CN107002746B - 箔段轴承，用于调节箔段轴承的间隙几何形状的方法以及相应的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种箔段轴承，一种用于调节箔段轴承的间隙几何形状的方法和一种相应的制造方法。箔段轴承（100）包括：具有通孔（102）的轴承背衬（101），其中，轴（103）在所述通孔中能够如此被布置，使得在所述轴和所述轴承背衬之间存在间隙（S）；具有相应的内表面（104a、104b、104c）的至少一个第一和一个第二轴承段（105a、105b），所述内表面定义具有能够调节的圆周（U）的支承面（F），其中，所述轴承段（105a、105b）能够在所述轴承背衬（101）中、与所述轴（103）间隔开地被布置，使得在所述轴（103）和所述轴承段（105a、105b）之间存在间隙（S）；箔组件（107；107a、107b），该箔组件被布置于在所述轴承段的所述内表面与所述轴（103）之间的所述间隙（S）中；以及，调节机构（110），该调节机构被设置用于调节所述间隙的几何形状。

Description

箔段轴承，用于调节箔段轴承的间隙几何形状的方法以及相 应的制造方法

本发明涉及一种箔段轴承，一种用于调节箔段轴承的间隙几何形状的方法和一种相应的制造方法。

背景技术

箔轴承被使用在多种应用中，特别在高转速的应用中，例如在热涡轮机、涡轮增压器、压缩机等中。

箔轴承是滑动轴承的一种特殊类型。这是空气动力轴承，所述空气动力轴承被设计用于高转速。第一代箔轴承由所谓的覆盖箔、支撑箔和轴承背衬构成。为了改善在这个轴承背衬中的轴的稳定性，在圆周上多个、典型地三个密封-配合-片（所谓的“垫片”）分散地被插入在所述轴承背衬和所述支撑箔之间。在没有这样的密封-配合-片时，空气动力压力形成仅仅发生在轴圆周方向中的一个位置处，即那里：在那里所述轴通过外力在一定条件下贴靠在所述覆盖箔处。

图4示出用于阐述无密封-配合-片的示例性的箔轴承400的示意图。

箔轴承400具有轴承背衬101、轴103、具有覆盖箔107b和支撑箔107a的箔组件107。箔组件107被布置在间隙403中，该间隙在轴103和轴承背衬101之间。在图3中，轴103仅在横截面点处贴靠在覆盖箔107b处。由此产生在圆周方向上变窄的间隙403，在该间隙中，流体动力的或者空气动力压力能够形成。在所述箔轴承中的压力分布利用曲线401示意性地被绘制出。

在图5中，具有密封-配合-片501、503、505的另一示例性的箔轴承500被示出。

箔轴承500具有轴承背衬101、轴103、分别具有覆盖箔507b和支撑箔507a的箔组件507、507‘、507‘‘。箔组件107被布置在间隙509中，该间隙在轴103和轴承背衬101之间。为了稳定所述轴，在所述间隙中附加地布置密封-配合-片501、503、505。

在图5中能够识别出，通过密封-配合-片501、503、505在所述轴承圆周上在多个位置处产生变窄的间隙，所述间隙在轴103和覆盖箔507b之间。在这种变窄部中的每个处分别形成空气动力压力，该空气动力压力支撑所述轴并且在径向方向上定位该轴。密封-配合-片501、503、505的位置和高度确定结构的几何形状。但是，在安装箔组件507、507‘、507‘‘和密封-配合-片501、503、505之后，轴承500的几何形状不再是能够改变的，压力进程的位置和强度于是仅仅取决于运行条件（速度、介质的粘度和温度）。

US 2004/0042691 A1公开具有多个柱段状箔的箔轴承，所述柱段状箔被布置在间隙中，该间隙在轴和轴承背衬之间。在此，所述轴承背衬被销穿透，其中，下述长度能够被围绕所述轴承背衬的能够旋转的环调节：所述销以该长度从所述轴承背衬突出。

US 2003/0118257 A1示出具有多个压电执行器的箔轴承。所述箔轴承包括壳体以及用于支撑旋转轴的多个箔。所述压电执行器被设置用于调节所述轴承的刚度和阻尼系数。

