CN106536951A - 用于涡轮增压器的球轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮增压器的角接触球轴承，所述角接触球轴承具有外环和保持架，沿着所述保持架的环周设置有滚动体槽，并且保持架引导面在端侧伸展，所述保持架引导面与在外环的内环周上的面形成滑动面对。滑动面对又在其朝向滚动体槽的端部上形成过渡区域，使得——在保持架和外环的轴向平行的位置中——在形成滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续增长。间距递增的目的在于减小易磨损性。

Description

用于涡轮增压器的球轴承

技术领域

本发明涉及一种用于支撑和引导涡轮增压器的转子轴的角接触球轴承。球轴承包含作为滚动体的滚珠以及外环和必要时的内环，在所述外环和必要时的内环上分别形成滚道。滚珠在外环和内环之间在滚道上滚动并且借助于保持架与在其环周上分布的滚动体槽彼此间隔开。保持架能够在滚动体上被引导或者在环中的一个上被引导；在涡轮增压器中，引导通常在外环上进行，但是在内环上的引导也是可能的。涡轮增压器的特定的运行条件对支承装置的设计提出特殊的要求。转子轴以下述转速转动，所述转速由于其绝对高度和其波动将高的负荷引导到轴承中。涡轮增压器以持续变化的转速运行，所述转速的峰值能够直至每分钟300000转。此外，尤其在涡轮附近存在高的工作温度，所述工作温度作用于润滑剂和所使用的材料。类似的工作条件也适用于支承用于压缩机的和所谓的复式涡轮的转子轴。

背景技术

从DE 10 2009 021 641 A1中已知一种用于涡轮增压器的滚动轴承，所述滚动轴承包含外环、内环以及保持架，在所述保持架上形成滚动体槽，以引导滚动体。保持架由唯一的、径向地设置在外环和内环之间的环部件构成，所述环部件分别具有与外环的内面平行的保持架引导面——保持架此外不对称地构成为，使得环部件形成两个沿着下述平面设置的轴向的环部段，所述平面穿过滚动体的中点并垂直于滚动体的转动轴线，其中保持架引导面构成在轴向更宽的环部段上。在保持架引导面和内径之间设有用于减振的油膜，通过将至少一个径向凹部设置在保持架引导面的区域中促进了所述油膜的构成。

在滚动轴承的特定的、彼此接触的元件之间能够引起相对运动，使得——由于其接触——结构的摩擦是固有的。然而，由于在可相对运动的元件之间的不按计划的进而非生产性的接触导致的摩擦能够引起不必要地高的磨损，所述磨损降低支承装置的功能性和使用寿命。对于涡轮增压器而言就是因为出现损坏而面临整个设备的失效和提前的更换。出于所述原因，在极端的运行条件下也对球轴承的磨损性能提出高的要求。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于涡轮增压器的在磨损性能方面优化的角接触球轴承。

所述目的的解决方案从独立权利要求的特征部分中得到，而本发明的有利的改进方案和设计方案可从从属权利要求中得出。因此，根据本发明的用于涡轮增压器的角接触球轴承包括外环和保持架，沿着所述保持架的环周设置有滚动体槽，并且保持架引导面沿着所述保持架的一个端部伸展，所述保持架引导面连同在外环的内环周上的面形成滑动面对，其中滑动面对在其朝向滚动体槽的端部上形成过渡区域，使得——在保持架和外环的轴向平行的位置中——在形成滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续地增长(间距递增)。

球轴承的磨损特性主要由所支承的涡轮增压器的运行条件影响。力沿轴向和径向方向作用于支承装置，其中沿着环周的合力在数值上和在方向上都不是恒定的。磨损的类型和程度因此能够直接归因于该特殊的负荷情况。

根据本发明的认知，能够通过下述方式考虑特殊的负荷情况：通过可相对运动的元件的根据本发明的构造避免其非生产性的接触——因此不对涡轮增压器本身的运行条件施加任何影响，但是可能对其效果产生影响：具有可沿着环周变化的合成力的特定的负荷情况引起可沿着环周变化的工作压力角。从中又引起滚动体的向前和向后运动，所述滚动体在极端情况下将力导入到保持架中——这与在接触部位上的摩擦和损耗相关。向前和向后运动在存在高的转速系数(Dm×n)时还会增强。

