CN103850978A - 滚动轴承的支承件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滚动轴承的支承件(1),滚动轴承的支承件(1)包括第一内环形壳体(3);第二外环形壳体(5);以及中间弹性部件(7),其设置在所述内外壳之间且紧固在其上。由于本发明的配置,防止金属壳(3、5)与中间弹性部件(7)之间的任何相对运动,同时允许第一内壳(3)与第二外壳(5)相对彼此的运动,以使得所述支承件的径向和轴向的刚度仅取决于中间弹性部件(7)的机械性能和几何形状。当支承件(1)应用于支承旋转真空泵的旋转轴的滚动轴承(21)上时,可以有效地阻尼来自所述旋转轴及来自与其相关联的泵转子的振动,并且可以可靠地预测所述旋转轴及与其相关联的所述泵转子的动态行为。

Description

滚动轴承的支承件
技术领域
本发明涉及滚动轴承的支承件。
更具体地说,本发明涉及环形支承滚动轴承,其可以有利地应用于旋转真空泵,比如涡轮分子真空泵。
背景技术
众所周知,滚动轴承是机械装置,其中旋转部件(例如轴)与固定部件(例如壳体)之间的相对运动因在两个滚道之间插入滚动的滚珠或滚子而发生,滚道之一直接形成在旋转部件上或者在与其一体的环上,另一滚道形成在固定部件上或者在与其一体的第二环上。滚珠或滚子通常由能够分开并保持滚珠或滚子的各种形状的保持架而隔开。在一些应用中,上述的相对运动也可以发生在以不同速度旋转的成对部件之间。
在一些工业应用中,弹性支承件夹置在轴承与容纳它们的座之间和/或在轴承与旋转部件之间。所述弹性支承件布置成在径向方向上提供支承,并且防止振动从轴传播至其中安装有轴的壳体。
使用弹性支承件通常用于的应用之一涉及旋转真空泵,更具体地,那种配备有机械轴承的涡轮分子真空泵。
众所周知,旋转真空泵配备有或由磁轴承或由机械滚动轴承支承的旋转轴,其中轴以非常高的速度旋转,速度范围通常为20000至90000rpm。
当泵配备有机械轴承时,为了防止轴或与其相关联的泵转子的振动传播至泵结构,提供了弹性材料的环形支承件(所谓的“方形环”),其环绕着滚动轴承。
图1示出了涡轮分子泵100的示例,其中转子101配备有转子盘103,其通过与和泵外壳(未示出)形成一体的固定定子盘协同操作来用于气体在泵的进气口与排气口之间泵送。
所述转子101安装在由滚珠轴承107a、107b支承的旋转轴105上,所述旋转轴105通过容纳在形成于泵基底117中的腔体111内的电动马达109旋转。
如在图1a中清楚地所示,包括由弹性材料制成的一个或多个环113a的弹性环形支承件113设置在每个滚珠轴承107a、107b与形成在泵基底117中的相应座115之间。
环形支承件113的设置是应当的,特别是为了需要阻尼由泵的旋转部分传递至泵本身的主体且通过泵而至真空室的振动。
更具体地说,在一些特别关键的应用中(比如在扫描型电子显微镜的应用中),其中真空泵与非常复杂的测量仪器联合使用,须防止泵转子的振动被传递至其它结构,特别是这些仪器。
所示振动的阻尼的直接后果是降低整体的泵噪声。
环形支承件113的弹性环113a径向地压在两个金属表面之间,即滚珠轴承的外表面与相应座的表面之间,从而在径向方向上产生摩擦力于交界表面处。
另一方面,在滚珠轴承与弹性环形支承件113的环之间的轴向和周向方向上的相对运动是允许的。
在这方面,安装在真空泵中的滚珠轴承通常受到轴向预负荷。例如,在图1和1a中所示的情况下,容纳在设计成用于引导弹簧变形的弹簧杯121中的弹簧119用于施加轴向力,以便向滚子轴承提供适当的预负荷以及转子的正确轴向定位。
在一些特定的泵中,用作轴向弹簧的另一环形弹性元件可用于阻尼轴向振动。
