CN106286585B - 滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滑动轴承(1)，包括可围绕轴线(a)彼此相对旋转的至少一个轴承内圈(2)和至少一个轴承外圈(3)，所述至少一个轴承内圈(2)和至少一个轴承外圈(3)分别具有至少一个滑动面(4、5)，这些滑动面可沿彼此滑动，由相互接触的滑动面(4、5)形成的接触面具有最大接触直径(DK)，在径向截面中，滑动面(4、5)至少分段地具有曲率半径为rB的圆弧形形状。为了提高滑动轴承的功能性，本发明设置成，曲率半径(rB)具有中点(M)，该中点(M)与轴线(a)相距偏移量(b)，该偏移量(b)至少为曲率半径(rB)的5％。

Description

滑动轴承
本发明涉及一种滑动轴承，该滑动轴承包括可以围绕轴线彼此相对旋转的至少一个轴承内圈以及至少一个轴承外圈，所述至少一个轴承内圈和所述至少一个轴承外圈分别具有至少一个滑动面，这些滑动面可以沿彼此滑动，由相互接触的滑动面形成的接触面具有最大接触直径，在径向截面中，滑动面至少分段地具有圆弧形形状，其中该圆弧形形状具有曲率半径。
现有技术公开了一般类型的滑动轴承。这些滑动轴承可以构造为径向和/或轴向的轴承；特别是目前已知的径向关节轴承、倾斜关节轴承和轴向关节轴承。
在径向轴承中，将在径向截面上为圆弧形的滑动面构造为球状，其中环形轨道的中点位于轴承的旋转轴线上。在这种情况下，既可以进行径向的也可以进行轴向的支承；此外，旋转轴可以做倾斜运动。
此外还公开了具有圆柱形的套筒几何形状的滑动轴承套筒。在这种情况下，仅可以接受径向负载，同时圆柱形套筒可以在其对应轮廓中(in ihrer Gegenkontur)轴向滑动并且因此不传递轴向力。
止推垫片(Anlaufscheibe)仅用于传递轴向力，止推垫片同样也按照滑动支承的原理来工作。
本发明的目的在于，提高一般类型的滑动轴承的功能性，使得在有较长持续使用时间的同时，既可以传递径向力也可以传递轴向力。
本发明目的的解决方案的特征在于，曲率半径具有一中点，其中该中点与轴线相距偏移量，该偏移量至少为曲率半径的5％。
特别是在设计径向轴承时(见下文特别是附图1)并且在设计摆动轴承时(见下文特别是附图2)，曲率半径的中点在此优选非常明显地与轴线有偏移地布置。优选地，偏移量至少为曲率半径的50％。
然而，在设计轴向轴承时(见下文、特别是附图5)，通常为偏移量设置较低的值；即便如此，该值也始终大于曲率半径的5％。
曲率半径本质上是一半径并且小于无限大，并且因此限定了滑动面的环形(Torus)表面或桶形(Tonnen)表面，也就是说该滑动面并不是圆柱形滑动面(套筒)或平坦的滑动面(止推垫片)。
优选地设置曲率半径，使其至少为最大接触直径的150％，或是最大为最大接触直径的40％。
此时，根据优选设计方案设置曲率半径，使其在最大接触直径的150％至600％之间，优选在200％至400％之间。因此在径向截面中，滑动面的曲率半径远大于在滑动轴承的轴线和滑动面之间的距离。因此，在这种情况下，滑动面与轴承半径相比较具有非常大的轮廓半径(Profilradius)，使得滑动面作为桶面部分出现。轮廓半径的中点因此与轴承轴线的径向距离较远。
其中，接触直径不一定是最大直径，最大直径是当轴承外圈和轴承内圈之间不存在偏转，也就是其轴线相互平行时，滑动面相互接触的直径。
另一个可能的并且优选的设计方案是，曲率半径在最大接触直径的5％至15％之间。在这种情况下，在径向截面中，滑动面的曲率半径远小于滑动轴承的轴线和滑动面之间的距离。因此，在这种情况下，滑动面具有比轴承半径小得多的轮廓半径。
为了影响轴承间隙，可以将内圈和外圈的曲率半径构造得并不相同，而是在此处存在微小差别，这与上文优选的方案并不相同；由此，可以有目的地调整轴承中的轴承间隙。
相应地为了调整间隙，也可以将内圈和外圈的偏移量(中点M到轴线a)构造得并不相同，而是在此处也存在微小差别，这与上文优选的方案也不相同。
轴承圈中的一个也可以由旋转的机器部件，特别是由轴形成。相似地，轴承圈中的一个可以由位置固定的机器部件，特别是由壳体形成。