保持架首先从其同轴的位置偏转到径向方向中，由此在外环和保持架引导面之间，所要求的润滑膜的构成受到干扰。这面临在保持架和外环之间的直接接触，所述保持架和外环相对于彼此运动。保持架由于其径向偏转而支撑在外环的保持架引导面上，其中在力的作用点和支撑点之间形成杠杆臂。保持架倾斜。由于倾斜造成不必要高的摩擦，因为引导面在该情况下不相互平行地伸展。这面临在保持架和环边缘之间的接触，所述环边缘在滚动轨道和引导面之间的过渡部上伸展。此外，只要在保持架上的接触线被用于滚动体槽的孔中断，就能够出现固态角接触

在任何情况下都引起过度的磨损，所述磨损能够降低轴承的功能性和使用寿命——对整体设备的使用寿命产生负面影响。本发明对磨损特性具有正面影响：通过下述方式减小由于倾斜而造成的对磨损的负面效果，即滑动面对在其朝向滚动体槽的端部上形成过渡区域，使得——在保持架和外环的轴向平行的位置中——在形成滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续地增长(间距递增)。

一个有利的实施方式在于下述角接触球轴承，其中间距递增借助于外径变化的保持架来实现，其中在滑动面对的区域中的外径比在过渡区域中的更大。所述实施方式的优点在于，保持架的轮廓能够借助于切削加工法、例如通过车削制成。以所述方式能够实现不同的、适合于避免不必要的磨损的轮廓的大的范围。

在另一个设计方案中，过渡区域在背离形成滑动面对的区域的端部上过渡到出口区域中，其中出口区域构成为，使得保持架的外径减小到其最小值。以所述方式实现的要求保护的实施方式在另一个设计方案中借助于双半径来实现。在过渡区域中，以所述方式实现轮廓的凸形的伸展，相反地在出口区域中是凹形的伸展。

一个有利的实施方式在于下述角接触球轴承，其中在出口区域上，在背离过渡区域的端部上连接有具有最小的外径的区域，所述具有最小的外径的区域由具有较大的外径的区域包围。该实施方式的优点在于，优化了可由保持架吸收的力：尽管由于保持架直径的减小造成间距递增，但在滚动体槽的区域中提供足够强地构成的环周壁——因此保持架的构造能够匹配于特殊的负荷情况，由此能够节约材料成本。

另一个有利的实施方式涉及一种角接触球轴承，其中间距递增借助于内径变化的外环来实现，其中在滑动面对的区域中的内径比在过渡区域中的更小。因此，间距递增不仅能够通过保持架外环周上的构造来实现，而且也通过外环的内环周上的相应的构造来实现。

在一个有利的改进方案中，在外环的内径上的形成过渡区域的面切向地从形成滑动面对的组成部分的面中产生和/或切向地通入形成滚道的面中。借助于所提出的构造，能够在面部段之间实现无棱边的过渡。

另一个有利的实施方式提出一种角接触球轴承，其中滑动面对在其背离滚动体槽的端部上形成端部区域，使得——在保持架和外环的轴向平行的位置中——在形成滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续地增长(第二间距递增)。在一个有利的改进方案中，过渡区域直接过渡到端部区域中。因此，在外环上的形成滑动面对的一部分的整个面球形地构成。在一个改进方案中，过渡区域能够直接过渡到端部区域中。

在一个有利的改进方案中，角接触球轴承的滚珠能够由沿着保持架环周设置的滚动体槽容纳并且在外环的内环周上沿着滚道被引导，其中间距递增的起始点的轴向位置选择成，使得在任何运行状态下，在保持架和外环之间的接触点与滚道的区域和/或滚动体槽的区域间隔开。该实施方式以有利的方式避免可相对于彼此相对运动的构件之间的角接触。

在另一个可与全部在上文中提到的特征组合的实施方式中，滚动体槽朝向第一轴向端部的方向偏心地偏移设置，并且在第二轴向端部上露出扩大的保持架引导面，其中扩大的保持架引导面设置在保持架的外环周上，并且在外环的内环周上引导保持架。以有利的方式，实现相对大的引导面并且同时优化由保持架沿轴向方向占据的结构空间。

在一个可与全部在上文中提到的特征组合的改进方案中，滚珠在内部的和外部的滚道上被引导，其中内部的滚道设置在内环的或转子轴的外环周上。滚动轨道集成到转子轴的构造中能够实现轴承装置和要支承的轴的最佳的匹配。然而替选地，呈轴承套筒的形式的轴承装置也是可行的，其中内环能够是两件式的。

所提出的角接触球轴承的另一个可与全部在上文中提到的特征组合的实施方式提出，角接触球轴承是涡轮增压器的两排角接触球轴承，其中两排角接触球轴承以O形布置的方式引导涡轮增压器的转子轴。所提出的轴承装置以有利的方式实现对如下转子轴的支承，所述转子轴用于涡轮增压器、复式涡轮或具有快速转动的轴的类似的应用。快速转动的轴通常达到每分钟最大300000转的数值，在批量使用时通常达到每分钟大约150000转。

