CN110832214B - 支撑装置、具有支撑装置的组件和用于构造具有支撑装置的组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于接收用于支承轴(1)的两个轴承(12,14)的支撑装置(10)，具有支撑装置的第一元件(31)，所述第一元件具有用于第一轴承的第一轴承接收部(50)，并且具有支撑装置的第二元件(32)，所述第二元件具有用于接收第二轴承的第二轴承接收部(52)，其中，在所述两个元件(31,32)之间构成至少一个相对于纵轴线(2)以倾斜角度(alpha)布置的第一接触区域(43)和相对于纵轴线以直角布置的第二接触区域(48)，其中，所述两个元件可以彼此固定，并且，在所述两个元件处于固定状态时在所述元件之间在第一接触区域中形成弹性预紧力。

Description

支撑装置、具有支撑装置的组件和用于构造具有支撑装置的 组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于接收两个用于支承轴的轴承的支撑装置。此外，本发明涉及一种具有本发明的支撑装置的组件以及用于构造这种组件的方法。
背景技术
快速运转的机器(在此例如意味着压缩装置，其中轴的转速可以大于100000转每分钟)对用于轴的支承的径向轴承的同心布置提出了高要求。此外，这种快速旋转的轴典型地通过空气动力学轴承或空气静力学轴承支承，即在轴和径向轴承之间的轴承间隙中使用气体、如空气作为轴承介质或润滑介质。为了实现其功能，这种径向轴承的特点还在于，在径向轴承和轴之间形成非常小的轴承间隙，所述轴承间隙典型地小于20μm。因此，径向轴承相对彼此的同心布置或对准的所述必要性尤其直接由径向轴承和待支承的轴之间的小的轴承间隙得出。
通常，在(共同的)支撑装置或壳体的区域中使用径向轴承。此外，支撑装置或壳体也用于接收其它构件，所述构件例如与轴的驱动有关。因此，例如通常在壳体内布置有用于驱动轴的电动机的组成部分。因为这些组成部分不是在装配的任意时间点都可以布置在壳体中或支撑装置上，所以此外需要，暂时再拆卸承载径向轴承的支撑装置，并且随后、例如在将构件装配到壳体中之后再组装。在此，问题是径向轴承或用于接收径向轴承的相应接收部的同心布置。这是由于，接收部或径向轴承在还未将所有构件布置在支撑装置的区域中的状态下必须彼此对准仍。这导致，随后必须再拆卸支撑装置，以便可以将构件装配在支撑装置上。在再次组装支撑装置时，典型地由于支撑装置的构件的几何形状构造而出现对准误差，因为在支撑装置的构件的再次组装时用于径向轴承的相应接收部或径向轴承本身不再彼此准确对齐地布置。
发明内容
根据本发明的用于接收两个轴承、尤其两个用于可旋转地支承轴的径向轴承的支撑装置具有的优点是，在拆卸由至少两个元件组成的支撑装置并且随后再组装所述支撑装置的至少两个元件之后，用于轴承的接收部或轴承本身布置在与拆卸支撑装置之前相同的位置中，即彼此对准地布置。
为此，根据本发明设置，在支撑装置的两个可彼此连接的元件之间设置至少一个相对于两个轴承接收部或轴承的纵轴线以倾斜角度布置的第一接触区域和对于纵轴线以直角相布置的第二接触区域，其中，支撑装置的两个元件可以彼此固定，并且，在固定状态下两个元件沿垂直于第一接触区域延伸的方向布置在弹性预紧力下。已经表明，通过这样组合支撑装置的至少两个元件之间的两个相互成角度地布置的接触区域，结合至少两个元件在弹性预紧力下的定位，可以实现关于用于接收轴承的接收部或轴承即使在拆卸支撑装置并且随后再组装之后也足够精确的同轴心度。
在说明书中列举了用于接收用于支承轴的两个轴承的本发明支撑装置的有利扩展方案。
在结构上优选的构型中设置，支撑装置的第一元件罐形或套筒形地构造并且第二元件盘形地构造，并且，两个接触区域通过在元件上构造的各两个径向环绕纵轴线的接触面形成。
此外，为了构造特别紧凑构型的两个元件，有利的是，沿纵轴线的方向观察，支撑装置的两个元件上的两个接触区域彼此衔接。由此，尤其在盘形第二元件的情况下可以实现第二元件的特别小的轴向结构长度，因为在两个接触区域之间在第二元件上不需要增大结构长度的中间区域。
此外，特别优选的是，支撑装置的两个元件形成具有封闭的内室的壳体。这种壳体尤其具有的优点是，构件可以被保护免受周围环境影响地布置在其中。
此外，本发明涉及一种用于支承轴的组件，具有上述根据发明的支撑装置以及具有两个布置在所述元件的接收部中的轴承。