优选的是，滑动面或整个轴承圈由金属构成或者具有至少一个金属表面。该金属表面在必要情况下可以通过润滑剂(例如脂、油、干性润滑剂)润滑。
本发明的一个优选改进方案是，对于轴承圈中的一个轴承圈，至少其滑动面是由弹性材料形成的。在这种情况下，特别地考虑使用纤维增强织物材料、塑料或金属-塑料复合材料。弹性材料也可以由涂覆在轴承圈上的涂层形成。同样，可以考虑由金属构成的/由通过脂或油润滑的金属构成的滑动组合(Gleitkombinationen)。
由于安装技术的原因，至少一个滑动内圈和/或至少一个滑动外圈可以被构造为至少两部分(或者单侧分割)。在这种情况下，轴承圈的部分可以通过对轴承圈进行分割(Sprengen)产生。也可以采用其他分割方法，例如冲蚀(Erodieren)。
轴承圈中的至少一个也可以通过增材(generative)制造方法，特别是通过3D打印产生。
一个改进方案设置了两个包括共用轴承圈的滑动轴承区域，这两个滑动轴承区域在轴向上相邻布置。特别地，轴承组合可以由单独的轴承圈面对面和背靠背地实现，或是与关节轴承相似借助共同的(相连的)轴承圈实现。
本发明因此设置了一种滑动轴承，在该滑动轴承中，如同现有技术中公开的那样，球形滑动面由环面部分形成。在滚动轴承领域中也已知了相似的概念，即所谓的环面轴承(Toroidallager)。
在这种情况下，环面轮廓半径与轴承半径有很大偏差，也就是说与轴承旋转轴线和滑动面之间的距离有很大偏差。
有利地，此时在轴承间隙以及所使用的组件弹性的范围内给出了被定义的、微小的可倾斜运动的能力(Kippbeweglichkeit)，然而该可倾斜运动的能力取决于结构类型地在很大程度上受到限制。因此也可以在一定程度上传递倾斜力矩。
因此，所推荐的概念对于滑动轴承而言在一定程度上兼有球关节轴承和滑动轴承套筒的优点。所提出的滑动轴承具有有限的可倾斜运动的能力，该可倾斜运动的能力取决于轴承间隙以及所使用的组件的弹性。这一点可特别用于补偿轴倾斜(Wellenschiefstellung)或补偿轴(Wellendurchbiegung)弯曲。
更进一步地，所推荐的滑动轴承具有有限的轴向可移动性(Axialverschiebbarkeit)，其也取决于轴承间隙以及所使用的组件的弹性。
因此，可倾斜运动的能力以及可轴向运动的能力以相似的方式存在，正如滚动轴承领域中的环面轴承的情况那样。
在所描述的技术中，对滑动面进行的几何设计实现了较低的接触应力以及边缘应力。在有轴承负荷时，细微区域内的弹性构件形变支持(unterstützt)了该特性。在所推荐的滑动轴承中使用弹性滑动面是特别有利的。这种滑动面可以例如通过织物(该织物作为至少用于滑动轴承圈表面的材料)或通过涂层实现。借助于柔软的层的弹性，除了几何位置之外还补偿或减小了在绕轴承轴线倾斜时出现的边缘应力。
与圆柱形套筒相比，在内部倾斜时(也就是说在轴倾斜或轴弯曲时)，所推荐的滑动轴承中的边缘负载明显较低。力线通量分布到更大的接触面上，该接触面具有相应的积极作用(例如降低顶部应力形式的积极作用)。由此导致了边缘磨损较低或边缘形变较小，间隙扩大得较慢并且使用寿命较高。
与已知的圆柱形套筒相反，所推荐的滑动轴承也可以接受轴向力。因此不必使用(例如用于在中心处进行引导的)止推垫片。
此外，通过所推荐的滑动面几何形状，与球关节轴承相似地，内圈相对于外圈在中心处。
所推荐的滑动轴承可以灵活设计。可以实现具有与轴承直径相比非常大的结构宽度的轴承。通过较大的平面接触得到的额定荷载(Tragzahl)处于非常高的水平。由此，滑动轴承的(与可倾斜运动的能力、力矩刚性、可轴向运动的能力以及承载能力有关的)特性可单独地设计。
有可能用所推荐的滑动轴承简单地替换常规的滑动轴承或轴承套筒。此时，基于传递轴向力以及自我定心的能力可不必使用止推垫片。
所推荐的滑动轴承的实用性在很大程度上是没有问题的，这是因为使用者不必再如传统的套筒-轴应用的情况那样担心轴质量是否足够好。更确切地说，存在相互配合的滑动面-滑动引导面系统。因此，轴硬度或轴表面粗糙度对于滑动功能来说无关紧要。这与已知方案相比较提供了成本和功能上的优点。
