CN107269329A - 涡轮增压器轴承流体膜表面以及方法 - Google Patents

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Abstract

轴承系统和方法可包括轴承元件，轴承元件可具有第一表面。配合元件可具有第二表面，第二表面可面向第一表面。流体膜界面可限定在第一表面与第二表面之间。配合元件可绕轴线并相对于轴承元件旋转。可将轴向方向限定与轴线平行。可将径向方向限定与轴线垂直。第一表面可具有既可在轴向方向上变化又可在径向方向上变化的轮廓。该轮廓可将存在于流体膜界面中的流体引导在一个方向上或者引导在具有圆周和/或轴向部件的方向上。

Description

涡轮增压器轴承流体膜表面以及方法
技术领域
本公开总体上涉及的领域包括用于将元件旋转的轴承系统，且尤其包括涡轮增压器中的轴承系统。
背景技术
通常，轴承以低摩擦方式支撑旋转元件，并且可在各种环境中采用。例如，涡轮增压器(诸如用于对进入内燃机的空气增压的那些涡轮增压器)可包括由涡轮机驱动的压缩机。通过公共轴可将涡轮机连接至压缩机，公共轴由轴承支撑用于旋转。轴及其连接的涡轮机以及压缩机叶轮可以按接近每分钟几十万转的速度旋转。此外，涡轮增压器可在高温排气环境下操作。
发明内容
多个变型可涉及轴承系统，轴承系统可包括轴承元件，轴承元件可具有第一表面。配合元件可具有第二表面，第二表面可面向第一表面。可将流体膜界面限定在第一表面与第二表面之间。配合元件可绕着轴线并相对于轴承元件旋转。可将轴向方向限定与轴线平行。可将径向方向限定与轴线垂直。第一表面可具有既可在轴向方向上变化又可在径向方向上变化的轮廓。该轮廓可将在流体膜界面存在的流体引导在轴向方向以及圆周方向上。
多个附加的变型可涉及一种方法，并且可包括为机器设置转子。可设置转子的磁悬浮。转子可设置有切割刀头。使用磁悬浮，可引导转子通过径向轨迹或者可以与轴向轨迹相组合。在内部圆周表面上的轴承元件的轮廓可以用切割刀头进行切割。
在本发明范围内的其它示例性变型将从本文提供的详细描述而变得清楚。应该理解，详细的说明和具体的示例虽然公开了本发明范围内的变型，但仅旨在用于说明的目的而并非旨在限定本发明的范围。
附图说明
在本发明范围内的变型的选择示例通过详细的描述和附图将更加透彻地理解，其中：
图1为根据多个变型的旋转系统的示意图。
图2为根据多个变型的旋转系统的示意图。
图3为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的示意图。
图4为沿图3中指示的线4-4、根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的横截面示意图。
图5为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的示意图。
图6为沿图5中指示的线6-6、根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的横截面示意图。
图7为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的截面透视示意图。
图8为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的截面透视示意图。
图9为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的截面透视示意图。
图10为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的截面透视示意图。
图11为根据多个变型的用于与产品一起使用的轴承系统的一部分的截面透视示意图。
图12为根据多个变型的轴承内部轮廓的二维图表，具有水平轴线上的位置角度相对于竖直轴线上的轴向位置比率。
图13为根据多个变型的制造产品的方法的示意图表。
图14为根据多个变型的切割刀头的示意图。
图15为根据多个变型的在制造产品的方法中的步骤的示意图。
图16为根据多个变型的在制造产品的方法中的步骤的示意图。
图17为根据多个变型的在制造产品的方法中的步骤的示意图。
图18为根据多个变型的在制造产品的方法中的步骤的示意图。
具体实施方式
变型的以下的描述本质上仅是说明性的，并且决不旨在限制本发明的范围、其应用或用途。