在所述组件的优选构型中，两个轴承构造为空气动力学径向轴承或空气静力学径向轴承。使用这种径向轴承尤其具有的优点是，通过根据本发明构造的支撑装置可以实现径向轴承的尤其良好的同心布置，使得在径向轴承和待支承的轴之间可以特别简单地实现空气动力学径向轴承或空气静力学径向轴承所需的相对较小的轴承间隙。
此外有利地设置，前所述组件是具有电驱动装置的机器、尤其压缩装置的组成部分，并且，支撑装置的第一元件构造为用于接收电机的构件。
此外，本发明也包括一种用于构造至此所述的组件的方法，其中，所述方法的特点至少在于以下步骤：
-提供支撑装置的两个元件并且必要时提供布置在元件的轴承接收部中的轴承，
-轴向地接合或连接支撑装置的两个元件，其中，两个元件在第一接触区域中布置在径向弹性预紧力下，
-在所述两个元件处于接合的状态中时，尤其机械地加工用于所述两个轴承的所述两个轴承接收部或加工所述轴承中的用于所述接收轴的内孔，使得所述两个轴承接收部或所述两个内孔相对于纵轴线对准地布置。
为了可以实现支撑装置的两个元件的限定的轴向或弹性预紧力，在当前所述的制造方法的有利构型中设置，在加工元件中的接收部或轴承中的内孔之前，在中间步骤中在第一接触区域中进行支撑装置的两个元件的加工，其中，在第二接触区域中件两个元件之间的轴向距离调整到希望尺寸。在此，该希望尺寸是在将两个元件轴向接合或预紧时用于支撑装置的元件的弹性变形的尺寸。
此外，在制造方法的另一变型方案中设置，在加工用于两个轴承的两个轴承接收部或轴承中的内孔之后，将支撑装置的两个元件彼此分离，以便装配布置在支撑装置的第一元件(壳体)的区域中的构件，并且随后再将支撑装置的两个元件接合。这种方法可以实现，在一个时间点将构件布置在支撑装置或壳体中，其中随后不需要对壳体或支撑装置的内室进行机械加工，使得避免在内室中由粉尘、碎屑等引起的污染。
附图说明
由下面对优选实施例的说明以及借助附图得出本发明进一步的优点、特征和细节。
附图示出：
图1压缩装置的大大简化的纵截面图，
图2图1的局部的放大图，用于阐述在制造或加工壳体时的中间步骤和
图3用于描述用于构造支撑装置的制造步骤的流程图。
在附图中，相同的元件或具有相同功能的元件设置有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中大大简化地示出用于压缩气体的压缩装置100。压缩装置100具有至少一个压缩机级110，在轴1的端侧端部区域上与轴1抗扭转地连接。轴1在支撑装置10的区域中围绕旋转轴线2受径向支承，其中，旋转轴线2同时形成纵轴线。例如两个布置在支撑装置10的区域中的径向轴承12、14用于该目的。此外，轴1在轴向方向上、即在该轴的旋转轴线2的方向上借助同样布置在支撑装置10的区域中的、呈轴向轴承16形式的轴承装置受支承。
借助电动机20进行轴1的驱动，所述电动机也纯示例性地而非限制性地具有布置在轴1上的磁性元件22，所述磁性元件与位置固定地布置在支撑装置10上的定子23共同作用。支撑装置构造以闭合的壳体24的形式构成。优选，两个径向轴承12、14和轴向轴承16都构造为空气动力学轴承或空气静力学轴承，也就是说，轴1在径向轴承12、14和轴向轴承16的区域中的支承借助气体、尤其借助空气进行，所述气体在径向轴承12或14与轴1的外圆周之间的轴承间隙26中或者在轴向轴承16的轴承间隙28的区域中被供应。该供应对于本发明不是主要的，因此以未示出的方式进行。
壳体24包括基本上构造为罐形或杯形的第一元件31和基本上构造为盘形的第二元件32。两个元件31、32例如借助多个沿围绕轴1的旋转轴线的周向方向以均匀的角间距相对彼此布置的、呈固定螺钉34形式的固定元件相互固定并且可拆卸地连接。支撑装置10的至此描述的壳体24形成闭合的内室36，在该内室中布置有压缩装置100的构件，例如电动机20的构件。
借助图1可以看出，第一元件31在朝向第二元件32的一侧上在径向环绕的内壁的区域中具有以相对于旋转轴线2的倾斜角度α布置的第一接触面41。因此，第一接触面41形成锥形面。第一接触面41与在第二元件32上构成的、相同的第二接触面42共同作用。两个接触面41、42共同形成支撑装置10或者说壳体24的两个元件31、32之间的第一接触区域43。
此外，借助图1可以看出，第一元件31的朝向第二元件32的端面构成第三接触面44，该接触面相对于轴1的旋转轴线2成直角地延伸。环形的第三接触面44与第二元件32上的对应地相同的第四接触面45共同作用。两个接触面44、45构成壳体24或者说支撑装置10的两个元件31、33之间的第二接触区域48。沿旋转轴线2的方向观察，第一元件31上的接触面41、44和第二元件32上的接触面42、45优选至少近似直接地彼此衔接。
