CN105074247A - 轴承组件及组装和安装轴承组件与支撑轴承组件的部件的方法 - Google Patents

轴承组件及组装和安装轴承组件与支撑轴承组件的部件的方法 Download PDF

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Abstract

轴承组件包括布置在支撑所述轴承组件(10)的两个部件(1,2)之间的至少一个圈(12)，一个部件(2)被安装成相对于另一部件(1)旋转。轴承组件(10)包括轴向地置于所述一个圈(12)的至少一个径向侧表面(12c)与所述部件中的一个(1)之间的至少一个可膨胀材料层(15)，通过热处理到变形的温度阈值，所述可膨胀材料层(15)以不可逆方式扩展。

Description

轴承组件及组装和安装轴承组件与支撑轴承组件的部件的方法
技术领域
本发明涉及轴承，尤其是具有至少一个圈的轴承。例如，该轴承可以是滚动轴承、衬套轴承，或者用于工业电机的滑动轴承。
尤其是，本发明涉及具有内圈和外圈的滚动轴承，该滚动轴承具有一排或多排由保持架保持在两圈所设置的滚道之间的滚动元件。例如滚动元件可以是滚珠。
背景技术
电机通常包括壳体，壳体内侧安装有定子和安装用于相对于定子旋转的转子。两轴承是由所述定子和转子支撑，其位于转子的轴的每个端部。
在这样的应用中，通常使用已知的ISO深沟球轴承。这些轴承包括大规模实心型的内圈和外圈。“实心圈”应被理解为通过机械加工从钢管料、棒料、锻件毛坯和/或轧制坯中移除材料(通过车削、磨削)所获得的圈。该滚动轴承主要被径向加载，并且具有与转子的轴上的紧密配合件一起安装的内圈。轴承的外圈安装在电机壳体的圆柱形外壳中。所述壳体通常由轻质合金铝制成。
电机壳体的膨胀系数高于轴承的圈的膨胀系数。在温度增加的情况下，轴承的外圈与壳体的圆柱孔之间产生间隙，这导致轴承外圈的旋转。
为了避免轴承外圈的该旋转，专利文献FR2835580公开了一种滚动轴承，其包括内圈和外圈与至少一排滚动元件，以及安装在滚动轴承的外圈的外圆柱表面上所设置的环状凹槽中的膨胀补偿圈。
然而，在低温时，诸如0℃，膨胀补偿圈不会与壳体的外壳接触，因此，滚动轴承的外圈不能可靠地固定至外壳，并且可以相对于外壳旋转。
发明内容
本发明的具体目的在于提供一种滚动轴承组件，其具有轴向预载荷和永久且可靠地固定至外壳和/或电机的轴上的圈。
本发明的另一个目的在于使滚动轴承组件易于拆卸从而脱离电机。
最后，本发明的目的在于提供一种具有阻尼性能的滚动轴承组件。
在一实施例中，轴承组件包括一轴承组件，该轴承组件包括布置在支撑所述轴承组件的两个部件之间的至少一个圈，一个部件被安装成相对于另一部件旋转。
轴承组件包括轴向地置于所述一个圈的至少一个径向侧表面与所述部件其中之一之间的至少一个可膨胀材料层，通过热处理到变形的第二温度阈值所述可膨胀材料层以不可逆方式进行扩展。
因此，所述可膨胀材料层以不可逆方式进行塑性变形并且因此永久地变形，从而保持扩展，甚至在温度变化的情况下。因此，所述圈与要组装的部件轴向地组装在一起。
在另一实施例中，可膨胀材料的第二层轴向地设置在所述圈中的一个的第二径向侧表面与所述部件的其中之一之间，其中所述圈中的一个的第二径向侧表面与所述一个圈的所述一个径向侧表面相对。
例如，轴承组件可以包括位于所述一个圈与另一部件之间的滚动元件。
在一实施例中，轴承组件包括内圈、外圈，以及置于所述内圈和外圈上所设置的滚道之间的滚动元件。
例如，可膨胀材料的第一层轴向地置于所述外圈的第一径向侧表面与支撑所述外圈的部件之间。可膨胀材料层以不可逆方式进行塑性变形并且因此永久地变形，以便保持扩展，甚至在温度变化的情况下，从而所述外圈与壳体轴向地组装在一起。