如图1所示的多个变型中，产品10可与旋转系统一起使用，为了说明的目的，旋转系统可以是与发动机一起使用的涡轮增压器系统12。涡轮增压器系统12可包括涡轮机叶轮14，当发动机运行时，涡轮机叶轮14可存在于排气的连续高速喷管中。涡轮增压器系统12可包括由轴18连接至涡轮机叶轮14的压缩机叶轮16，使得涡轮机叶轮14和压缩机叶轮16以可变旋转速度一起旋转。轴18可延伸穿过壳体20。可将轴承系统22包含在壳体20中，并且轴18可延伸穿过轴承系统22。轴18可由轴承系统22支撑以低摩擦阻力进行旋转。轴18通常可绕着轴线旋转，并且参考线指示轴向方向11。参考线11可与可指示径向方向15的参考线相交，径向方向15相对于轴线延伸90度并且围绕轴线以360度角的任意角度被引导远离轴线。
在多个变型中，诸如轴承系统22的轴承系统可在挑战性环境下以管理遇到的力的能力提供有效的、低摩擦操作。轴承系统22可以是通过通道系统23供给润滑剂的流体动力轴承系统，以阻止接触、提供阻尼和/或控制运动。轴承系统22可使用全浮动轴颈型轴承24和26，并且轴18可以是相对于轴承24和26的配合元件。可将轴承24和26包含在壳体20的孔28中，并且可设置有保持机构以保持它们的轴向位置，诸如夹环(未示出)或本领域已知的其它装置。轴承24和26可围绕轴18并可在它们的保持系统内自由地浮动，这可包括与轴18一起并在壳体20内的旋转。轴承24和26通常可以比轴18慢的速度旋转，从而使得相对旋转在它们的配合界面处发生。因此，与轴承24和26一起的还可以有两个流体动力油膜界面，可包括壳体20与轴承24和26之间的外部膜界面30以及轴承24和26与轴18之间的内部膜界面32。
在多个其它变型中，图2中所示的产品40可包括涡轮机叶轮14以及通过轴18连接的压缩机叶轮16。轴18可通过轴承系统42支撑在壳体20中。轴承系统42可以是半浮动式轴承系统。本领域已知的销44或者其它抗旋转装置可接合壳体20和轴承系统42。轴承系统42可在轴18与壳体20之间浮动，但是可通过销44限制其相对于壳体20进行旋转。轴18可相对于轴承系统42以及壳体20进行旋转。在这种情况下，半浮动轴承系统42可以是单个单元、整体单元或组装单元(包括通过中间连接部分41邻接的两个单独的半浮动轴承端部)的示例。一个半浮动端部由内部膜界面49和外部膜界面47构成，并且另一个半浮动端部由内部膜界面48和外部膜界面46构成。在其它变型中，各半浮动轴承端部在没有邻接中间部分41的情况下单独地浮动，并且各具有单独的抗旋转装置。轴承系统42可具有四个或更多个油膜界面(可包括在壳体20与轴承系统42之间的两个或更多个外部膜界面46和47，以及在轴承系统42与轴18之间的两个或更多个内部膜界面48和49)。内部膜界面48和49可以是流体动力油膜界面。外部膜界面46和47可操作为挤压膜界面用于轴承系统42与壳体20之间的阻尼。在多个变型中，产品10和40可包括如在本领域已知的推力轴承系统(未示出)，推力轴承系统可与径向轴承系统整合为一体，也可以不与径向轴承系统整合为一体。
参考图3和图4，在多个变型中示出了轴承50，其可在轴承系统22中或轴承系统42中使用，用于内部膜界面48和49。轴承50可以是大致中空圆筒形形状。轴承50可具有轴向延伸开口52，轴向延伸开口52可限定每个膜界面48和49的内部圆周表面54，并且每个都可以是另一个的变型。内部圆周表面54可围绕开口52的360度圆周从轴承的第一端部56延伸至第二端部58。轴承50可具有围绕轴承50延伸且限定外部圆周表面62的最外层周边60。外部圆周表面62可从端部56延伸至端部58并且可具有圆周油槽(在图2中示出)。轴承50可具有在内部圆周表面54与外部圆周表面62之间存在的壁64。多个开口68和69可在径向径向方向15上延伸穿过壁64从外部圆周表面62至内部圆周表面54。开口68和69可与通道系统23协作，以将润滑剂供给至内部圆周表面54以及对接轴18。
参考图5和图6，在多个变型中示出了轴承70，其可在轴承系统22中或轴承系统42中使用。轴承70可以是大致中空圆筒形形状。轴承70可具有轴向延伸开口72，轴向延伸开口72可限定内部圆周表面74。在轴承70的端部77处可以形成第一隔板76。在与轴承70的端部77相对的端部79处可以形成第二隔板78。隔板76和78可分别具有在形状上可以是圆形的、开口直径小于开口72的开口直径的轴向开口80和81，并且为了视觉清楚起见，在图6中它们的差别有所放大。内部圆周表面74可围绕开口72的360度圆周延伸，并且可从第一隔板76轴向延伸至第二隔板78。每个隔板76和78可具有相对于彼此的表面变化，并且也可具有轮廓表面。因此，轴向延伸开口72可并不一直延伸至轴承70的端部77和79。轴承70可具有围绕轴承70延伸且限定外部圆周表面84的最外层周边82。外部圆周表面84可从端部77延伸至端部79并且可具有圆周油槽(在图2中示出)。轴承50可具有在内部圆周表面74与外部圆周表面84之间存在的壁86。多个开口88可在径向方向15上延伸穿过壁86从外部圆周表面84至内部圆周表面74。(多个)开口88可与通道系统23协作，以将润滑剂供给至内部圆周表面74以及对接轴18。隔板76和78可有助于将在油膜界面处的润滑剂保持在内部圆周表面74，并且调节油流出端部77和79。