与已知的球关节轴承相反，所推荐的滑动轴承在倾斜较大时也能接收力矩。因此，仅具有一个轴承的、不受倾斜影响(kippsteif)的轴承组件同样是可能的。
与环面滚动轴承相反，所推荐的滑动轴承也可以用作唯一的轴承。
通过可轴向运动的能力，可设置由两个根据本发明所述的滑动轴承组成的轴承组件，所述滑动轴承均装配为固定轴承。例如基于轴和壳体之间的温度差别的长度膨胀差可以通过被扩展的轴向间隙进行补偿。
在所述具有(与轴承半径相比)非常小的轮廓半径的设计方案中，所推荐的滑动轴承有可能吸收较高的倾斜力矩。该应用可与球辊或十字辊设计中的所谓的回转(Slewing)轴承相比较。
一般地，所公开的制造或安装方法，如同公知的关节轴承的制造或安装方法那样，也可以在所推荐的滑动轴承中使用，例如单侧或两侧轴向分割的外圈或例如径向分割的外圈。
滑动面可以设有不同的涂层，这些涂层根据应用情况也可以构造为无需维修的。此外，也可以在所推荐的滑动轴承中设置润滑孔。最后，也可以设置整体密封以及用于轴承圈的任意合适的材料。
根据实施方式，可以利用径向间隙以及轴向间隙实现所推荐的滑动轴承，如同其在球关节轴承中的情况那样。
在附图中示出了本发明的实施例。其中：
图1示出了通过根据本发明第一实施方式所述的、根据本发明的滑动轴承的径向切面；
图2示出了通过根据本发明第二实施方式所述的、根据本发明的滑动轴承的径向切面；
图3以径向切面图示出了根据图1的滑动轴承的替代设计方案；
图4以径向切面图示出了滑动轴承的另一替代设计方案；
图5以径向切面图示出了与图4相似的滑动轴承的设计方案；
图6以径向切面图示出了滑动轴承的另一替代的设计方案；以及
图7以径向切面图示出了与图6相似的、滑动轴承的设计方案。
在图1中示出了滑动轴承1，该滑动轴承具有轴承内圈2以及轴承外圈3。轴承内圈2具有滑动面4，轴承外圈具有滑动面5。这里，轴承内圈2可绕轴线a相对于轴承外圈3旋转，其中两个滑动面4和5可以沿彼此滑动。
此外可以看到，相互接触的滑动面4和5形成接触面，该接触面具有最大接触直径DK。该接触直径是当前在轴向方向r上测量出的。此外可以看到，滑动面4、5在示出的径向截面中具有(圆)弧形的曲线，这些曲线以曲率半径rB标出。
对本发明来说重要的是，曲率半径rB具有中点M，其中该中点与轴线a相距偏移量b，其中偏移量b至少为曲率半径rB的5％。优选地，甚至在此处设置了至少为曲率半径rB的50％的偏移量b。在根据图1所示的实施例中，与旋转轴线的距离b大约为曲率半径rB的80％(b＝0.8*rB)。
更进一步地，如同在根据图1的实施例中的那样，所推荐的轴承的特征还在于，所述曲率半径rB至少为最大接触直径DK的150％。
与已知的解决方案不同，曲率半径的中点并不位于轴线a上，而是(远远)低于该轴线(如果出现曲率半径的中点位于轴线a上的这一已知状态，那么曲率半径rB为最大接触直径DK的50％)。在本实施例中，曲率半径rB大约为最大接触直径DK的200％至300％。
图2示出了一种变形方案，其特征在于，几何关系不同，即曲率半径rB与最大接触直径DK相比非常小。根据图2，从中点M到轴线a的偏移量b大约为曲率半径rB的600％。此外，在此处曲率半径rB为最大接触直径DK的7％至8％。
根据图3的变形方案的特征之处在于轴承圈2、3不具有对称构造的中心平面。
图4和5示出了两个变形实施方案，在这些变形实施方案中，最突出的是轴向的轴承功能。这可以根据轴线a以及径向方向r看出。此外，在此处实现了前述原理。
在图6中实现了两个相邻的滑动轴承区段，其中使用了共用的轴承内圈2以及共用的轴承外圈3。这与根据图3所示的实施例(具有共用的内圈和共用的外圈)的背靠背布置方式相似。
在根据图7的实施例中，对根据图6所述的解决方案进行补充地，将密封装置6放置在相应轴向的单侧区域中，这些密封装置6保护轴承圈的滑动接触。
附图标记表
1 滑动轴承
2 轴承内圈
3 轴承外圈
4 滑动面
5 滑动面
6 密封装置
r 径向方向
a 轴
b 偏移量(由中点M到轴线a的距离)
DK 最大接触直径
rB 曲率半径(轮廓半径)
M 曲率半径的中点

Claims (16)

