CN104533965A - 搅拌轴用复合轴承限偏装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于搅拌设备结构设计领域，具体涉及一种搅拌轴用复合轴承限偏装置。本发明包括轴承座以及支撑架，轴承座包括直接套设于搅拌轴轴身处的外环套，外环套的孔壁与搅拌轴轴身间存有间距；外环套的孔壁上沿其轴线环绕设置多个辊轴部，辊轴部包括定子轴以及转套，外环套轴线、定子轴轴线与搅拌轴的理想轴线均同轴铅垂设置；定子轴上的与转套的配合段呈纺锤状构造，转套相应呈具备凹球形内腔的套筒结构；在经由定子轴轴线的轴向截面上，定子轴及转套在彼此配合段处的各母线直径一致且圆心位于同一水平面上，且转套孔腔处该母线直径大于定子轴的上述母线直径。本发明可实现搅拌轴在允许偏摆量范围内的轴体固定效果。

Description

搅拌轴用复合轴承限偏装置

技术领域

本发明属于搅拌设备结构设计领域，具体涉及一种应用于搅拌设备内的搅拌轴用复合轴承限偏装置。

背景技术

目前市场上生产和销售的搅拌设备，搅拌轴的底部基本上都无底轴承装置，而仅仅依靠搅拌轴顶端的单轴端固定，来达到其悬置搅拌的效果。上述搅拌轴在转动时，或因搅拌轴的安装误差而导致轴体安装偏斜，或因工作时作用在轴上的水平方向流体动力不均衡，或因搅拌轴上的叶轮重量产生径向载荷不均等，搅拌轴的最下端都会产生定量摆幅。实际工作时，搅拌轴的上述偏摆量是允许处于一定范围内的。尤其对于采用密封装置时的轴封而言，正常对轴封部位的偏摆量应当控制在0.08-0.13mm左右，机械密封应当控制在0.04-0.08mm范围内。而一旦其偏摆量偏大，则往往直接影响到轴封的密封性能，随之导致出现泄漏现象。另外，搅拌轴偏摆量偏大，也会导致搅拌器产生有害振动，甚至使电机等传动部件产生周期性摆动，危害巨大。

由于悬置式固定的轴体的上述状况，实际上人们也试图通过在搅拌轴底部增设传统轴承，以通过两端固定的方式来进行技术规避。然而，实际操作的问题在于，由于前述轴加工误差乃至轴安装误差等状况，实际安装完成的搅拌轴必然是存在一定偏斜的。搅拌器容积越大，搅拌轴轴身越长，随之导致搅拌轴固定后的底端偏斜度也就越大。若采用仅能够实现同轴固定的传统的滚珠轴承，则必然会因搅拌轴的上述偏斜现象而发生轴承和轴的卡死状况，从而导致整个搅拌装置都无法正常工作。如何寻求一种结构合理而实用的轴体固定系统，以在保证其自身正常搅拌功能的同时，能够保证对搅拌轴底端的稳定定偏效果，确保搅拌轴的底端偏摆量能够始终处于允许范围内，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理而实用的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其可实现搅拌轴在允许偏摆量范围内的轴体固定效果，其使用寿命长而工作稳定可靠。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：包括浮动套设于搅拌轴轴身处的轴承座以及用于将轴承座固接于搅拌器内的支撑架，轴承座包括直接套设于搅拌轴轴身处的外环套，所述外环套的孔壁与搅拌轴轴身间存有间距；外环套的孔壁上沿其轴线环绕设置多个辊轴部，所述辊轴部包括定子轴以及套设于定子轴上的可相对转动的转套，所述外环套轴线、定子轴轴线与搅拌轴的理想轴线均同轴铅垂设置；各辊轴部的转套外壁最内侧母线围合形成的柱面构成用于限位搅拌轴偏摆程度的限位面；所述定子轴上的与转套的配合段呈两端细而中部粗的纺锤状构造，转套相应呈具备凹球形内腔的套筒结构；在经由定子轴轴线的轴向截面上，定子轴在上述配合段处的各母线直径一致且圆心位于同一水平面上，转套孔腔处的各母线圆心与定子轴的母线圆心同平面布置，且转套孔腔处该母线直径大于定子轴的上述母线直径。

