CN1102694C - 高速运行转子用的轴承支承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速运行转子用的轴承支承装置，其为只有一个部分构成的，并由一个与该壳体(2)相连的外凸缘(11)，一万向支架(12)及一内装有轴承(3)的套筒(13)构成；在该万向支架(12)与该套筒(13)之间及该万向支架(12)与该凸缘(11)之间都设有一环形槽(14，15)；该万向支架(12)由两个内部的和两个外部的将该环形槽隔断的桥形接片(16，17)与该套筒(13)相连；环形间隙(25)设于该套筒(13)和壳体(2)之间并相对该万向支架(12)轴向地错开；该外凸缘(11)和壳体(2)上都设有至少一个与该轴承(3)同心并相互对应的对中表面。

Description

高速运行转子用的轴承支承装置
本发明涉及用于径流式和轴流式高速运行转子的轴承支承装置，特别是用于支承涡轮增压器轴的轴承支承装置，其构成于至少一个设有一支承凸缘的轴承和该个，即用于该轴承部件的径向支承装置之间。
在高速运行的转子上，例如涡轮增压器轴上，作用有较大的轴向和径向力，该力由相对应的结构及布置的轴向或径向轴承承受。此外，为了无故障运行必须对转子的径向摆动及偶然的倾斜进行补偿。
德国专利文献DE-OS2628828公开了一种用于旋转的机械部件，尤其是用于涡轮增压器轴的支承装置，在该支承装置中，涡轮增压器的压气机侧上的轴向力借助于两个串联设置的球轴承承受。该球轴承的径向和轴向支承装置每个都是通过将各阻尼片捆束在一起而构成的。借助于该阻尼束的这种布置，该转轴可轻巧地装载于该轴承中。
然而，这一方案提供的是一种非线性弹性特性曲线，即所获得的是一种难以确定的弹簧/阻尼特性。因此，在确定的工作条件时，该轴承力不允许太高。此外，在该轴作径向运动时，在该轴向的阻尼片束中会产生一种不希望的损耗。上述缺点可导致该轴承结构的寿命减少。
欧洲专利EP-B1-0143950公开了另一种用于带串联滚动轴承的废气涡轮增压器的支承装置。在该方案中，借助于多个沿该轴承圆周布置的圆柱形弹簧棒可获得一种线性弹簧特性曲线。此外，该支承装置设有两个单独的阻尼系统，该两阻尼系统的每一个都对径向摆动形成一阻尼。因此，该第一阻尼系统构造用作带有一相应的环形间隙的储油阻尼器。该第二阻尼系统是一个带有一设置于该滚动轴承外承圈的外端面上的阻尼环的及一在此与之相连的盘形弹簧的摩擦阻尼装置。
借助于该方案，不但该滚动轴承的外承圈与支承凸缘的接触表面存在损耗，而且更主要的是该盘形弹簧与该阻尼环的接触位置存在损耗，因为转子的轴向力主要是在此处传递给该轴承支承装置的。因此径向方向的阻尼已不再能保证是足够的了，这可能导致轴承负荷增加，甚至增加到使该涡轮增压器损坏之程度。此外，该支承装置由许多部件构成，该些部件都必需精确地制造。因此这在一方面导致了相当高的制造成本。而在另一方面在装配该支承装置时又很费时间。
两种方案都存在共同的缺点，即它们或者是不能消除或者只能极有限地补偿轴的倾斜。
本发明试图克服所有这些缺点，其任务在于：提供一种用于高速运行的转子的改进型支承装置，借助于该支承装置，该轴承装置之寿命得到提高，而且其制造成本与装配时间都得到降低。
本发明的高速运行转子用轴承支承装置设置于一壳体中，并且至少一个轴承径向地对着该壳体支承着，此时在该壳体和该轴承支承装置之间设有一个与一供油通道相连并用作储油阻尼器的环形间隙，该支承装置由一个与壳体相连的外凸缘，一万向支架及一个内部的，即装纳该轴承的套筒一体式构成。不但在该万向支架和该外凸缘之间，而且在该万向支架和该套筒之间都设置有一环形槽。该万向支架通过两个内部的及两个外部的将各个的该环形槽隔断的桥形接片与该套筒或该外凸缘相连。该储油阻尼器的环形间隙构成于该套筒和壳体之间，并且相对该万向支架轴向错开地布置。在该外凸缘及该壳体的每个上设置一对中表面。该对中表面相互对应并相对所说的一个或多个轴承同心地设置。
本发明的主要优点在于，该支承装置是只有一个部分构造成的。因此，在单个元件之间不存在摩擦，所以该支承装置是完全无损耗的。此外，该支承装置及各自的万向支架具有一线性弹性特征曲线，即一精确限定的刚度。因此，以此类推可允许预先设定所产生的支承力，以致该支承装置可满足相应的要求。借此提高该支承装置的寿命。由于该支承装置只有一个部分组成，故其制造成本和装配用时都大大地降低了。