使用弹性环作为轴承支承件会带来许多缺点,主要涉及作用在轴承与弹性环之间的摩擦力。
首先,在这些环中,非常难以达到均匀的机械特性,相反,不同的环点表现出不同的特性。出于同样的原因,实际上不可能制造出全都表现相同机械性能的弹性材料的多个环,因此,已在设计阶段,精确地预测它们的行为也是不可能的。
第二,弹性材料的性能在很大程度上取决于所施加的载荷(即取决于摩擦力),并且它们以不可预料的方式随着时间及工作温度而变化。更特别的是,这样的变化可能会导致弹性的损失,除其他外,其对转子的平衡、振动的传递以及泵噪声具有严重的后果。
此外,在滚珠轴承与弹性环之间存在的相当大的轴向摩擦可能会大大阻碍由轴向弹簧适当施加的预负荷,从而所述预负荷的值是不稳定的,因此,转子的轴向位置变得不是很好地被限定。
为了克服弹性材料的缺点,用于滚动轴承的全金属环形支承件已被提出。
例如,文件US4872767和WO2006/131694披露了轴承支承件,其包括圆柱形外壳、与其同心以便限定环形间隙的圆柱形内壳以及连接所述内外壳的多个可弯曲弹簧。
然而,这样的解决方案同样不无缺点。
例如,为了获得足够弹性的支承件用于适当地阻尼径向振动,这样的金属轴承支承件——更具体地,它们的可弯曲弹簧——具有非常复杂的形状,这涉及高制造成本。
因此,本发明的主要目的是通过提供滚动轴承的支承件来克服上述缺点,该支承件能够有效地抑制由与支承件本身相关联的轴承或旋转轴所传递的振动,并且其允许获得在径向刚度与轴向预负荷方面的可预测的行为。
本发明的另一个目的是提供一种易于制造且成本低廉的轴承支承件。
本发明的另一个目的是提供一种旋转真空泵,即涡轮分子泵,其包括安装在由滚动轴承支承的旋转轴上的转子,其中,可以很容易且有效地实现阻尼振动以及转子轴的径向与轴向的精确定位。
上述及其他目的通过在所附权利要求书中声明的滚动轴承支承件和旋转真空泵而得以实现。
发明内容
根据本发明,滚动轴承的支承件包括:
-第一内环形壳体,其由金属制成且旨在安装在滚动轴承的外表面上;
-第二外环形壳体,其由金属制成,与所述第一内环形壳体同心并在其外部,且旨在安装在轴承座的表面上;
-中间弹性部件,其设置在所述内外壳之间且紧固在其上。
因此,第一内壳与第二外壳是分开且不同的元件,仅通过中间弹性部件而彼此连接。
由于本发明的配置,在滚动轴承与其支承件之间以及在所述支承件与轴承座之间均可获得金属-金属的接触表面。
还是由于该配置,防止金属壳与中间弹性部件之间的任何相对运动,同时允许第一内壳与第二外壳相对彼此的运动。
其结果是,根据本发明的支承件的径向和轴向的刚度仅取决于中间弹性部件的机械性能,即取决于其杨氏模量或拉伸模量,以及取决于其中的几何形状,并且其不会受到作用于滚动轴承与其支承件本身之间的摩擦力。
因此,可以适当地设计轴承支承件,以获得在径向刚度方面的所需的性能,从而可以有效地阻尼来自滚动轴承以及与其相关联的旋转部件的振动。
优选地,所述第一内壳的内径被设计成允许所述壳体过盈地安装在滚动轴承的外表面上,从而避免第一内壳与轴承之间的任何滑动运动。
类似地,所述第二外壳设计成避免相对于轴承座的任何滑动运动;为此,所述第二外壳可以设置有通孔,用于通过螺钉,以便被拧至轴承座。
优选地,所述中间弹性部件模制在第一内壳与第二外壳之间。
根据本发明的优选实施例,所述内外壳体都具有大致圆柱形形状。
根据本发明的另一优选实施例,所述第二外壳具有大致圆柱形形状,而第一内壳在内侧上设置有向内突出的环形轮缘,部分地重叠着滚动轴承的外圈,以确保与滚动轴承本身的轴向接触。
根据本发明,旋转真空泵包括:
-泵外壳,其具有泵入口和泵出口,并且包括泵基座;
-定子,其与所述泵外壳成为一体且设置有一个或多个定子盘;
-旋转轴,其安装在所述泵外壳内;