例如，所述可膨胀材料的另一层轴向地置于与所述外圈的第一径向侧表面对置的所述外圈的第二径向侧表面与支撑所述外圈的部件之间。
在另一实施例中，可膨胀材料的另一层轴向地置于所述另一圈的径向侧表面与所述部件中的一个之间，所述另一圈的所述径向侧表面相对于所述一个圈的所述径向侧表面。因此，滚动轴承组件以简单的方式轴向预加载并且不需要使用轴向垫圈或螺杆螺母。
例如，所述可膨胀材料的另一层轴向地置于与所述外圈的第一径向侧表面对置的所述内圈的径向侧表面与支撑所述内圈的部件之间。
有利地，所述一个圈包括在其径向侧表面之一上的至少一个环状凹槽，并且可膨胀材料层置于所述凹槽中。
可膨胀材料层可以包括外壳和包封在所述外壳内侧的流体，当温度达到第一温度阈值时，所述流体具有的其内部压力增加，当温度达到第二温度阈值时，所述外壳以不可逆方式进行塑性变形，并且当温度达到第三温度阈值时，所述外壳破裂。
例如，第一温度阈值介于80℃至95℃之间，例如90℃，第二温度阈值介于120℃至135℃之间，例如130℃，第三个温度阈值高于140℃，例如200℃。
根据第二方面，提出了一种电机，其包括壳体、以旋转方式安装在所述壳体中的转子，以及如上所述布置在壳体与转子之间的至少一个轴承组件。
根据另一个方面，提出了一种组装轴承组件的方法，该轴承组件包括布置在支撑所述轴承组件的两个部件之间的至少一个圈，一个部件安装成相对于另一部件旋转，该方法包括以下步骤：将可膨胀材料层轴向地置于所述轴承组件的至少一个圈与要组装的部件之间，并且以不可逆方式加热可膨胀材料层直到变形的温度阈值。
附图说明
通过研究由完全非限制性示例的方式所考虑并由所附附图所说明的大量实施例的详细描述，本发明将更易于理解，其中：
图1是安装在电机的两个部件之间的根据本发明第一实施例的滚动轴承组件的轴向半剖面；
图2是根据本发明第二实施例的滚动轴承组件的轴向半剖图。
具体实施方式
如图1所示，具有旋转轴线X-X并且由一般附图标记10所指代的滚动轴承组件包括内圈11、外圈12、在所示示例中由滚珠构成的一排滚动元件13，其由保持架14保持在内圈11与外圈12之间。
滚动轴承组件10被设计成安装在电机(未示出)中，该电机具有壳体，壳体内侧安装有定子和安装成用于相对于定子旋转的转子。如图所示，滚动轴承组件10被设计成由两个机械部件来支撑，诸如电机的壳体1和转子的轴2。
内环11是实心的并且在其外圆柱表面11a上具有环形凹槽11b，其曲率半径稍大于滚动元件13的半径，并且形成滚动元件13的轴承座圈。内圈11可以通过机械加工或通过压制钢坯来制造，随后将其打磨和选择性地搭叠在轴承座圈11b处，以便给予圈11其几何特性和其最终的表面光洁度。
外圈12是实心的并且在其内圆柱表面12a上具有环形凹槽12b，其曲率半径稍大于滚动元件13的半径，并且形成用于滚动元件13的轴承座圈。外圈12可以通过机械加工或通过压制钢坯来制造，然后将其打磨和选择性地搭叠在轴承座圈12b处，以便给予圈12其几何特性和其最终的表面光洁度。
可替代地，外圈和/或内圈可以包括相对于轴承10的对称轴面相同和对称的两个半圈部件或半圈。
如图所示，滚动轴承组件10包括轴向地位于外圈12的第一径向侧表面12c与壳体1的第一台肩1a之间的可膨胀材料的第一环状层15。可膨胀材料层15被布置成以便充分覆盖所述外圈12的整个侧表面12c。