参考图7，为了看见内部圆周表面92，示出了轴承90的分割的一半。轴承90可代表轴承50和/或轴承70。轴承90可以是全浮动轴承或半浮动轴承或在内部圆周表面92处带有内部流体动力油膜界面的其它类型。壁93的内部圆周表面92可具有轮廓94(其成形为在轴承90与轴18之间的界面处提供润滑剂的引导收敛95)，并且可形成为不带可具有明显边缘的台阶。收敛可指示在带有轴18的界面处的润滑剂从内部圆周表面92的一个或多个区域到内部圆周表面92的一个或多个其它区域的移动和积聚。引导收敛可包括在一个或多个方向上(可包括轴向方向11和圆周方向96)带有流动部件的收敛。圆周方向96可以是围绕轴承90和轴18的轴线跟随内部圆周表面92的圆周的方向。在本示例中，在圆周方向96上以及轴向方向11上，引导收敛可具有部件朝向中点98沿着轴承90的轴向长度并且远离轴承90的每一个端部97和99。内部圆周表面92的轮廓94可成形为实现引导收敛。
参考图8，在多个变型中，内部圆周表面92的轮廓94可通过沿着轴承90的轴向长度选择的多个离散参考线101、102、103、104和105来显示。示出参考线101到105沿着内部圆周表面的180度从截面边缘106处的0度延伸至截面边缘108处的180度。应当理解，内部圆周表面围绕轴线延伸360度形成完整的非截面轴承90。在每个参考线101到105处的轮廓94可具有通过壁93的变化的厚度产生的变化的高度。轮廓94可具波峰109(以脊部延伸穿过点110、111、112、113和114)以及交替的波谷，其中一个波谷延伸穿过点115、116、117、118和119，且另一个波谷延伸穿过点120、121、122、123和124。例如，参考线101可跟随轮廓94穿过波谷(可以是在点120处的最低点)，在点110处跨过波峰108然后在点115处穿过另一个波谷。为了视觉清晰地显示高度上的差别，波峰点110到114以及波谷点115到119和120到124被放大。在多个变型中，波峰点110到114与波谷点115到119之间的高度上的差别可以是在4-30微米的正常范围内。围绕轴承90内部圆周的交替的波峰和波谷可以影响在轴承90与轴18之间的界面中的油膜的圆周收敛。可以以上坡的方式引导润滑剂，例如，从波谷120向上朝向波峰110用于在相对高的位置处收敛，从而围绕轴18的周边形成润滑的多个架楔，这可以减少振动和噪音，润滑剂可以提高稳定性并使较高的旋转速度成为可能。此外，沿着轴承90的长度的波峰点110到114可位于从边缘106变化的角度距离处。例如，点110可位于距离边缘106的90度的距离处。点111可位于距离边缘78度的距离处，且点112可位于距离边缘106的66度的距离处并且在沿着轴承90的轴向长度的中点98处。波峰可在点113处过渡回到78度并且在点114处过渡回到90度。因此，由波峰108限定的脊部可在轴18的旋转中前移从端部97和99朝向中点98移动。因此，可将润滑剂引导在向内方向上远离端部97和99，并且使收敛部件在轴向方向上朝向中点98。这可有助于保持润滑剂不从端部97和99泄露，并且将润滑剂保持在轴承90与轴18之间的界面中。因此，轴承90可在圆周方向和轴向方向上提供引导收敛。
在图9所示的多个变型中，为了看见轴承136和138的内部圆周表面132和134，示出了分割为一半截面的轴承组130。轴承136和138可被设置在轴18上以及壳体20中的间隔开的位置。轴承136和/或138可代表轴承50和/或轴承70。轴承136和138可以是全浮动轴承或半浮动轴承或在内部圆周表面132和134处带有内部流体动力油膜界面的其它类型。轴承136的内部圆周表面132可具有轮廓133，轮廓133成形为在轴承136与轴18之间的界面处提供润滑剂的引导收敛135。引导收敛135可包括在多个方向上(可包括轴向方向11和圆周方向137)的收敛部件。在本示例中，引导收敛可在从边缘139到边缘131的圆周方向137上具有部件。引导收敛还可在沿着远离端部140且朝向端部142的轴承136的轴向长度的轴向方向11上具有部件。内部圆周表面132的轮廓133可成形为实现引导收敛。轴承138的内部圆周表面134可具有轮廓144，轮廓144成形为在轴承138与轴18之间的界面处提供润滑剂的引导收敛145。引导收敛145可包括在两个方向上(可包括轴向方向11和圆周方向137)的收敛部件。在本示例中，可将引导收敛引导在从边缘148朝向边缘146的圆周方向137上。可将引导收敛引导在沿着远离端部150并且朝向端部152的轴承138的轴向长度的轴向方向11上。内部圆周表面134的轮廓151可成形为实现引导收敛。