-转子,其安装在所述旋转轴上且设置有一个或多个转子盘,所述转子盘与所述定子盘配合,用于将气体从泵入口泵送至泵出口;
-一个或多个滚动轴承,其支承旋转轴;
-轴承支承件,其与每个滚动轴承相关联,并且包括第一内环形壳体,其由金属制成且旨在安装在滚动轴承的外表面上;第二外环形壳体,其由金属制成,与所述第一内环形壳体同心并在其外部,且旨在安装在泵外壳上;以及中间弹性部件,其设置在所述内外壳之间且紧固在其上。
优选地,所述旋转真空泵包括用于支承旋转轴的两个滚动轴承,即下滚动轴承和上滚动轴承。
由于本发明的配置,轴承支承件的径向和轴向的刚度是更可预测的,并可以适当地被选择,以便有效地阻尼来自所述转子的旋转轴的振动且降低泵噪声。
有利地,通过施加在轴承支撑件的内壳与外壳之间的适当偏移,这样的支承件还可用作在轴向方向上的弹簧,从而提供用于轴承的所需的预负荷,并且确保由轴进行的旋转轴及转子的正确的轴向定位。
这样,可以避免用于预加载轴承和调整转子轴向位置的外部弹簧的存在。
根据本发明的优选实施例,泵外壳被设计成使得轴向方向上的间隙总是设置在轴承及其支承件与泵外壳本身之间,从而滚动轴承可以在轴向方向上运动,并且任何力仅通过轴承支承件而被从旋转轴传递至泵外壳。
根据该配置,轴承预负荷与旋转轴轴向定位取决于轴承支承件的机械性能,即取决于其刚度。
这种配置允许最有效地阻尼振动。
根据本发明的另一实施例,所述泵外壳被设计成使得至少一个轴承和/或相应的支承件在轴向方向上与泵外壳本身直接接触,从而通过轴承支承件以及通过这样的接触表面将力从旋转轴传递至泵外壳。
根据该配置,旋转轴轴向定位不取决于轴承支撑件的机械性能,而轴承预负荷仅取决于不与泵外壳直接接触的滚动轴承的支承件的机械性能。
这种配置允许最精确地控制旋转轴及与其相关联的转子的轴向位置。
根据本发明的另一实施例,所述泵外壳被设计成使得轴向方向上的间隙总是设置在轴承及其支承件与泵外壳本身之间,并且至少一个轴承和/或相应的支承件经由装配在该间隙中的环形弹性元件在轴向方向上与泵外壳直接接触,从而所述环形弹性元件用作轴向弹簧。
这种配置将令人满意的阻尼振动与旋转轴及与其相关联的转子的轴向位置的可靠控制有效地结合。
附图说明
从一些优选实施例的详细描述中,根据本发明的滚动轴承的支承件的其它特征和优点将是显而易见的,实施例是参照附图通过非限制性示例给出的,其中:
图1示意性地示出了公知的涡轮分子泵的示例的剖视图,包括根据现有技术的滚动轴承的支承件;
图1a是图1的细节1a的放大视图;
图2是根据本发明优选实施例的滚动轴承支承件的剖视图;
图3是根据本发明另一优选实施例的滚动轴承支承件的剖视图;
图4示意性地示出了具有安装在其中并且由根据本发明优选实施例的滚动轴承及相关联的轴承支承件支承的旋转轴的旋转真空泵;
图4a、4b分别是图4的细节4a、4b的放大视图;
图5示意性地示出了具有安装在其中并且由根据本发明另一优选实施例的滚动轴承及相关联的轴承支承件支承的旋转轴的旋转真空泵;
图5a、5b分别是图5的细节5a、5b的放大视图;
图6示意性地示出了具有安装在其中并且由根据本发明另一优选实施例的滚动轴承及相关联的轴承支承件支承的旋转轴的旋转真空泵;以及
图6a、6b分别是图6的细节6a、6b的放大视图。
具体实施方式
参照图2,示出了根据本发明优选实施例的滚动轴承21和相关联的轴承支承件1。
根据常规的技术,滚动轴承21包括内圈23和外圈25,其中设置有用于滚动元件——即所示实施例中的滚珠26——的相应滚道。
由于滚珠26,滚动轴承21可允许与内圈23成为一体的旋转部件和与外圈25成为一体的固定部件之间的相对运动,或反之亦然,或甚至在以不同速度运动且分别与内外圈成为一体的两个旋转部件之间。