定子轴与转套的上述母线圆心同平面时，定子轴轴身与转套孔腔的配合面最小间隙为0.2～2mm。

转套孔腔壁硬度大于定子轴的配合段表面硬度，其硬度差值大于布氏硬度HB50。

所述转套的线性膨胀系数大于定子轴的线性膨胀系数。

所述转套上的母线直径与定子轴的上述母线直径差为30～200mm。

所述定子轴上的与转套的配合段长度大于转套总长度，其长度差为0.3～2mm。

外环套包括环形底座以及螺栓固接于该环形底座端面处的环形端盖，所述环形底座的内环面在其与环形端盖配合端处凹设有环状的缺口，该缺口与环形端盖的相应配合面共同构成用于容纳转套的容纳槽；所述容纳槽的两侧槽壁处间隔均匀并一一对应布置贯穿孔，定子轴的两轴端穿设于上述贯穿孔处。

所述搅拌轴上套设有轴套，轴套以紧钉螺栓固接于搅拌轴的底端处，轴套与辊轴部彼此配合且与外环套孔壁间空间避让布置。

本发明的主要优点在于：

1)、本发明避免了传统的滚珠定心轴承直接紧固搅拌轴所导致的轴承咬死等现象。通过采用“浮动”式的自定义的轴承结构，一方面，外环套与搅拌轴间存在间距，保证了两者工作时的互不干涉现象，杜绝了搅拌轴即使处于最大偏摆量时都不会与外环套的孔壁间产生碰撞现象。另一方面，依靠布置于外环套上的辊轴部，来实现对于搅拌轴轴身的直接的硬性限位效果。由于搅拌轴的倾斜偏心现象，直接表现为水平面的摆动，因此需要依靠水平向作类似跷板结构的定子轴与转套间的翘动动作，来实现对于搅拌轴的线接触扶持和限位目的。

实际工作中，在搅拌轴轴身的偏摆量处于预定数值内时，搅拌轴始终不会与本发明的辊轴部间接触，两者间互不干扰。而一旦搅拌轴轴身偏摆量过大，由于辊轴部的约束，搅拌轴会直接撞击辊轴部的转套外壁，此时转套受力并被迫挤向定子轴。因定子轴与转套间的配合实际上是两端部配合间隙大而中部配合间隙小甚至是无配合的单支点结构，因此必然转套会沿定子轴产生上翘或下翘动作，直至两者再次以稳定的线接触或面接触配合来实现其可靠配合。而此时，搅拌轴不断的在巨大动力下不停的扫过围绕在其周围的辊轴部，辊轴部不停的通过转套的翘动动作和线面接触配合来吸收传递而来的动能并约束搅拌轴继续扩大其偏摆量，最终实现搅拌轴在允许偏摆量范围内的轴体固定效果。

本发明其结构合理而使用可靠稳定，依靠辊轴部所构成的“浮动”限偏结构，一方面通过硬性的约束，保证了搅拌轴的偏摆量永远不会超出指定的数值范围；另一方面，又依靠辊轴部的独特设计，实现了其对于搅拌轴的“浮动”卸力效果，确保两者间不会产生卡死或撞击受损现象；其使用寿命也可依靠转套与定子轴间的面接触滚动配合而得到有效保证。

2)、本发明的进一步优选方案在于：定子轴轴身与转套孔腔的配合面最小间隙为0.2～2mm，也即当定子轴与转套母线同平面时，定子轴轴身与转套孔腔的配合面始终是存在间隙的，该间隙应当为两端宽而中部窄的变间隙结构。当搅拌轴产生偏摆并碰撞转套外壁，转套随之产生对定子轴的面挤压动作，直至两者间产生某一支点而使转套相对定子轴产生上翘或下翘现象时，转套也始终是需要一段位移后才可接触定子轴。之所以采用上述间隙式的配合方式，是考虑到当转套放置于定子轴上时，为保证上述间隙，必须时转套自然的在重力作用下而被搁置在定子轴的底端配合部件处。在转套受力时，转套首先被挤压，而后产生沿底部配合部件相应搁置面的滑移动作，同时，转套孔腔壁也必相对定子轴轴身产生上行或下行的交错动作，直至两者间找到稳定的支点而实现前述翘动现象，最终确保搅拌轴、定子轴和转套三者间的线接触式配合效果。