如图1所示，可膨胀材料的第二环状层16轴向地位于外圈12的第二径向侧表面12d与壳体1的第二台肩1b之间。可膨胀材料的第二层16被布置以便基本上覆盖所述外圈12的整个侧表面12d。如图所示，壳体1是两件式壳体。然而，应当注意的是，壳体1可以是单件式壳体，其包括轴向地保持可膨胀材料的所述第二层16的保持圈。作为替代方案，层15、16可以仅覆盖外圈12的径向侧表面12c、12d的一部分。因此，外圈12永久轴向地组装至壳体1。
作为替代方案，滚动轴承组件10可以仅包括一个可膨胀材料层15。
层15、16均由这样的材料制成，当轴承组件10内的温度达到第一温度阈值T1，诸如介于80℃至95℃之间的温度，例如90℃时，该材料具有扩展的特性。
每个层15、16均包括外壳以及包封在所述外壳内的流体，诸如气体。例如，该流体中的颗粒可以具有的直径介于10μm至16μm之间，并且具有的密度介于5kg/m3至15kg/m3之间。当温度T达到第一温度阈值T1时，所述流体具有的内部压力增加，并且随着温度的增加，外壳进行扩展。当温度T达到第二温度阈值T2时，外壳以不可逆方式进行塑性变形，并且当温度T达到第三温度阈值T3时，外壳破裂。例如，第二温度阈值T2介于120℃至135℃之间，例如130℃，并且例如，第三温度阈值T3高于200℃。
可替代地，每个或一个径向侧表面12c、12d可以设置有一个或两个凹槽用于接收环形圈形状的可膨胀材料层15、16。
可替代地，可膨胀材料层15、16可以位于内圈11的径向侧表面11c、11d与轴的转子2的台肩(未示出)之间。
作为替代方案，转子的轴2可以包括台肩或保持圈，用于轴向地保持内圈11。在该例子中，滚动轴承组件10被轴向加载。
轴承组件10与壳体1或轴2组装，如下所述。
可膨胀材料的第一层15轴向地置于外圈12的第一径向侧表面12c与壳体1的第一台肩1a之间，以便基本上覆盖所述外圈12的整个侧表面12c。可膨胀材料的第二层16轴向地置于外圈12的第二径向侧表面12d与壳体1的第二台肩1b之间，以便基本上覆盖所述外圈12的整个侧表面12d。
随后，轴承组件10加热至第二温度阈值T2，以便使可膨胀材料层15、16的外壳塑性变形。因此，外壳永久变形并保持扩展，甚至当温度降低时。
为了拆卸滚动轴承10的外圈12和外壳1，温度升高到第三温度阈值T3。当温度达到第三温度阈值T3时，层15、16的外壳破裂并且拆卸轴承组件的外圈12与外壳1。
在图2的实施例与图1的实施例的不同之处在于，可膨胀材料层的位置，其中相同的元件具有相同的附图标记。
如图2所示，具有旋转轴线X-X并且由一般附图标记20指代的滚动轴承组件包括内圈21、外圈22、在所示本示例中由滚珠构成的一排滚动元件23，其由保持架24保持在内圈21与外圈22之间。
滚动轴承组件20被设计成安装在电机(未示出)中，该电机具有壳体，壳体内侧安装有定子和安装用于相对于定子旋转的转子。如图所示，滚动轴承组件20被设计成由两个机械部件来支撑，诸如电机的壳体1和转子的轴2。
内环21是实心的并且在其外圆柱表面21a上具有环形凹槽21b，其曲率半径稍大于滚动元件23的半径，并且形成滚动元件23的轴承座圈。内圈21可以通过机械加工或通过压制钢坯来制造，随后将其打磨和选择性地搭叠在轴承座圈21b处，以便给予圈21其几何特性和其最终的表面光洁度。
外圈22是实心的并且在其内圆柱表面22a上具有环形凹槽22b，其曲率半径稍大于滚动元件23的半径，并且形成用于滚动元件23的轴承座圈。外圈22可以通过机械加工或通过压制钢坯来制造，然后将其打磨和选择性地搭叠在轴承座圈22b处，以便给予圈22其几何特性和其最终的表面光洁度。外圈22由两个径向侧表面22c、22d来限制。