当转子转动时，所有作用于该支承装置上的力最终都通过该支承装置传递给壳体。该支承装置的必要的径向及角向可缩性借助于该万向支架实现。但起决定作用的是：该万向支架在轴向负荷作用可产生一径向运动，而在该支承装置的不同元件之间不会产生摩擦。因此该外凸缘与该壳体紧固地连接起来并借助于该对中表面进行相应的对中。最终，借助于本发明所设置的储油阻尼器可保障获得一无损耗的阻尼。
如果内桥形接片相互错开大约180°而外桥形接片相对该内桥形接片每个都相互错开90°设置，这是特别适合的。因此，该万向支架具有极好的径向向伸缩性并极小的刚性。因此，在相应的负荷下，该万向支架可允许在径向产生最大之变形，而不丧失其弹性。
更进一步的优点在于：该套筒由一个通过该桥形接片与该万向支架或外凸缘相连的第一套筒件和一个沿其自身轴向延伸的第二套筒件构成，此时，该环形间隙设置于该第二套筒件和壳体之间。因此，其环形间隙必须布置于一摆动件和一静止件之间的储油阻尼器可以用相当简单的方式实现。
该万向支架在其整个圆周范围之厚度是相等的。因此可保证制造上非常简单，同时具有良好的效果。此外，作为替换，在该桥形接片区域内，该万向支架的厚度可加大。根据这一方式，可允许对在该区域内产生的压力进行优化。
在本发明的第一实施方式中，轴承径向地设置于该储油阻尼器下方，但在第二实施方式中，轴承直接设置于万向支架下方。利用该两种变型可产生不同的安装可能性。如果阻尼力比弹性力大，此时主要应采用第一实施方式。相比之下，当力之分布相反时采用第二实施方式。
用于向该储油阻尼器输送润滑油的供油通道由一压力油接口及一连接孔构成，该接口和连接孔两者均设置于该壳体内。这一方案特别适合用于具有足够的结构空间的装配情况，此时较有利的是不必需要附加的孔及密封。当径向空间不够，即该壳体不能使用时，可将该连接孔设置于壳体中而将该压力油接口设于外凸缘中。
最后，该外凸缘是与该壳体可方便地拆卸地连接的。因此，使得更换一个或多个轴承所必要的工作时间进一步缩短。
附图中，借助于用于废气涡轮增压器的并按串联布置设置的轴向/径向轴承的压气机侧轴承支承装置示出了本发明的两个实施例，其中：
图1表示在该轴承支承区域的废气涡轮增压器的局部纵剖视图；
图2表示对应于图1之轴承支承之缩小正视图；
图3表示相应于图2之图，其中表示稍稍作了一点改变之形式；
图4表示相应于图1之图，但该图表示一第二实施例。
为了便于了解本发明，这里只示出了本发明的主要元件，但该废气涡轮增压器的压气机及涡轮没被本发明的装置体现出。
废气涡轮增压器主要由一带有一压气机叶轮、一涡轮及一共同的轴1之转子，以及一压气机壳体，一涡壳和在压气机侧或涡轮侧每侧作为支承壳体形成的壳体2构成。轴1之轴承设置于压气机侧，具有两个串联布置的由球轴承构成的轴向/径向轴承3，该轴承3每个都由一外承圈4，一保持架5，一内承圈6及一定数量的滚珠7构成。
该两球轴承3借助于一螺母8固定在该轴1上，并压靠在一轴环9上。在支承壳体2和球轴承3之间设置一分段轴承支承装置10。该轴承支承装置10由一个与该轴承壳体2相连的外凸缘11，一万向支架12及一内部装载有该球轴承3的套筒13构成。因此，不仅在该万向支架12与该外凸缘11之间而且在该万向支架12与该套筒13之间每个都设有一环槽14，15(图1)。该万向支架12通过两个内部的及两个外部的将环形槽14，15隔断的桥形接片16、17与该套筒13或外凸缘11相连。此时该万向支架12的两内桥形接片16相互错大约180°，而两外桥形接片17相对该内桥形接片16错开大约90°布置。
该万向支架12沿其圆周方向是等厚的，并且环形槽14、15之槽宽(图2)为常数。另外，在桥形接片16，17之区域内的万向支架的厚度可加大，从而在该区域的环形槽14、15之槽宽可减少(图3)。该环形槽14，15之实施可根据制造要求设计为常数(用虚线画出的)，或者可在该桥形接片16，17之区域加大(未示出)。
不但在该轴承支承装置10的支承壳体2中而且在其外凸缘11中都设置有在装配状态彼此对应的螺孔18或固定孔19。该轴承支承装置10借助于在其外凸缘11区域内多个内装有螺钉20的孔18，19固定于该支承壳体2上并通过一圆柱形装配装置21进行对中。因此每个装配装置21在该外凸缘11和该支承壳体2上都设有一对中表面22，23。该两对中表面22，23相对该球轴承3的外表面24是同心设置的(图1)。