3)、容纳槽的布置，实现了辊轴部沿外环套轴线的均匀分布目的。实际操作时，容纳槽结构可通过环形端盖和预布置槽状缺口的环状底座的配合来实现。转套和定子轴配合面的硬度差异，保证了作为定子的定子轴和作为转子的转套间的软对硬的摩擦效果，以防止两者咬死。线性膨胀系数的差别，则为避免在搅拌轴撞击转套、而转套相对定子轴的剧烈滚动摩擦动作下所产生的高温环境中，因两者热膨胀造成抱紧锁死，从而确保其各部件的稳定可靠工作。定子轴的配合段长度应当大于转套的长度，以在前述转套相对定子轴的上行或下行交错动作时，能够提供转套以足够范围内的上下滑移余量，以确保转套与定子轴间的可靠配合效果。

4)、轴套的布置，是考虑到本发明始终是依靠轴的底端与轴承座上的辊轴部的彼此线接触碰撞，来实现其一定偏摆范围内的约束效果的。通过布置轴套，每次搅拌轴撞击轴承座，都转而是依靠轴套与辊轴部间的碰撞来实现。即使后期因轴套出现撞击磨损而更换，也不至于会影响到搅拌轴的实际使用寿命。其更换维护更为便捷，使用成本也更低，更为符合目前厂家的快节奏而高效率的便捷维护需求。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

图2为图1的I部分局部放大图；

图3为轴套与辊轴部间的配合关系图；

图4为辊轴部的结构示意图；

图5为定子轴的结构示意图；

图6为转套的结构示意图。

附图中各标号与本发明的部件名称对应关系如下：

10-搅拌轴  11-轴套  20-支撑架

30-外环套  31-环形底座  32-环形端盖  33-容纳槽

40-辊轴部  41-定子轴  42-转套

具体实施方式

此处通过以下具体实施方式，以对本发明具体结构及工作流程作进一步说明：

为便于理解，此处首先对搅拌轴10的理想轴线作以下说明：搅拌轴10的理想轴线，也即不考虑安装误差等导致搅拌轴10轴身偏斜的因素，在搅拌轴10处于完全理想的轴身铅垂状态下的轴线。

本发明的具体结构如图1-6所示，其包括套设于搅拌轴10轴身处的外环套30，外环套30以支撑架20固接于搅拌器的内腔中。外环套30的轴线与搅拌轴10的理想轴线，也即搅拌轴10处于理想的铅垂状况下的轴线同轴布置，且外环套30的孔壁与搅拌轴10轴身间存在间距，以便于搅拌轴10可作允许范围内的偏摆动作。外环套30的内壁处沿其轴线环设有容纳槽33，容纳槽33内设置辊轴部40。辊轴部40包括定子轴41以及套设于定子轴41上的转套42，定子轴41的两端分别于容纳槽33的两侧槽壁间构成固接配合。

对于辊轴部40的具体结构设计，为本发明的一个重点，即在于：定子轴41上的与转套42的配合段呈两端细而中部粗的纺锤状构造，转套42相应呈具备凹球形内腔的套筒状结构。在经由定子轴41轴线的轴向截面上，定子轴41在上述配合段处的各母线直径一致且圆心位于同一水平面上，同时，转套42的相应配合的孔腔处的各母线直径也一致且圆心也位于同一水平面上，上述两平面处于同一平面处。转套42孔腔处该母线直径大于定子轴41的上述母线直径。换句话说，定子轴41一方面与转套42间构成弧面的面接触式配合；另一方面，两者间的配合始终存在间隙，上述配合间隙由中部配合处向其两端逐渐加大。同时，由于其上下细而中粗的纺锤状外形，因此，实际上上述圆心所在平面应当尽可能的靠近定子轴41的中段部位处。上述结构的辊轴部40，在转套42受到外力施予时，首先会沿其外力施予方向产生偏转，从而产生向定子轴41的交错滑移和抵合挤压动作，之后转套42相对定子轴41轴身支点作翘动动作，直至转套42的外壁处的柱面母线与搅拌轴10轴身的柱面母线间完全平行，从而也就能始终保证搅拌轴10与转套42间、以及转套42与定子轴41间均处于线接触的平稳受力状态。而转套42沿定子轴41的光滑线接触或曲面接触式的滚动摩擦，则进一步的保证了由搅拌轴10处传递而来的撞击力的快速传递和消散，有利于提升其实际使用寿命。

本发明安装时，将外环套30及辊轴部40构成的轴承座套设在搅拌轴10底部处，并与搅拌轴10底部处的轴套11外壁间留有一定间隙。安装完成后，辊轴部40应当沿轴套11呈现周向环绕均布。此时，本发明的实际工作状况分为以下两种：