参考图10，在多个变型中，内部圆周表面132的轮廓133可通过沿着轴承136的轴向长度选择的多个离散参考线161、162和163来显示。示出参考线161到163沿着内部圆周表面132的180度从截面边缘165处的0度延伸至截面边缘167处的180度。应当理解，内部圆周表面围绕轴线延伸360度形成完整的非截面轴承130。在每个参考线161到163处的轮廓133可具有通过壁139的变化的厚度产生的变化的高度。轮廓133可具有波峰168(其以脊部延伸穿过点161、162和163)以及交替的波谷，其中一个波谷延伸穿过点170、171和172，并且另一个波谷延伸穿过点173、174和175。例如，参考线161可跟随轮廓133穿过波谷(其可以是在点173处的最低点)，在点161处跨过波峰168然后在点170处穿过另一个波谷。为了在视觉清晰显示在高度上的差别，波峰点161到163以及波谷点170到172和173到175被放大。围绕轴承130内部圆周的交替的波峰和波谷可以影响在轴承130与轴18之间的界面中的油膜的圆周收敛。可以以上坡的方式引导润滑剂，例如，从波谷173向上朝向波峰161用于在相对高的位置处收敛。此外，沿着轴承130的长度的波峰点161到163可位于从边缘165变化的角度距离处。例如，点161可位于距离边缘165的80度的距离处。点162可位于距离边缘78度的距离处，并且点163可位于距离边缘165的66度的距离处。从端部176移动至端部177，波峰脊部可过渡更接近边缘165。因此，由波峰168限定的脊部可在轴18的旋转中前移从端部176移动至177。因此，可将润滑剂引导在远离端部176的向内的方向上，用于朝向端部177(其可被设置来引导至轴承136与138之间的区域179)的方向上带有轴向部件的收敛。这可有助于保持润滑剂不从相对于壳体20(其可以朝向涡轮机叶轮14)的外侧端部176处泄露。因此，轴承130可在圆周方向和轴向方向上提供带有部件的引导收敛。
在多个变型中，在轴承138中，内部圆周表面133的轮廓151可通过沿着轴承138的轴向长度选择的多个离散参考线181、182和183来显示。示出参考线181到183沿着内部圆周表面134的180度从截面边缘185处的0度延伸至截面边缘187处的180度。应当理解，内部圆周表面134围绕轴线延伸360度形成完整的非截面轴承138。在每个参考线181到183处的轮廓151可具有通过壁189的变化的厚度产生的变化的高度。轮廓151可具有波峰190(其以脊部延伸穿过点184、186和188)以及交替的波谷，其中一个波谷延伸穿过点191192和193，并且另一个波谷延伸穿过点194、195和196。例如，参考线183可跟随轮廓151穿过波谷(其可以是在点199处的最低点)，在点184处跨过波峰190然后在点191处穿过另一个波谷。为了在视觉上清晰地显示在高度上的差别，波峰点184、186和188以及波谷点191到193和194到196被放大。围绕轴承138内部圆周的交替的波峰和波谷可影响在轴承138与轴18之间的界面中的油膜的圆周收敛。可以上坡的方式引导润滑剂，例如，从波谷194到196向上朝向波峰190用于在相对高的位置处收敛。此外，沿着轴承138的长度的波峰点184、186和188可位于从边缘185变化的角度距离处。例如，点188可位于距离边缘185的80度的距离处。点186可位于距离边缘185的78度的距离处，并且点184可位于距离边缘185的66度的距离处。从端部198移动至端部199，波峰脊部可过渡更接近边缘185。因此，由波峰190限定的脊部可在轴18的旋转中前移从端部198移动至端部199。因此，可将润滑剂引导在远离端部198的向内的方向上，用于朝向端部199(其可被设置来引导至轴承136与138之间的区域179)的轴向方向上的收敛。这可有助于保持润滑剂不从相对于壳体20(其可以朝向压缩机叶轮16)的外侧端部198处泄露。因此，轴承138可在圆周方向和轴向方向上提供带有部件的引导收敛。可将轴承136和138成对与轴向收敛部件(其被引导至壳体20内部的区域179)一起使用。