根据本发明,滚动轴承的支承件1包括:
-第一内环形壳体3,其由金属制成且旨在安装在滚动轴承21的外圈25的外表面上;
-第二外环形壳体5,其由金属制成,与所述第一内环形壳体同心并在其外部,且旨在安装在容纳滚动轴承21的座的表面上;
-中间部件7,其由橡胶制成且设置在所述第一内壳3与所述第二外壳5之间并紧固在其上,优选的是通过直接模制在所述壳体之间的所述中间部件。
为了避免在滚动轴承21与其支承件1之间的任何滑动运动,在所公开的示例中,内壳3的内径是这样选择的,也就是所述内壳3可以过盈地安装在滚动轴承21的外圈25上。
其结果是,滚动轴承21的外圈25的外表面与支承件1的内壳3的内表面之间的摩擦确保轴承与其支承件之间的正确的轴向对准。
显而易见的是,还可以使用允许避免支承件1相对于滚动轴承21的不希望的运动的任何其他的传统技术——比如粘结、焊接等。
作为替代,支承件1的内壳可以与滚动轴承21的外圈25一起加工成单件。
为了避免在轴承支承件1与滚动轴承的座之间的任何滑动运动,在所公开的示例中,支承件1的外壳5设置有多个轴向通孔9,用于通过螺钉,以便将所述外壳通过旋拧而紧固至所述座。
此外,相对于支承件的外壳,显而易见的是,还可以使用允许避免轴承支承件1相对于滚动轴承座的不希望的运动的任何其他的传统技术——比如粘结、焊接等。
作为替代,支承件1的外壳可以与滚动轴承座一起加工成单件。
如上所述,由于根据本发明的滚动轴承1的支承件的配置,支承件的内外壳3、5是仅通过中间弹性部件7而彼此连接的分开的元件,从而它们相对彼此自由地移动。与此相反,中间部件7相对于所述壳体的任何运动得以阻止。
因此,根据本发明的滚动轴承支承件1的刚度仅取决于中间弹性部件的机械性能——即取决于其杨氏模量或拉伸模量——以及取决于其中的几何形状,这对于与这样的支承件相关联的轴承来说,允许在振动阻尼以及更加可预测的动态行为方面获得更加均匀且可预测的性能。
现在转到图3,示出了另一优选实施例的滚动轴承支承件1。
根据所述的另一优选实施例,支承件1的内壳3在其内侧上具有在滚动轴承21的外圈25上部分延伸的向内突出的轮缘11。
因此,根据本实施例,滚动轴承21的外圈25的外表面与支承件1的内壳3的内表面之间的摩擦和滚动轴承21的外圈25与支承件1的内壳3的突出轮缘11之间的接触表面确保轴承与其支承件之间的正确的轴向对准。
还是参照图3,在本实施例中,环形槽13在支承件1的内壳3的外表面的轴向方向上设置在中间部分中,相应的环形槽15在支承件1的外壳5的内表面的轴向方向上设置在中间部分中。因此,中间弹性部件7在轴向方向上于其中间部分处具有扩大的部分17,所述扩大的部分17嵌合在支承件1的内外壳体3、5的相应槽13、15中。
由于这种布置,在所述壳体3、5之间模制所述中间部件7更加容易,并且增强了所述中间部件与所述壳体的联接,从而进一步防止所述中间部件相对于任一壳体的任何运动。
从上面的描述中,显而易见的是,可以使用允许壳体3、5相对于彼此运动同时防止中间部件7相对于所述壳体的任何运动的任何弹性材料用于制造所述中间部件7。
有利地,如果使用具有高热传导系数的弹性材料,则弹性中间元件7还有助于更好地冷却滚动轴承及与其相关联的旋转部件。
现在转到图4,本发明还涉及旋转真空泵31,例如涡轮分子泵,其包括:
-泵外壳33,其具有泵入口35和泵出口37,并且包括泵基座33a;
-定子39,其与所述泵外壳成为一体且设置有一个或多个定子盘41;
-旋转轴43,其安装在所述泵外壳内;
-转子45,其安装在所述旋转轴43上且设置有一个或多个转子盘47,所述转子盘与所述定子盘配合,用于将气体从泵入口泵送至泵出口;