1.一种滑动轴承(1)，所述滑动轴承(1)具有第一轴向端和第二轴向端，所述滑动轴承(1)包括能够围绕轴线(a)彼此相对旋转的共用的单件式轴承内圈(2)和共用的单件式轴承外圈(3)，所述共用的单件式轴承内圈(2)和所述共用的单件式轴承外圈(3)分别具有两个滑动面(4、5)，所述滑动面(4、5)可以沿彼此滑动，由相互接触的滑动面(4、5)形成的两个接触面中的每一个在所述第一轴向端和所述第二轴向端中的单独一个处具有最大接触直径(DK)，其中所述共用的单件式轴承内圈(2)在横截面中具有通过单个轴向延伸的径向表面形成的径向内表面，所述滑动面(4、5)的至少一些部分在径向截面中具有曲率半径为rB的圆弧形状，且其中所述曲率半径(rB)具有中点(M)，所述中点(M)与所述轴线(a)相距偏移量(b)，所述偏移量(b)至少为所述曲率半径(rB)的5％，其中所述曲率半径(rB)在最大接触直径(DK)的150％至600％之间，所述共用的单件式轴承内圈(2)和共用的单件式轴承外圈(3)沿着轴承的轴向长度的与所述第一轴向端和第二轴向端隔开的部分是不接触的。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述偏移量(b)至少为所述曲率半径(rB)的50％。
3.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述曲率半径(rB)在最大接触直径(DK)的200％至400％之间。
4.根据权利要求2所述的滑动轴承，其特征在于，所述曲率半径(rB)在最大接触直径(DK)的200％至400％之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中之一由旋转的机器部件形成。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中之一由轴形成。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中之一由位置固定的机器部件形成。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中之一由壳体形成。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，对于所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中的一个，至少其滑动面(4、5)由弹性材料形成。
10.根据权利要求9所述的滑动轴承，其特征在于，所述弹性材料由涂覆在所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)上的涂层形成。
11.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，对于所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中的一个，至少其滑动面(4、5)由纤维增强织物材料形成。
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和/或所述轴承外圈(3)被构造为至少两部分。
13.根据权利要求12所述的滑动轴承，其特征在于，所述两部分通过对所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)进行分割产生。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中的至少一个通过增材制造方法产生。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴承内圈(2)和轴承外圈(3)中的至少一个通过3D打印产生。
16.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动轴承，其特征在于，两个包括所述共用的单件式轴承内圈(2)和共用的单件式轴承外圈(3)的滑动轴承区域在轴向上相邻布置。
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