在图11所示的多个变型中，截面显示了轴承200，且去除了其一部分长度。可在轴承组件22或42中使用轴承200。轴承200可具有外部圆周表面202，外部圆周表面202可面向孔28中的壳体20。轴承200可具有内部圆周表面204，内部圆周表面204可面向轴18。可将流体动力油膜界面限定在内部圆周表面204与轴18之间。内部圆周表面可在轴向方向11上从端部210处的隔板208延伸至轴承200的截面的远端处的另一隔板。在带有隔板208的接合处214可见的内部圆周表面204的轮廓212可以是平滑的过渡而不是可辨识的边缘。轮廓212可由轴承200的壁216的变化的厚度来限定。隔板208可将开口218限定在可向内面朝轴线11的圆形壁边缘220的内部。边缘220可以是远离轮廓212的最小距离206，以阻止油向外移动流过隔板208。开口218可具有围绕其圆周的圆形轮廓。可包括漏孔以及轴向油供给/排放槽(在示意说明中被省略)。轮廓212可围绕内部圆周表面204的圆周在交替的波峰221、222和223与波谷224、225和226之间起伏。根据应用的旋转速度以及轴承的大小，波峰和波谷的数量可产生变化。为了提供视觉清晰度的目的，壁216的厚度的变化被放大。在波谷225的最低点处的壁厚度230可以在4-30微米的正常范围内，这个厚度小于波峰223的最高点处的壁厚度232。轮廓212可包括从波谷到波峰的平滑斜坡类似结构，诸如从波谷226到波峰221。
在多个变型中，由波峰(诸如波峰221)从端部210向内移动产生的脊部的轮廓212顺时针移动(如从图11中观察)。更具体地说，轴18可在旋转反向236上旋转。由波峰221限定的脊部的顶部可由曲线238表示。从隔板208向内移动，曲线238远离轴向方向11并且相对于轴向方向11以锐角240顺时针移动。因此，点242将沿着轴18的外部直径在点244之前到达轴向引导线。因此，油膜可具有圆周部件用于上坡收敛，诸如在圆周方向246上从波谷224朝向波峰238，并且油膜还可具有轴向部件用于从隔板208朝向截面断裂边缘248的轴向向内方向上的收敛，从而提供引导收敛。
在图12所示的多个变型中，轴承200的轮廓212可采用图表249的形式来显示，可以理解，表示的完整的轴承包括从图11的截面图去除的部分。在平面图表249中的二维形式中示出了内部圆周表面204。图表可被描述为内部圆周表面204的图。竖直轴线250表示沿着内部圆周表面204在轴向方向11上从其一个端部到另一个端部的轴向位置的非量纲化比率，且0在一个端部，1.0在另一个端部。所以，轴向比率表示在轴向方向上沿着轴承的长度到轴承的总长度的比率的距离。实际轴承长度，或从比率0至比率1.0的距离，可在当前变化中的轴承长度L的邻域。轴承长度L可使用L/D比率来确定，其中L是轴承长度，D是轴承内部直径，并且比率L/D＝0.2∶1.5。然而，该长度可根据应用而变化。水平轴线252表示从0到360度的围绕内部圆周表面204的圆周的位置。例如，图表249分别地显示了C形类似弧形脊部以及波峰221到223和波谷224到226的凹槽特征。图表249示出了在轴线250上位于比率0.5的轴承200的中点线251处的波峰221的顶部0/360，以及在轴线252上的角度0/360，由附图标记253指定。如图所示，在远离中点线251移动时，在轴承200上波峰221在点254和256处，分别以0和1.0的位置比率，围绕内部圆周表面204，移动到图表249中的右侧大约24度。类似地，图表249示出了波谷224，其中沿着中点线251，波谷224的最低点258可位于沿着轴线252的沿着内部圆周表面204的大约60度处。沿着轴线250的0线，并且沿着轴线250的1.0比率线，波谷224的最低点可位于分别地在点260和262处的沿着内部圆周表面204的大约85度。以这种方式，内部圆周表面204的高度(距离外部圆周表面202的距离)可沿着轴线252以及沿着轴线250的轴向方向在圆周方向上变化。因此，可以提供在轴18与轴承200之间的界面处的油膜的引导收敛，由波谷226与波峰223之间的箭头显示。在多个变型中，带有单个或引导收敛的相似轮廓可设置在外部圆周表面202处或者孔中的壳体的表面上。轴18的外部圆周可形成为大致圆形，或者带有小偏心距或圆形的小偏差，在每种情况下为几个微米的范围。
参考图13，在多个变型中，制作轴承(诸如轴承24、26、50、70、90、130、200)的方法可涉及机器300，机器300可以是高速磁悬浮机器工具和主轴组件。机器300可包括转子302，转子302可包括用于与工件306(其可以是轴承)交互的镗杆304。转子302可包括带有马达叠片和转子条的节段308。转子302可包括带有磁性轴承叠片的节段309。马达绕组310(其可与节段308交互)可环绕转子302，来实现转子302的旋转。轴向轴承绕组317(其可与转子推力圆盘319交互)可环绕转子302，来沿着轴向方向314支撑转子302，并且转子302还可引导镗杆304的轴向轨迹314。径向轴承绕组316(其可与节段309交互)可环绕转子302，来支撑转子302并且来引导主轴304的径向轨迹318。