可替代地，外圈和/或内圈可以包括相对于轴承20的对称轴面相同和对称的两个半圈部件或半圈。
如图所示，滚动轴承组件20包括轴向地位于外圈22的第一径向侧表面22c与壳体1的第一台肩1a之间的可膨胀材料的第一环状层25。可膨胀材料层25被布置成以便基本上覆盖所述外圈22的整个侧表面22c。
如图1所示，可膨胀材料的第二环状层26轴向地位于内圈21的第二径向侧表面21d与转子的轴2的第二台肩2a之间，其对置于外圈22的第一径向侧表面22c。可膨胀材料的第二层26被布置成以便基本上覆盖所述内圈21的整个侧表面21d。如图所示，壳体1是两件式壳体。作为替代方案，层25、26可以仅覆盖外圈和内圈21、22的径向侧表面22c、21d的一部分。
作为替代方案，可膨胀材料的第一层可以位于外圈22的第二径向侧表面22d与壳体1的第二台肩(未示出)之间，并且可膨胀材料的第二层可以位于相对于外圈22的第二径向侧表面22d的内圈21的第一径向侧表面21c之间。
因此，滚动轴承组件20以轴向预载被轴向地组装。
作为替代方案，滚动轴承组件20可以仅包括位于圈21、22中的一个的第一径向侧表面上的一个可膨胀材料层，与穿过由转子的轴或壳体上的台肩或保持圈轴向保持的滚动元件23的对称面相比，另一圈的径向侧表面与第一径向侧面相对。
层25、26具有与图1的层15、16相同的热性能和特性。
层25、26均由这样的材料制成，当轴承组件20内的温度达到第一温度阈值T1，诸如介于80℃至95℃之间的温度，例如90℃时，该材料具有扩展的性能。
每个层25、26均包括外壳以及包封在所述外壳内的流体，诸如气体。例如，该流体中的颗粒具有的直径介于10μm至16μm之间，并且具有的密度介于5kg/m3至15kg/m3之间。当温度T达到第一温度阈值T1时，所述流体具有的内部压力增加，并且随着温度的增加，外壳进行扩展。当温度T达到第二温度阈值T2时，外壳以不可逆方式进行塑性变形，并且当温度T达到第三温度阈值T3时，外壳破裂。例如，第二温度阈值T2介于120℃至135℃之间，例如130℃，并且例如，第三温度阈值T3高于200℃。
作为替代方案，每个或两个层25、26可以具有环形圈的形状并且位于内圈和/或外圈21、22的侧表面上所设置的一个或两个凹槽内。
轴承组件20与壳体1或轴2组装，如下所述。
可膨胀材料的第一层25轴向地置于外圈22的第一径向侧表面22c与壳体1的第一台肩1a之间，以便基本上覆盖所述外圈22的整个侧表面22c。可膨胀材料的第二层26轴向地置于内圈21的第二径向侧表面21d与转子的轴2的台肩2a之间，以便基本上覆盖所述内圈21的整个侧表面21d。
随后，轴承组件20加热至第二温度阈值T2，以便使可膨胀材料层25、26的外壳塑性变形。因此，外壳永久变形并保持扩展，甚至当温度降低时。
尽管本发明是基于滚动轴承示出的，但应当理解的是，本发明可以施加于滑动轴承和衬套轴承。
图1和图2所示的可膨胀材料层可以具有环状圈的形状，或者可以是环状圈的一部分或径向隔开的环状圈的多个部分。
由于本发明和可膨胀材料层的热性能，轴承组件的至少一个圈与电机的壳体或轴永久地组装。轴承组件的圈不会相对于要组装的部件旋转。此外，通过热处理到允许可膨胀材料层破裂的温度阈值，轴承组件易于从支撑轴承组件的部件中拆卸。因此，扩展层的体积减小。
此外，可膨胀材料层具有阻尼性能，以使得轴的噪声和振动被衰减。
当可膨胀材料层沿轴向设置在每个环的相对的径向侧表面上时，这种滚动轴承允许轴向预载。

Claims (12)