-一个或多个滚动轴承,比如图1或图2所示的滚动轴承21,其支承旋转轴43,更具体地说,两个滚动轴承21,即上滚动轴承和下滚动轴承;
-轴承支承件,比如图1或图2所示的与每个滚动轴承21相关联的支承件1。
设置用于支承旋转轴43的滚动轴承21的支承件1允许有效地阻尼来自所述旋转轴的振动,并且显著地降低泵噪声。
此外,由于支承件1的径向和轴向的刚度仅取决于其中的中间弹性部件的机械性能和几何形状,所以它们的行为是更加可预测的,并且相应地,旋转轴43及与其相关联的泵转子45的动态行为相对于现有技术泵是更加可预测的。
在这方面,要注意的是,在图4中所示的与上滚动轴承相关联的轴承支承件和与下滚动轴承相关联的轴承支承件(更具体地说,它们的中间弹性元件)具有显著不同的几何形状,以便提供不同的性能,特别是每个滚动轴承的位置。
如在图4a、4b中更好地所示,在本实施例中,泵外壳的基座成型为使得分别在每个滚动轴承21及相关联的支承件1与泵外壳本身之间存留轴向间隙27a、7b。
由于在轴向方向上在滚动轴承及其支承件与泵外壳之间不存在任何接触表面,所以可以获得最佳的阻尼振动。
图5示出了根据本发明另一实施例的旋转真空泵31。
如在图5a和5b中更好地所示,在本实施例中,轴向间隙27b设置在下滚动轴承21及其相关联的支承件1与泵外壳之间。与此相反,上滚动轴承21,即所述滚动轴承的外圈25,直接抵接着泵外壳表面,从而形成接触表面28a。
作为替代,所述滚动轴承21的轴承支承件1,即所述支承件的内壳3,可以直接抵接着泵外壳表面。
由于所述接触表面28a,由滚动轴承21所支承的旋转轴43及与其相关联的泵转子45的轴向位置可以经由根据本发明的支承件1而很容易地得到控制。
由于这种布置,阻尼振动的效率相对于图4所示的布置而稍微降低,从而在对振动阻尼的要求没有那么严厉时可以有利地使用本布置。
虽然接触表面28a优选地形成在上滚动轴承和/或其支承件与泵外壳表面(如图5a中所示)之间,但是可以且可想象的是,下滚动轴承和/或其支承件直接抵靠着泵外壳表面。
图6示出了根据本发明另一实施例的旋转真空泵31。
如在图6a和6b中更好地所示,在本实施例中,泵外壳的基座成型为使得分别在每个滚动轴承21及相关联的支承件1与泵外壳本身之间存留轴向间隙27a、27b;然而,环形弹性元件29嵌合在上滚动轴承21(或与其相关联的支承件1)与泵外壳之间的间隙27a中,以使得该上滚动轴承21(或与其相关联的支承件1)经由环形弹性元件29而接触泵外壳表面。
设置在滚动轴承21的表面和/或与其相关联的支承件1之间的与泵外壳的接触,即使是间接地通过弹性元件29,允许控制旋转轴43及与其相关联的泵转子45的轴向位置。
另一方面,弹性环形元件29用作轴向弹簧,从而有效地阻尼轴向振动。
其结果是,根据本实施例的布置示出了在图4所示的布置与图5所示的布置之间的在振动阻尼及轴向位置控制方面的中间性能,并且可以代表在许多不同应用中的令人满意的折衷。
虽然弹性部件29优选地设置在上滚动轴承和/或其支承件(如图6a所示),但是可以且可想象的是,这样的弹性部件设置在下滚动轴承和/或其支承件。
从前面的描述中,显而易见的是,根据本发明的滚动轴承支承件达到预期的目的,因为其允许获得更加可预测的行为,仅取决于其机械性能和几何形状,并且独立于作用在支承件本身及与其相关联的滚动轴承之间的摩擦力。
还显而易见的是,除了别的以外,这样的滚动轴承支承件有利地在旋转真空泵的技术领域中存在应用,在该领域中,强烈要求在振动阻尼及位置控制方面的精度和效率。
同样显而易见的是,上面的描述是仅通过非限制性示例给出的,并且在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下可以进行一些修改。

Claims (10)