发明内容

本发明创建一种箔段轴承，其包括：具有通孔的轴承背衬，其中，轴在所述通孔中能够被如此布置，使得在所述轴和所述轴承背衬之间存在间隙；具有相应的内表面的至少一个第一和一个第二轴承段，所述内表面定义具有能够调节的圆周的支承面，其中，所述轴承段能够在所述轴承背衬中、与所述轴间隔开地被布置，使得在所述轴和所述轴承段之间存在间隙；箔组件，该箔组件被布置于在所述轴承段的所述内表面与所述轴之间的所述间隙中；以及调节机构，该调节机构被设置用于通过径向定位所述轴承段来调节所述间隙的几何形状,并且所述调节机构具有弹簧和销，其中，所述弹簧通过所述销在轴向方向上是能够定位的。

本发明还创建用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法，包括下述步骤：提供上述箔段轴承；确定被支承在所述箔段轴承中的轴的待调节的和/或主导的运行状态和/或待调节的和/或主导的转速；在使用所确定的所述待调节的和/或主导的运行状态和/或所述待调节的和/或主导的转速的情况下，确定合适的间隙几何形状；以及在使用所确定的合适的间隙几何形状的情况下，定位所述调节机构。

以及本发明还创建一种上述箔段轴承的制造方法，包括下述步骤：提供所述轴承背衬；提供所述第一和第二轴承段；提供所述箔组件；提供所述调节机构；将所述第一和第二轴承段布置在所述通孔中；将所述调节机构布置在所述轴承背衬之内；借助所述调节机构连接所述第一和第二轴承段；以及将所述箔组件布置于在所述第一和第二轴承段的所述内表面与所述轴之间的间隙中。

本发明的优点

本发明所基于的构思是，通过轴承段以及调节机构可变地保持箔轴承的间隙几何形状。

因此，本发明实现了对在制造箔轴承时的制造公差的补偿，由于所述制造公差箔轴承的间隙几何形状能够变化。在此，过大的间隙不利于轴承的效率。就过小的间隙几何形状而言，能够导致在壳体处的轮子的摩擦，该摩擦伴随着涡轮机的后续停止运行。通过对所述间隙几何形状（所述间隙几何形状利用本发明被提供）的事后调整，制造公差能够被校正，并且，尤其是所述轴能够在径向方向上被定位。

因此，通过在所述轴和所述轴承之间的所述间隙几何形状的灵活的能调节性，箔轴承的支撑行为也能够灵活地被调节。

根据一种优选的改型方案，所述调节机构具有弹簧和销，其中，所述弹簧通过所述销在轴向方向上是能够定位的，并且，所述弹簧尤其具有动态的弹簧硬度。概念“动态的弹簧硬度”包括变化的弹簧硬度，所述变化的弹簧硬度是能够调节或者能够控制的。所述轴承段也通过弹跳的调节机构被后弹，使得这些轴承段能够在安装中弯曲，以便不损害所述箔。另外，通过所述轴承段的后弹，所述轴的对中几乎完全独立地进行。动态的弹簧硬度被证明是特别有利的，由于因此系统的刚性能够适配于不同的运行条件。

根据另一种优选改型方案，调节机构被分别配属于轴承段，并且，所述调节机构至少部分地被布置在所述轴承背衬中。通过精确地将调节机构配属于轴承段，所述轴承段的位置能够单独地并且在必要时不同地被调节。通过所述调节机构在所述轴承背衬中的这种布置，所述调节机构的特别灵活和容易操纵的实施方式被提供。

根据另一种优选改型方案，销分别与轴承段连接。因此，多个销能够配属于一个轴承段，然而仅一个轴承段能够配属于一个销。由此，轴承段能够特别简单、但是稳定地被保持在预先确定的位置中。

根据另一种优选改型方案，所述轴承段分别具有凹部，该凹部与所述销的头部段对应地被构造，并且，所述头部段被布置在所述凹部中。通过将销的头部段布置在轴承段的凹部中，轴承段能够被稳定地固定。

