2)，所述壳体润滑孔道(H2)在所述壳体(H)的柱形内表面(H1)上开口；
-所述可旋转的元件(R)随所述轴承(2)的内圈(20)快速旋转；
-所述润滑圈安装在所述壳体(H)中；并且
-所述轴承(2)的润滑圈的每个润滑孔道(270)在所述壳体(H)的每个 壳体润滑孔道(H2)的延伸中。
18.一种涡轮增压器，包括轴承组件(A)，该轴承组件(A)是如权利要求17所述的轴承组件或者具有可旋转的元件(R)、壳体(H)和如权利要求1-16中任一项所述的轴承(2)。
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