此外，所述目的通过一种用于涡轮增压器的角接触球轴承来实现，所述角接触球轴承具有：内部的和外部的滚道，作为滚动体的滚珠在所述内部的和外部的滚道中被引导；和保持架，沿着所述保持架的环周设置有滚动体槽，并且保持架引导面沿着所述保持架的内环周在端侧伸展，所述保持架引导面与在包含内部的滚道的内环的或转子轴的外环周上的面形成滑动面对，其特征在于，滑动面对在其背离滚动体槽的端部上形成端部区域，使得——在保持架和外环的轴向平行的位置中——在形成滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续地增长(间距递增)。本发明以有利的方式避免在保持架和内环或转子轴之间的角接触，所述角接触能够由于保持架的倾斜而出现。以类似的方式，在上文中提到的实施方式能够转用于在内环上被引导的保持架。

附图说明

现在根据实施例详细阐述本发明，其中参考附图。阐述的实施方式的功能相同的元件用相同的附图标记表示。

图1示出根据现有技术的涡轮增压器的轴承套筒的纵剖面；

图2至5示出第一实施例的剖面图；

图6至9示出第二实施例的剖面图；

图10至13示出第三实施例的剖面图；

图14至17示出第四实施例的剖面图；

图18至21示出第五实施例的剖面图；

图22至25示出第六实施例的剖面图。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的没有进一步示出的涡轮增压器的轴承套筒1的纵剖面。转子轴2承载轴承装置的内环3，所述内环两件式地构成。内环3的轮廓在其外环周上形成内部的滚道4和凹槽5，所述凹槽用于油分配。油输送经由流入孔6进行，所述流入孔位于轴承装置的——一件式地构成的——外环7上。

在外环7的内环周上存在外部的滚道8，所述外部的滚道连同内部的滚道4一起容纳作为滚动体的滚珠9。外环和内环3、7的轮廓连同其凸肩10形成角接触球轴承，所述角接触球轴承的压力线在示出的轴承装置中指向外(O形布置)。

滚珠9借助于保持架11彼此间隔开。保持架11在轴承凸肩10的区域中具有保持架引导面12，所述保持架引导面连同在外环7的内环周上的相配合的面13共同形成滑动面对14。用于容纳滚珠9的滚动体槽16朝第一轴向端部17的方向偏心地偏移设置，使得在第二轴向端部15上露出扩大的保持架引导面12。

在图2至5中示出第一实施例。图2示出轴承装置的局部，所述轴承装置具有外环7、内环3、作为滚动体的滚珠9和保持架11。保持架引导面12在保持架11上在端侧伸展，所述保持架引导面连同在外环7的内环周上的面13形成滑动面对14。滑动面对14又如在图4中图解说明的那样在其朝向滚动体槽16的端部上形成过渡区域18，使得——在保持架11和外环7的所示出的轴向平行的位置中——在形成滑动面对14的面12、13之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续增长。在示出的实施例中，间距递增借助于外径变化的保持架11来实现，其中在滑动面对14的区域中的外径比在过渡区域18中的更大。

过渡区域18在背离形成滑动面对14的区域的端部上过渡到出口区域19中。出口区域19构造成，使得保持架11的外径减小到其最小值。在进一步的走向上保持该最小值。轴向位置以及直径过渡构成为，使得保持架引导面12与外环的接触部相对于滚动轨道边缘是间隔开的。理想地，在保持架11上的接触点也与槽穿口间隔开。图3和5示出相同的实施例的第二剖面。

图6至9示出第二实施例。保持架11的轮廓在其在图6中的外环周上基本上示出与在前面的第一实施例中相同的轮廓。然而，在出口区域19上在背离过渡区域18的端部上连接有具有最小的外径的区域20，所述具有最小的外径的区域由具有较大的外径的区域18、19、21包围。如在图8中详细地示出的那样，区域20形成环绕的凹槽20。因此，保持架11的减小的外径的区域20局限于外环7的滚动轨道边缘的区域。因此，宽度选择成，使得在保持架11的所有在运行中出现的轴向位置中，关于滚珠组9由于倾斜不与外环边缘接触，并且接触点在保持架11上位于保持架槽穿口的对面。图7和9示出相同的实施例的第二剖面。