根据另一种优选改型方案，所述箔段轴承具有至少三个轴承段。由此，所述轴能够精确地、居中地、以低的装配花费和制造花费地被定向。

根据另一种优选改型方案，所述轴承段在圆周方向上通过一个角度彼此隔开。在两个相邻的轴承段棱之间的角度能够在5°和20°之间、尤其是在10°和15°之间被调节。所述角度的这种限制表述表明：在所述箔段轴承的足够的机械稳定性的情况下，所述能够调节的间隙几何形状的最大带宽。

根据另一种优选改型方案，所述箔组件具有基本上环形的第一箔和基本上环形的第二箔，其中，所述箔被紧固在轴承段上。尤其地，概念“环形的”不被理解为限于圆形的实施方式。表述“基本上环形的”应当说明：箔不必环绕整圆，而是只环绕整圆的大部分。为了预防由于温度波动导致的、所述箔的变化，第一和第二箔端部至少通过0.1mm被间隔开。然而，为了确保足够的稳定性，所述箔应当环绕至少350°的角度。通过所述两个基本上环形的箔，所述能够调节的间隙几何形状的足够的稳定性以及箔段轴承组件的足够的稳定性被保证。所述箔能够借助接合方法被紧固在轴承段上。接合方法包括黏结、螺纹接合、夹紧等。

附图说明

下面，借助参照附图的实施方式阐述本发明的其它特征和优点。

附图示出：

图1 根据本发明的实施方式的箔段轴承的示意性横断面视图，

图2 根据图1的根据本发明的实施方式的具有轴承段的调节机构的示意性立体图，

图3 根据本发明的实施方式的根据图1的箔段轴承的立体示意图，

图4 示例性的箔轴承的示意性横断面视图，

图5 示例性的箔轴承的示意性横断面视图。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记表示相同的或者功能相同的元件。

图1示出根据本发明的实施方式的箔段轴承100的示意性横断面视图。在图1中，箔段轴承100具有轴承背衬101、调节机构110、箔组件107和轴承段105a至105c。

在此，箔轴承100被轴承背衬101限定。调节机构110被布置在在轴承背衬101之内并且被构造为销113，该销被弹簧111在轴向方向上定位。弹簧111能够具有动态的弹簧硬度。调节机构110大部分被布置在轴承背衬101之内。为了将销113与轴承段连接，销113具有头部段117。视所调节的弹簧刚度而定，销的位置或多或少是刚性的。为了将销113固定在它的位置上，所述调整机构此外具有止档部115。轴承段105a至105c被布置在所述轴承背衬之内，并且具有与销113的头部段117对应的凹部119。轴承段105a至105c通过销113的头部段117与所述销连接，该头部段被插入在凹部119中。

箔组件107包括两个箔：第一箔107a和第二箔107b。在此，第一箔107a被构造为支撑箔，并且，第二箔107b被构造为覆盖箔。

在这种实施方式中，箔107a、b被柱段状地构造。然而，被指出的是：箔107a、b也能够是其它的形状，而不脱离本发明的保护范围。箔107a、b被分别紧固于在轴承段105a处的第一端部108a处。箔107a、b的第二端部108b以约20°的小的角度W与所述箔的第一端部108a隔开，并且不被紧固在轴承段处。根据本发明的箔轴承100的间隙S的宽度能够通过所述调节机构以100μm至400μm为程度变化。

图2示出根据图1的根据本发明的实施方式的具有轴承段105a的调节机构110的示意性立体图。

在图2中，调节机构110被示出，该调节机构通过弹簧111、销113和止档部115被构造，并且与轴承段105a连接。在销113的第一轴侧端部处，所述销被插入进轴承段105a中。销113具有集成的止档部114，该止档部能够利用弹簧力被加载。在销113的轴承背衬侧的端部处，另一止档部115被布置，该止档部被构造为螺母。在两个止档部114和115之间，弹簧111被夹紧，该弹簧被构造为螺旋弹簧。视止档元件115的位置而定，弹簧111施加力，该力在被装配的状态中指向轴103。弹簧力通过销113被传递至轴承段105a上，由此轴承段105a在轴向方向上被定位。