1)、当搅拌轴10转动并产生偏摆量而该偏摆量位于允许范围内时：

搅拌轴10是不会与轴承座间产生碰触现象的。此时两者间互不干涉，轴承座完全作为无用部件存在。

2)、当搅拌轴10转动时，因前述的诸多原因而产生轴身偏摆，且其偏摆量超出允许范围值时：

搅拌轴10的轴身开始碰触位于外环套30孔壁处布置的辊轴部40的转套42。此时，搅拌轴10轴身紧贴转套42，并依靠定子轴41与转套42间的“翘板”式的配合，而斜向的将转套42压紧在定子轴41上，实现定子轴41、转套42乃至搅拌轴10三者间的线接触紧密配合关系。在搅拌轴10持续的高速回转和偏摆甩动中，搅拌轴10不断沿辊轴部40的径向而撞击转套42，转套42与定子轴41间亦随之产生回转现象而达到卸力效果，从而保证了其撞击力的稳定削减效果，也就确保了其实际使用寿命。上述依靠辊轴部40所构成的“浮动”限偏结构，一方面通过硬性的约束，保证了搅拌轴10的偏摆量永远不会超出指定的数值范围；另一方面，又依靠辊轴部40的独特设计，实现了其对于搅拌轴10的“浮动”卸力效果，确保两者间不会产生卡死或撞击受损现象。本发明结构合理而工作稳定，同常规滑动轴承相比，本发明的轴承座用若干个小辊轴单元配合外环套30组成，任一单元损坏，其他单元可以正常运行，可有效延长其已经故障后的使用时间，因此对于一些不能立即暂停关键设备可以留出足够的抢修时间，其工作可靠性更强。

Claims (8)

1.搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：包括浮动套设于搅拌轴(10)轴身处的轴承座以及用于将轴承座固接于搅拌器内的支撑架(20)，轴承座包括直接套设于搅拌轴(10)轴身处的外环套(30)，所述外环套(30)的孔壁与搅拌轴(10)轴身间存有间距；外环套(30)的孔壁上沿其轴线环绕设置多个辊轴部(40)，所述辊轴部(40)包括定子轴(41)以及套设于定子轴(41)上的可相对转动的转套(42)，所述外环套(30)轴线、定子轴(41)轴线与搅拌轴(10)的理想轴线均同轴铅垂设置；各辊轴部(40)的转套(42)外壁最内侧母线围合形成的柱面构成用于限位搅拌轴(10)偏摆程度的限位面；所述定子轴(41)上的与转套(42)的配合段呈两端细而中部粗的纺锤状构造，转套(42)相应呈具备凹球形内腔的套筒结构；在经由定子轴(41)轴线的轴向截面上，定子轴(41)在上述配合段处的各母线直径一致且圆心位于同一水平面上，转套(42)孔腔处的各母线圆心与定子轴(41)的母线圆心同平面布置，且转套(42)孔腔处该母线直径大于定子轴(41)的上述母线直径。

2.根据权利要求1所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：定子轴(41)与转套(42)的上述母线圆心同平面时，定子轴(41)轴身与转套(42)孔腔的配合面最小间隙为0.2～2mm。

3.根据权利要求1或2所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：转套(42)孔腔壁硬度大于定子轴(41)的配合段表面硬度，其硬度差值大于布氏硬度HB50。

4.根据权利要求1或2所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：所述转套(42)的线性膨胀系数大于定子轴(41)的线性膨胀系数。

5.根据权利要求1或2所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：所述转套(42)上的母线直径与定子轴(41)的上述母线直径差为30～200mm。

6.根据权利要求1或2所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：所述定子轴(41)上的与转套(42)的配合段长度大于转套(42)总长度，其长度差为0.3～2mm。

7.根据权利要求1或2所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：外环套(30)包括环形底座(31)以及螺栓固接于该环形底座(31)端面处的环形端盖(32)，所述环形底座(31)的内环面在其与环形端盖(32)配合端处凹设有环状的缺口，该缺口与环形端盖(32)的相应配合面共同构成用于容纳转套(42)的容纳槽(33)；所述容纳槽(33)的两侧槽壁处间隔均匀并一一对应布置贯穿孔，定子轴(41)的两轴端穿设于上述贯穿孔处。

8.根据权利要求1或2所述的搅拌轴用复合轴承限偏装置，其特征在于：所述搅拌轴(10)上套设有轴套(11)，轴套(11)以紧钉螺栓固接于搅拌轴(10)的底端处，轴套(11)与辊轴部(40)彼此配合且与外环套(30)孔壁间空间避让布置。