传感器320(其可以是多个传感器)可监控并报告转子302的径向位置，并且传感器321(其可以是多个传感器)可监控并报告转子302在轴向方向上的轴向位置。传感器323可监控转子302的角度位置。电子控制器系统322(例如，可包括类似马达驱动的部件)、磁性轴承放大器和控制部件可控制到马达绕组310、轴向轴承绕组317、径向轴承绕组316和线性滑动件325中每个的电力。转子302的跟踪可由监控和记录来自传感器320、321和323的数据并且控制轴向轴承绕组312、径向轴承绕组316以及线性滑动件325的操作来控制，以引导相对于轴承306的轴向和径向轨线314和318。在其它变型中，马达绕组310、轴向轴承绕组317以及径向轴承绕组316的一些或全部功能可以组合成更少数量的绕组或者可以与更多数量的绕组协调地设置。线性滑动件325可由控制器部件322来控制，以将工件306的运动315与转子302的径向轨迹318和轴向轨迹314协调一致。
在电子控制器部件322的操作中，方法、算法或其部分可在计算机程序产品中实现，计算机程序产品包括在计算机可读介质上执行的指令或计算，计算机可读介质由一个或多个处理器使用来实现一个或多个方法步骤或指令。计算机程序产品可包括由在源代码、目标代码、可执行代码或其它格式中的程序指令组成的一个或多个软件程序；一个或多个固件程序；或硬件描述语言(HDL)文件；以及任何程序相关的数据。数据可包括数据结构、查询表、或任何其它合适格式的数据。程序指令可包括程序模块、例程、程序、目标、部件和/或类似物。计算机程序可在一个处理器上或相互连通的多个处理器上执行。
在多个变型中，程序可在计算机可读介质上实施，计算机可读介质可包括一个或多个存储装置、制造产品等。示例性计算机可读介质可包括计算机系统存储器，例如，RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)；半导体存储器，例如，EPROM(可擦除可编程ROM)、EEPROM(电可擦除可编程ROM)、闪存存储器；磁盘、光盘或磁带；和/或类似物。计算机可读介质还可包括计算机到计算机的连接，例如，在通过网络或者其它通信连接(可以是有线、无线或它们的组合)传输或者提供数据时。在计算机可读介质的范围内还包括上述示例的任意组合。因此应当理解，方法至少可部分地由能够执行对应于公开方法的一个或多个步骤的指令的任何电子制品和/或装置来执行。电子控制器322可实施程序，来移动主轴302、镗杆304以及轴向滑动件325，通过径向轨迹范围，并且可以与轴向轨迹结合，共同在工件306的内部圆周表面324上来切割期望的表面。可以用数据将电子控制器322编程来控制切割，以便通过在尺寸上改变主轴304的径向轨迹318和轴向轨迹314来实现图12中绘处的轮廓。
在多个变型中，镗杆304可包括切割工具330。参考图14，切割工具330可包括刀头332。刀头332可包括半径334，半径334可在0.1-1.0毫米的范围内。刀头332可包括半径336，半径336可在0.1-3.0毫米的范围内。半径334可在刀头332的终端点340处与半径336交接。在其它变型中，平坦的或成角度的表面可在终端点340处被置于半径334与半径336之间。参考图15，示出了在切割操作中，刀头332围绕轴线342旋转时切割工具330接触工件306，使得刀头332可被描述为行进到图15的视图中。刀头332可在位置342处围绕轴线342进行切割行程，且终端端部340在切割区域344接触工件306，从而沿着工件306的圆周和轴向长度进行切割。参考图16，刀头332可在位置346处进行后续的切割行程，且终端端部340在区域350处接触工件306。在切割工具330沿着工件306前进时，区域350可将348与区域342重叠，以提供期望的轮廓。参考图17，在刀头332在诸如位置342或者346处进行切割行程时，终端端部340可以间歇方式从工件306分离，以便提供铣削型切割。铣削型切割有利于热能管理和切削形成，在轮廓212形成之后有利于添加扇形特征。在多个其它变型中，在切割期间终端端部340可保持与工件306接触，从而可提供镗削型切割动作。在多个其它变型中，通过控制轴向轨迹314和径向轨迹318，可引导切割工具330在工件306上的多个位置处提供铣削型和镗削型切割动作的组合。在图18中所示的多个其它变型中，从工件306的端部示出了切割工具330，并且切割动作被引导在顺时针方向352。可引导刀头332通过轴向轨迹314和径向轨迹318，以在354处以前缘角度或者在356处以后缘角度接触工件306。可选择角度354或者356而不是相对于工件306的垂直取向，以使切割性能最佳化。由于转子302上的动态和静态力，基于其反应动作，角度354或者356可使切割工具330和转子302跟随其优选取向。在多个变型中，可用过渡不连续性来实现期望的轮廓，诸如从波峰到波谷，过渡不连续性可通过协调径向轨迹318与轴向轨迹314来控制。在绕组316和317作为致动器操作期间，通过绕组316和317的跟踪控制来控制切割刀头332，以操纵转子302。在多个变型中，结合转子302的径向与轴向控制，工件306可由线性滑动件325朝向转子302来供给。