在该套筒13和支承壳体2之间并与该万向支架12错开地设置一由环状间隙构成的储油阻尼器25。此时该套筒13由一个通过该桥形接片16，17与该万向支架12或外凸缘11相连的第一套筒件26和一沿自身轴向延伸的第二套筒件27构成，从而在该第二套筒件27和该支承壳体2之间形成该环形间隙25。在该支承壳体2中设有一由压力油接口28，一连接孔29及一环形通道30构成的供油通道31，此时该环形通道30设置于该环形间隙25的轴向外部区域内。后者与该环形通道30相连并且在两端由一活塞环32与外界密封。
由该环形间隙25的尺寸，即其宽度和高度可获得该轴承支承装置10所具有的阻尼性能。当然，该压力油接口28也可设置于该轴承支承装置10的外凸缘11中。该环形间隙25与外界保持的密封也可只用一个活塞环32取得。不言而喻，作为替换方案，采用O形环密封也是合适的。
相应于具体工作条件，所用的轴承3的种类和/或数量是不同的。例如该部件可由唯一的一个或由三个轴承3支承，此时该轴承可设计为简单的球轴承或滚动轴承，但也可为滑动轴承。此外一个这样的轴承支承件10也可借助该轴1的未示出的涡轮侧的支承装置而安装。
在本发明的第一实施例中，球轴承3径向设置于该储油阻尼器25之下。因此该第二套筒件27径向地设置于该支承壳体2和球轴承3之间。该第二套筒件的内直径比第一套筒件26的稍小一点，并在涡轮侧端区域内接纳一内螺纹33。该第一套筒件26具有一轴向凸肩34，球轴承3由一个与该第二套筒件27拧紧的螺母35压靠在该轴向凸肩34上。因此，在该轴承支承装置10和该球轴承3之间形成一合理的连接，该连接使该两者之间不会存在相对移动。
在该废气涡轮增压器工作时，所产生的轴向力36合理地从轴环9作用于该球轴承3上并从该球轴承3处通过凸肩34作用于套筒13上。由于该轴承支承装置10是分段结构的，因此轴向力36可通过万向支架12、桥形接片16、17及外凸缘11完全无损耗地传递给支承壳体2。此时该万向支架12构造得在轴向可能是最坚挺的，即带有一足够的长度37，所以该万向支架12可承受该废气涡轮增压器工作时所产生的轴向力36而不产生值得注意的变形。原则上讲，由于该外凸缘11，万向支架12及套筒13的第一套筒件26的长度37都增加，则可使该轴承支承装置10的轴向刚度增加，并且可增加对轴向力36的承受力。因该轴1的倾斜所产生的径向力38可按该轴向力36类似的方式承受。
因此，首先有可能的是，该四个每个相互错开大约90°的桥形接片16，17可形成该万向支架12足够的径向可缩性。至于倾斜，是因为该万向支架12最有可能是软的，即在径向方向构成得相当薄。因此通过弹性扭转及扭曲该万向支架12可弥补该轴1的不同角位置。此外，该万向支架12具有一准确地限定的径向线性刚度，从而获得该支承的理想弹簧阻尼特性。利用一个在该桥形接片16，17之区域内加厚的万向支架12与一具有等厚度的万向支架12所可能产生的压力相比可更好地减少在该区域内所产生的压力。
借助于例如将润滑油从与该废气涡轮增压器相连的内燃机中经一未示出的油泵泵出，流过该压力油接口28，连接孔29及环形槽30而将润滑油供给该储油阻尼器25。最后，该润滑油均匀地分布于该圆周上。所以该环形间隙25供应有足够的压力润滑油。该环形间隙25两端是用活塞环32密封的。这样，为了获得阻尼而消耗的润滑油量可保持很少，因此相比较地，其冷却作用就是很小的。与之相反，如只在一侧对该环形间隙25进行密封，则将成10倍地提高该润滑油之消耗量，但可获得更好的冷却效果。该储油阻尼器25和该球轴承3分别供给润滑油。自然地，该储油阻尼器25的润滑油供给也可与一传统的未示出的且该球轴承3自有的或外加的润滑油结合起来进行。
在本发明的第二实施例中，该轴承3相对第一实施例是如此错开的，即该轴承3直接设置于该万向支架12之下方。因此存在另一种可能的安装，该种可能性可借助相应的条件得以应用。