1.一种轴承组件(12,20)，其包括布置在支撑所述轴承组件(10,20)的两个部件(1,2)之间的至少一个圈(12,22)，一个部件(2)被安装成相对于另一部件(1)旋转，其特征在于，所述轴承组件(10,20)包括轴向地设置在所述一个圈(12,22)的至少一个径向侧表面(12c,22c)与所述部件中的一个(1)之间的至少一个可膨胀材料层(15,25)，通过热处理直至变形的第二温度阈值(T2)所述可膨胀材料层(15,25)以不可逆方式进行扩展。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，包括可膨胀材料的第二层(16,26)，其轴向地设置在与所述一个圈(12,22)的所述一个径向侧表面(12c,22c)相对的所述圈(12,21)中的一个的第二径向侧表面(12d，21d)与所述部件(1,2)其中之一的之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，包括位于所述一个圈与所述另一部件之间的滚动元件。
4.根据权利要求3所述的轴承组件，包括内圈(11,21)、外圈(12,22)，以及置于所述内圈(11,21)和外圈(12,22)上所设置的滚道之间的滚动元件(13,23)。
5.根据权利要求4所述的轴承组件，其中，可膨胀材料的第一层(15,25)轴向地设置在所述外圈(12,22)的第一径向侧表面(12c,22c)与支撑所述外圈(12,22)的所述部件(1)之间。
6.根据权利要求5所述的轴承组件，其中，可膨胀材料的另一层(16)轴向地置于与所述外圈(12)的第一径向侧表面(12c)相对的所述外圈(12)的第二径向侧表面(12d)与支撑所述外圈(12)的所述部件(1)之间。
7.根据权利要求5所述的轴承组件，其中，可膨胀材料的另一层(26)轴向地置于与所述外圈(22)的第一径向侧表面(22c)相对的所述内圈(21)的径向侧表面(21d)与支撑所述内圈(21)的所述部件(2)之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，其中，所述一个圈(11,12,21,22)包括在其径向侧表面之一上的至少一个环状凹槽，并且可膨胀材料层置于所述凹槽中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，其中，所述可膨胀材料层(15,16,25,26)包括外壳和包封在所述外壳内侧的流体，当温度达到第一温度阈值(T1)时，所述流体具有的其内部压力增加，当所述温度达到第二温度阈值(T2)时，所述外壳以不可逆方式进行变形，并且当所述温度达到第三温度阈值(T3)时，所述外壳破裂。
10.根据权利要求9所述的轴承组件，其中，所述第一温度阈值(T1)介于80℃至95℃之间，所述第二温度阈值(T2)介于120℃至135℃之间，所述第三温度阈值(T3)高于200℃。
11.一种电机，其包括壳体、以旋转方式安装在所述壳体中的转子，以及布置在所述壳体与所述转子之间的根据先前权利要求中的任一项所述的至少一个轴承组件。
12.一种组装轴承组件(10,20)的方法，所述轴承组件包括布置在支撑所述轴承组件(10,20)的两个部件(1,2)之间的至少一个圈(12,22)，一个部件(2)安装成相对于所述另一部件(1)旋转，所述方法包括以下步骤：将至少一个可膨胀材料层(15,25)轴向地置于所述轴承组件(10,20)的至少一个圈(12,22)与要组装的所述部件(1)之间，并且以不可逆的方式加热所述可膨胀材料层(15,25)直至变形的温度阈值(T2)。
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