通过上述变型，提供了轴承和制造带有引导收敛的轴承的方法。变体的描述仅是为了说明认为是在本发明范围内的部件、元件、动作、产品和方法，决不是旨在限制特意公开的或未明确提出的此类范围。本文所描述的部件、元件、动作、产品和方法可以组合且可以重新布置，而不是按照如本文的明确描述的那样，而且仍视为在本发明的范围之内。
变型1可涉及包括轴承元件的轴承系统，轴承元件可具有第一表面。配合元件可具有第二表面，第二表面可面向第一表面。可将流体膜界面限定在第一表面与第二表面之间。配合元件可绕着轴线并相对于轴承元件旋转。可将轴向方向限定与轴线平行。可将圆周方向限定环绕于轴线。第一表面可具有既可在轴向方向上变化又可在径向方向上变化的轮廓。该轮廓可将存在在流体膜界面处的流体引导在轴向方向和圆周方向上。
变型2可包括根据变型1的轴承系统，其中轮廓可具有平滑不带边缘台阶的形状，不包括可与轮廓相交的任何其它特征，例如，但不限于，诸如油入口孔和/或油供给槽的特征。
变型3可包括根据变型1或变型2的轴承系统，其中第一表面可以是轴承的内部圆周表面。轮廓可包括多个波谷(其可限定沿着第一表面的凹槽)，并且可包括多个波峰(其可限定沿着第一表面的脊部)。凹槽和脊部可围绕内部圆周表面交替。
变型4可包括根据变型3的轴承系统，其中轴承元件可包括第一端部并且可包括在轴向方向上从第一端部间隔开的相对的第二端部。凹槽和波谷中的每个可从第一端部延伸至第二端部。
变型5可包括根据变型3的轴承系统，其中轴承元件可包括第一端部并且可包括在轴向方向上从第一端部间隔开的相对的第二端部。可以将第一隔板限定在第一端部处，并且将第二隔板限定在第二端部处。第一隔板和第二隔板中的每个可在径向方向上向内延伸比内部圆周表面更远。凹槽和波谷中的每个可从第一隔板延伸至第二隔板。
变型6可包括根据变型3的轴承系统，其中凹槽和波谷中的每个可从第一端部延伸至第二端部。轴承可成形为中空圆筒形，并且可在该中空圆筒形内部限定开口区域。内部圆周表面可面向开口区域。内部圆周表面可围绕开口区域延伸360度。在限定轴向位置(诸如沿着轴线的轴承的中点)处的每个脊部可围绕内部圆周表面从各自脊部上的所有的点偏置，所述点可位于从中点向外朝向第一端部或第二端部的位置。
变型7可包括根据变型3的轴承系统，其中凹槽和波谷中的每个可从第一端部延伸至第二端部。轴承可成形为中空圆筒形，并且可在该中空圆筒形内部限定开口区域。内部圆周表面可面向开口区域。内部圆周表面可围绕开口区域延伸360度。在其第一端部处的每个脊部可围绕内部圆周表面从各自的脊部上的所有的点偏置，所述点可位于从第一端部朝向第二端部的位置。
变型8可涉及根据变型3的制造轴承系统的方法，并且可包括提供带有转子的机器。可以设置转子的磁悬浮。转子可设置有切割刀头。使用磁悬浮可引导转子至少通过径向或轴向轨迹中的一个。在内部圆周表面上的轴承元件的轮廓可用切割刀头进行切割。
变型9可包括根据变型8的方法，并且可包括设置切割刀头半径，以使得切割刀头包括终端端部，终端端部在切割区域可接触轴承。
变型10可包括根据变型8的方法，并且可包括将切割刀头定向一个垂直于或者不垂直于内部圆周表面的角度。
变型11可包括根据变型8的方法，并且可包括在切割轮廓时，用切割刀头间歇性地接触内部圆周表面。
变型12可涉及轴承系统，轴承系统可包括采用带有开口中心的中空圆筒形形状的轴承元件。轴承元件的圆筒形壁可限定内部圆周表面面向开口中心。轴可延伸穿过开口中心并且可绕着轴线且相对于轴承元件旋转。可将径向方向限定与轴线垂直。可将流体膜界面限定在内部圆周表面与轴之间。在流体膜界面中可存在流体。内部圆周表面可具有轮廓，在径向方向上该轮廓可成形为带有第一变型，且在轴向方向上该轮廓可成形为带有第二变型。在轴相对于轴承元件旋转时，在轴向方向或者径向方向中的至少一个上，流体的引导收敛可设有一个或多个部件。
变型13可包括根据变型12的轴承系统，其中内部圆周表面可具有完全环绕轴线延伸的圆周。轮廓可包括多个波谷(其可沿着内部圆周表面限定凹槽)并且可限定多个波峰(其沿着内部圆周表面限定脊部)。凹槽和脊部可交替围绕内部圆周表面的圆周。
变型14可包括根据变型13的轴承系统，其中每个脊部可在轴向方向上，以曲线形状的弧形或者以线性取向延伸。
变型15可包括根据变型12的轴承系统，其中内部圆周表面可在轴向方向以及径向方向上变化。从每个波谷到相邻波峰可形成平滑斜坡类似结构。收敛的圆周和轴向部件可以在从波谷到波峰的上坡方向上。