1.一种滚动轴承的支承件(1),其特征在于,其包括:
-第一内环形壳体(3),其由金属制成;
-第二外环形壳体(5),其由金属制成,与所述第一内环形壳体同心且在其外部;以及
-弹性中间部件(7),其设置在第一内壳(3)与第二外壳(5)之间并且紧固至第一内壳(3)及第二外壳(5)。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承支承件(1),其中,中间弹性部件(7)由具有高热传导系数的弹性体材料制成。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承支承件(1),其中,支承件(1)的第一内壳(3)在其内侧上具有向内突出的轮缘(11)。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承支承件(1),其中,环形槽(13)在支承件(1)的第一内壳(3)的外表面的轴向方向上设置在中间部分中,相应的环形槽(15)在支承件(1)的第二外壳(5)的内表面的轴向方向上设置在中间部分中,并且中间弹性部件(7)在轴向方向上于其中间部分处具有扩大的部分(17),扩大的部分(17)配合在壳体(3、5)的相应槽(13、15)中。
5.一种设置有支承件(1)的滚动轴承(21),其包括内圈(23)和外圈(25),其中设置有滚动元件(26)的相应滚道,支承件(1)包括:
-第一内环形壳体(3),其由金属制成且适于安装在所述滚动轴承(21)的所述外圈(25)的外表面上;
-第二外环形壳体(5),其由金属制成,与所述第一内环形壳体同心并在其外部,且适于安装在容纳所述滚动轴承(21)的座的表面上;以及
-中间部件(7),其由橡胶制成,并设置在所述第一内壳(3)与所述第二外壳(5)之间且紧固在其上。
6.根据权利要求5所述的滚动轴承(21),其中,支承件(1)的第一内壳(3)在其内侧上具有在滚动轴承(21)的外圈(25)上、部分地延伸的向内突出的轮缘(11)。
7.一种旋转真空泵(31),其包括:
-泵外壳(33),其具有泵入口(35)和泵出口(37),并且包括泵基座(33a);
-定子(39),其与所述泵外壳成为一体且设置有一个或多个定子盘(41);
-旋转轴(43),其安装在所述泵外壳内;
-转子(45),其安装在旋转轴(43)上且设置有一个或多个转子盘(47),所述转子盘与定子盘配合,用于将气体从泵入口泵送至泵出口;
-一个或多个滚动轴承(21),其支承旋转轴(43);
其中,所述一个或多个滚动轴承(21)中的至少一个设置有支承件(1),支承件(1)包括:
-第一内环形壳体(3),其由金属制成且适于安装在所述滚动轴承(21)的所述外圈(25)的外表面上;
-第二外环形壳体(5),其由金属制成,与所述第一内环形壳体同心并在其外部,且适于安装在容纳所述滚动轴承(21)的座的表面上;以及
-中间部件(7),其由橡胶制成,并设置在所述第一内壳(3)与所述第二外壳(5)之间且紧固在其上。
8.根据权利要求7所述的旋转真空泵(31),其中,轴向间隙(27a、27b)存留在每个滚动轴承(21)和相关支承件(1)与泵外壳(33)的壁之间。
9.根据权利要求8所述的旋转真空泵(31),其中,环形弹性部件(29)装配在至少一个滚动轴承(21)和相关支承件(1)与泵外壳(33)的壁之间的轴向间隙(27a、27b)中。
10.根据权利要求7所述的旋转真空泵(31),其中,所述一个或多个滚动轴承(21)中的至少一个和/或与其相关联的支承件(1)直接抵接着泵外壳(33)的壁。
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