图10至13示出第三实施例，所述第三实施例图解说明借助于外环7上的内环周的轮廓实现间距递增。因此，外环7的内径在滑动面对14的区域中与在过渡区域18中相比更小。在外环7的内径上的形成过渡区域18的面切向地从形成滑动面对14的组成部分的面中产生，如在图12中详细示出的那样。因此，示出切向地至保持架引导面12为止的半径22，所述半径以自由的角度与滚道8相交。虚线示出的直线23图解说明保持架11的外环周的位置，所述位置由于倾斜而出现。图11和13示出相同的实施例的第二剖面。

在图14至17中示出第四实施例。如在前面的实施例中那样实现间距递增，然而，半径24选择成，使得在保持架11和保持架引导面12之间的接触点明显与用于滚动体槽16的凹部间隔开。在保持架引导面12的背离滚道8的一侧上，在外环7上引入第二半径25。

图18至21示出第五实施例。在图20中，在细节图中可见，经由共同的保持架引导面12在外环7的内环周上设置有连续的半径26。图18示出轴承的整体视图，在图19和21中的第二剖面的视图作为补充。图22至25示出具有外环7的第六实施方式，所述外环在过渡区域中具有椭圆形的轮廓27。

附图标记列表：

1 轴承套筒

2 转子轴

3 内环

4 内部的滚道

5 凹槽

6 供油孔，流入孔

7 外环

8 外部的滚道

9 滚珠

10 凸肩

11 保持架

12 保持架引导面

13 外环的内环周上的面

14 滑动面对

15 第二轴向端部

16 滚动体槽

17 第一轴向端部

18 过渡区域

19 出口区域

20 凹槽，区域

21 具有变大的直径的区域

22 半径

23 直线

24 半径

25 半径

26 连续的半径

27 椭圆形的轮廓

Claims (10)

1.一种用于涡轮增压器的角接触球轴承，所述角接触球轴承具有外环和保持架，沿着所述保持架的环周设置有滚动体槽，并且保持架引导面沿着所述保持架的一个端部伸展，所述保持架引导面与在外环的内环周上的面形成滑动面对，

其特征在于，

所述滑动面对在其朝向所述滚动体槽的端部上形成过渡区域，使得——在所述保持架和所述外环的轴向平行的位置中——在形成所述滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续增长(间距递增)。

2.根据权利要求1所述的角接触球轴承，

其特征在于，

所述间距递增借助于外径变化的保持架来实现，其中在所述滑动面对的区域中的外径比在所述过渡区域中的更大。

3.根据权利要求2所述的角接触球轴承，

其特征在于，

所述过渡区域在背离形成所述滑动面对的区域的端部上过渡到出口区域中，其中所述出口区域构成为，使得所述保持架的外径减小到其最小值。

4.根据权利要求2或3所述的角接触球轴承，

其中在所述出口区域上，在背离所述过渡区域的端部上连接有具有最小的外径的区域，所述具有最小的外径的区域由具有较大的外径的区域包围。

5.根据权利要求1所述的角接触球轴承，

其特征在于，

所述间距递增借助于内径变化的外环来实现，其中在所述滑动面对的区域中的内径比在所述过渡区域中的更小。

6.根据权利要求5所述的角接触球轴承，

其中在所述外环的内径上的形成所述过渡区域的面切向地从形成所述滑动面对的组成部分的面中产生，和/或切向地通入形成所述滚道的面中。

7.根据上述权利要求中任一项所述的角接触球轴承，

其中所述滑动面对在其背离所述滚动体槽的端部上形成端部区域，使得——在所述保持架和所述外环的轴向平行的位置中——在形成所述滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续地增大(第二间距递增)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的角接触球轴承，

其特征在于，滚珠由沿着保持架环周设置的所述滚动体槽容纳，并且在所述外环的内环周上沿着滚道被引导，其中所述间距递增的起始点的轴向位置选择成，使得在任何运行状态中，在保持架和外环之间的接触点与所述滚道的区域和/或所述滚动体槽的区域间隔开。

9.根据上述权利要求中任一项所述的角接触球轴承，

其中所述面在所述过渡区域中的轮廓由切削加工法产生。

10.一种用于涡轮增压器的角接触球轴承，所述角接触球轴承具有：外部的滚道和内部的滚道，作为滚动体的滚珠在所述内部的滚道和所述外部的滚道中被引导；和保持架，沿着所述保持架的环周设置有滚动体槽，并且保持架引导面沿着所述保持架的内环周在端侧伸展，所述保持架引导面与在内环的或转子轴的外环周上的面形成滑动面对，所述内环或转子轴包含内部的滚道，

其特征在于，

所述滑动面对在其背离所述滚动体槽的端部上形成端部区域，使得——在所述保持架和所述外环的轴向平行的位置中——在形成所述滑动面对的面之间的间距单调上升地变大，其中该升高连续地增长(间距递增)。