在本发明范围内的选择性变型的以上描述在本质上仅是说明性的，因此并不将它们的变型或变体视为背离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种轴承系统，其包括：具有第一表面的轴承元件，具有面向所述第一表面的第二表面的配合元件，其中流体膜界面限定在所述第一表面和所述第二表面之间，所述配合元件可绕着轴线并相对于所述轴承元件旋转，其中，限定轴向方向平行于所述轴线，其中限定圆周方向围绕所述轴线，其中所述第一表面具有既在所述轴向方向上变化又在所述径向方向上变化的轮廓，所述轮廓将在所述流体膜界面中存在的流体引导在所述轴向方向以及所述圆周方向上。
2.根据权利要求1所述的轴承系统，其中所述轮廓具有平滑且没有边缘台阶的形状，不包括与所述轮廓相交的任何特征。
3.根据权利要求1所述的轴承系统，其中所述第一表面为所述轴承的内部圆周表面，其中所述轮廓包括沿着所述第一表面限定凹槽的多个波谷，以及沿着所述第一表面限定脊部的多个波峰，其中所述凹槽和脊部交替围绕所述内部圆周表面。
4.根据权利要求3所述的轴承系统，其中所述轴承元件包括第一端部和在所述轴向方向与所述第一端部间隔开的相对的第二端部，其中所述凹槽和波谷中的每个从所述第一端部延伸至所述第二端部。
5.根据权利要求3所述的轴承系统，其中所述轴承元件包括第一端部和在所述轴向方向与所述第一端部间隔开的相对的第二端部，其中限定第一隔板在所述第一端部，且限定第二隔板在所述第二端部，所述第一隔板和所述第二隔板中的每个在所述径向方向上向内延伸等于或者远于所述内部圆周表面，其中所述凹槽和波谷中的每个从所述第一隔板延伸至所述第二隔板。
6.根据权利要求3所述的轴承系统，其中所述凹槽和波谷中的每个从第一端部延伸至第二端部，并且其中所述轴承元件成形为在所述中空圆筒形内部限定开口区域的中空圆筒形，且所述内部圆周表面面向所述开口区域，其中所述内部圆周表面围绕所述开口区域延伸360度，其中沿着所述轴线在所述轴承的限定的轴向位置的每个所述脊部围绕所述内部圆周表面从所述各自脊部上的所有的点偏置，所述点位于从所述中点向外朝向所述第一端部或第二端部的位置。
7.根据权利要求3所述的轴承系统，其中所述凹槽和波谷中的每个从第一端部延伸至第二端部，并且其中所述轴承元件成形为在所述中空圆筒形内部限定开口区域的中空圆筒形，且所述内部圆周表面面向所述开口区域，其中所述内部圆周表面围绕所述开口区域延伸360度，其中在其第一端部的每个所述脊部围绕所述内部圆周表面从所述各自脊部上的所有的点偏置，所述点位于从所述第一端部朝向所述第二端部的位置。
8.一种制造根据权利要求3所述的轴承系统的方法，其包括以下步骤：为机器设置转子；设置所述转子的磁悬浮；为所述转子设置切割刀头；使用所述磁悬浮来引导所述转子至少通过径向或轴向轨迹中的一个；使用所述切割刀头在所述内部圆周表面中切割所述轮廓。
9.根据权利要求8所述的方法，其包括为所述切割刀头设置半径，以使得所述切割刀头包括在切割区域接触所述轴承的终端端部。
10.根据权利要求8所述的方法，其包括将所述切割刀头定向在一个角度，所述角度或者垂直于或者不垂直于所述内部圆周表面。
11.根据权利要求8所述的方法，其包括在切割所述轮廓时，用所述切割刀头间歇性地接触所述内部圆周表面。
12.一种轴承系统，其包括采用中空圆筒形形状带有开口中心的轴承元件，且圆筒形壁限定内部圆周表面面向所述开口中心；通过所述开口中心并且绕着轴线且相对于所述轴承元件旋转的轴，其中在所述轴相对于所述轴承元件旋转时，限定径向方向垂直于所述轴线，其中流体膜界面限定在所述内部圆周表面与所述轴之间，且在所述流体膜界面中具有流体，所述内部圆周表面具有轮廓，所述轮廓成形为在所述径向方向上带有第一变化并且在所述轴向方向上带有第二变化，以提供所述流体的引导收敛，且至少在所述轴向方向或所述径向方向中的一个上带有一个或多个部件。
13.根据权利要求12所述的轴承系统，其中所述内部圆周表面具有完全延伸的圆周；围绕所述轴线，其中所述轮廓包括沿着所述内部圆周表面限定凹槽的多个波谷以及沿着所述内部圆周表面限定脊部的多个波峰，并且其中所述凹槽和脊部交替围绕所述内部圆周表面的圆周。
14.根据权利要求13所述的轴承系统，其中所述每个脊部以曲线形状的弧形或者线性取向在所述轴向方向上延伸。
15.根据权利要求12所述的轴承系统，其中所述内部圆周表面在所述轴向和径向方向变化，从每个波谷到相邻波峰形成平滑斜坡类似结构，其中所述引导收敛的所述圆周和轴向部件从所述波谷到所述波峰处在上坡方向上。
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