图3示出根据图1的箔段轴承的立体示意图。

虽然本发明借助优选实施例已被描述，但是却不限于此。尤其地，所提到的材料和拓扑只是示例性的并且不限于所阐述的例子。

箔段轴承的设计不限于上面所描述的实施方式，而是能够任意地适配于相应的应用。例如，调节机构的弹簧和销的数目能够适配于主导的情况。此外，箔段轴承、轴承背衬、箔组件以及轴的形状不限于所示出的柱形。

本发明能够被应用于所有的箔段轴承，所述箔段轴承的结构已经包括所谓的“凹凸箔”和所谓的“顶箔”。

Claims (11)

1.箔段轴承（100），包括：

- 具有通孔（102）的轴承背衬（101），其中，轴（103）在所述通孔中能够被如此布置，使得在所述轴和所述轴承背衬之间存在间隙（S），

- 具有相应的内表面（104a、104b）的至少一个第一和一个第二轴承段（105a、105b），所述内表面定义具有能够调节的圆周（U）的支承面（F），其中，所述轴承段（105a、105b）能够在所述轴承背衬（101）中、与所述轴（103）间隔开地被布置，使得在所述轴（103）和所述轴承段（105a、105b）之间存在间隙（S），

- 箔组件（107；107a、107b），该箔组件被布置于在所述轴承段的所述内表面与所述轴（103）之间的所述间隙（S）中，以及，

- 调节机构（110），该调节机构被设置用于通过径向定位所述轴承段来调节所述间隙（S）的几何形状,并且

所述调节机构（110）具有弹簧（111）和销（113），其中，所述弹簧（111）通过所述销（113）在轴向方向上是能够定位的。

2.根据权利要求1所述的箔段轴承（100），其中所述弹簧（111）有动态的弹簧硬度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的箔段轴承（100），其中，调节机构（110）被分别配属于轴承段（105a、105b），并且，所述调节机构（110）至少部分地被布置在所述轴承背衬（101）中。

4.根据权利要求2所述的箔段轴承（100），其中，所述销（113）分别与轴承段（105a、105b）连接。

5.根据权利要求4所述的箔段轴承（100），其中，所述轴承段（105a、105b）分别具有凹部（119），该凹部与所述销（113）的头部段（117）对应地被构造，并且，所述头部段（117）被布置在所述凹部中。

6.根据权利要求5所述的箔段轴承（100），其中，所述箔段轴承具有至少三个轴承段（105a、105b、105c）。

7.根据权利要求6所述的箔段轴承（100），其中，所述轴承段（105a、105b）在圆周方向上通过角度（W）彼此隔开，并且，在两个相邻的轴承段棱（121a、121b）之间的所述角度（W）能够在5°和20°之间被调节。

8.根据权利要求7所述的箔段轴承（100），其中，在两个相邻的轴承段棱（121a、121b）之间的所述角度（W）在10°和15°之间被调节。

9.根据权利要求7所述的箔段轴承（100），其中，所述箔组件（107）具有基本上环形的第一箔（107a）和基本上环形的第二箔（107b），并且，所述箔被分别紧固在轴承段上。

10.用于调节根据权利要求1到9中任一项所述的箔段轴承的间隙几何形状的方法，包括下述步骤：

- 提供根据前述权利要求中任一项所述的箔段轴承（100），

- 确定被支承在所述箔段轴承中的轴（103）的待调节的和/或主导的运行状态和/或待调节的和/或主导的转速，

- 在使用所确定的所述待调节的和/或主导的运行状态和/或所述待调节的和/或主导的转速的情况下，确定合适的间隙几何形状，以及

- 在使用所确定的合适的间隙几何形状的情况下，定位所述调节机构（110）。

11.用于根据权利要求1到9中任一项所述的箔段轴承（100）的制造方法，包括下述步骤：

- 提供所述轴承背衬（101），

- 提供所述第一和第二轴承段（105a、105b），

- 提供所述箔组件（107），

- 提供所述调节机构（110），

- 将所述第一和第二轴承段布置在所述通孔（102）中，

- 将所述调节机构布置在所述轴承背衬之内，

- 借助所述调节机构连接所述第一和第二轴承段，以及

- 将所述箔组件布置于在所述第一和第二轴承段的所述内表面（104a、104b）与所述轴之间的间隙（S）中。