                       零部件清单1    轴；2    壳体，支承壳体；3    轴承，轴向/径向轴承，球轴承；4    外承圈；5    保持架；6    内承圈；7    滚珠；8    螺母；9    轴环；10   轴承支承装置；11   轴承支承装置10的外凸缘；12   轴承支承装置10的万向支架；13   轴承支承装置10的套筒；14   环形槽；15   环形槽；16   内桥形接片；17   外桥形接片；18   壳体2的螺孔；19   外凸缘11的固定孔；20   螺钉；21   圆柱形装配装置；22   外凸缘11的对中表面；23   壳体2的对中表面；24   轴承3的外表面；25   储油阻尼器(Quetschoeldaemper)，环形间隙；26   第一套筒件；27   第二套筒件；28   压力油接口；29   连接孔；30   环形通道；31   供油通道；32   活塞环；33   第二套筒27的内螺纹；34   第一套筒件26的凸肩；35   第二套筒27的螺母；36   轴向力；37   万向支架12的长度；38   径向力

Claims (10)

1、高速运行转子用轴承支承装置，尤其是用于支承涡轮增压器轴的轴承支承装置，该装置设置于一壳体(2)中，并且至少一个轴承(3)径向地对着该壳体(2)支承着，此时在该壳体(2)和该轴承支承装置(10)之间设有一个与一供油通道(31)相连并用作储油阻尼器的环形间隙(25)，其特征在于，
a)该轴承支承装置(10)是一体式构成的，
b)该轴承支承装置(10)由一个与该壳体(2)相连的外凸缘(11)，一个万向支架(12)及一个内装有轴承(3)的套筒(13)构成；
c)不但在该万向支架(12)和该外凸缘(11)之间，而且在该万向支架(12)与该套筒(13)之间都设有一环形槽(14，15)：
d)该万向支架(12)借助于两个内部的及两个外部的将各自的该环形槽(14，15)隔断的桥形接片(16，17)与该套筒(13)或该外凸缘(11)相连；
e)环形间隙(25)构成于该套筒(13)和该壳体(2)之间，并相对该万向支架(12)轴向地错开地设置；
f)不但在该外凸缘(11)上，而且在壳体(2)上每个至少设有一个与所说的一个或多个轴承(3)同心的并相互对应的对中表面(22，23)。
2、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：该内桥形接片(16)相互错开大约180°，而该外桥形接片(17)相对该内桥形接片(16)每个错开大约90°。
3、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：该套筒(13)由一个通过该桥形接片(16，17)与该万向支架(12)或外凸缘(11)相连的第一套筒件(26)和一个沿其自身轴向延伸的第二套筒件(27)构成，此时该环形间隙(25)构成于该第二套筒件(27)和该壳体(2)之间。
4、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：该万向支架(12)在其整个圆周上是设置成等厚度的。
5、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：该万向支架(12)在其桥形接片(16，17)的区域内是设置成径向加厚的。
6、如权利要求4或5所述支承装置，其特征在于：所说一个或多个轴承(3)径向地设置于该万向支架(12)的下方。
7、如权利要求4或5所述支承装置，其特征在于：所说一个或多个轴承(3)径向地设置于该储油阻尼器(25)下方。
8、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：为该环形间隙(25)输送润滑油的供油通道(31)设置于壳体(2)中并由一压力油接口(28)，一连接孔(29)及一环形通道(30)构成。
9、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：为该环形间隙(25)输送润滑油的供油通道(31)由一压力油接口(28)，一连接孔(29)及一环形通道(30)构成，此时该压力油接口(28)设置于该外凸缘(11)中，而该连接孔(29)及环形通道(30)设置于该壳体(2)中。
10、如权利要求1所述支承装置，其特征在于：该外凸缘(11)与该壳体(2)是可拆卸地连接的。
CN97109640A 1996-04-04 1997-04-04 高速运行转子用的轴承支承装置 Expired - Lifetime CN1102694C (zh)

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