在支撑装置10的装配状态下，由于第一接触区域43上的两个接触面41、42的尺寸公差，第一元件31至少在第一接触区域41的区域中在径向上弹性地向外扩张或者说被加载以弹性预紧力V。
通过在构造或者说制造壳体24或支撑装置10期间加工第一接触区域43上的接触面41、42来调整第一接触区域43中的接触面41、42以及第二接触区域48中的两个接触面44、45的贴靠。为此首先参考图2。在该图中看出，在预装配步骤中第一接触区域43的两个接触面41、42中的至少一个仍未最终加工或者说还具有尺寸余量，在该预装配步骤中在第三接触面44和第四接触面45之间形成距离a1。如果现在想对两个元件31、32彼此相抵地加载以相应的轴向力，使得距离a1为零，则会在第一元件31中产生过高的径向压应力。因此，为了在第一接触区域43中在两个元件31、32之间达到限定的弹性预紧力，需要将距离a1减小到距离a2，该距离这样大：使得当两个接触面44、45在第一元件31的区域中贴靠时产生希望的径向扩张或者说弹性预紧力。
对于支撑装置10的主要装配阶段或者说制造阶段，现在参考图3的流程图：在该图中可以看出，在第一步骤201中进行两个元件31、32沿旋转轴线2方向的上述轴向接合，用于感测两个接触面44、45之间的距离a1。随后，在第二步骤202中进行元件31、32上的第一和/或第二接触面41、42的最终加工，以便调整距离a2。随后，在第三步骤203中再次接合两个元件31、32或者说借助固定螺钉34将它们这样彼此连接，使得构成两个接触区域43、48，也就是说，所有接触面41、42、44和45彼此贴靠。在该状态下，现在使构造在两个元件31、32中的用于接收径向轴承12、14的轴承接收部50、52通过一个加工过程、尤其通过一个磨削过程彼此同轴心地对准。当径向轴承12、14由结构方式决定或者由于其制造而已经具有小的公差时，对轴承接收部50、52进行的相应加工总是有意义的。如果不是这种情况，则相对地设置为，径向轴承12、14已经布置在轴承接收部50、52并且径向轴承12、14的内孔54、56通过一个加工步骤(尤其磨削)彼此同轴心地对准。
在对轴承接收部50、52或内孔54、56进行加工的状态下，尤其电动机20的组成部分仍未装配到壳体24的内室36中。
在构造轴承接收部50、52或在径向轴承12、14上的内孔54、56之后，随后将壳体24的两个元件31、32在第四步骤204中再彼此分离，以便布置位于壳体24中的构件、例如定子23。
随后可以在步骤205中装配元件31、32以及轴1，其中，通过接触区域43、48的根据本发明的构型，在重新组装两个元件31、32时，轴承接收部50、52或径向轴承12的内孔54、56以高的精度彼此对准地布置。
可以以多种方式修改或更改当前所述的支撑装置10，而不偏离发明思路。因此，尤其也可以考虑，第一和/或第二元件31、32不是如所描述的那样分别一体地或单体地构造，而是分别由多个构件组成。在此重要的是，在这种情况下两个元件31、32的相应构件在加工接收孔50、52或内孔54、56之后不再必须彼此分离，而元件31、32的分离当然是可以的。此外，当前所述的支撑装置10不应局限于用作压缩装置。替代地，代替用于轴承接收部50、52或内孔54、56的机械加工方法，也可以根据应用情况而定设置热的、电的或电化学的加工方法。
不发明不应局限于轴承接收部50、52或用于径向轴承12、14的内孔54、56的加工。而是也可以考虑将本发明构思转用到组合的径向/轴向轴承或轴向轴承上。最后，替代空气动力学轴承或空气静力学轴承，也可以使用传动的滚动轴承或类似轴承。

Claims (13)

1.用于接收用于支承轴(1)的两个轴承(12,14)的支撑装置(10)，所述支撑装置具有所述支撑装置(10)的第一元件(31)，所述第一元件具有用于第一轴承(12)的第一轴承接收部(50)，所述支撑装置具有所述支撑装置(10)的第二元件(32)，所述第二元件具有用于接收第二轴承(14)的第二轴承接收部(52)，其中，在所述两个元件(31,32)之间构成至少一个相对于纵轴线(2)以倾斜角度(α)布置的第一接触区域(43)和相对于纵轴线(2)以直角布置的第二接触区域(48)，其中，所述两个元件(31,32)能够彼此固定，并且，在所述两个元件(31,32)处于固定状态时在所述元件(31,32)之间在第一接触区域(43)中形成弹性预紧力(V)。
2.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述第一元件(31)罐形或套筒形地构造并且所述第二元件(32)盘形地构造，并且，所述两个接触区域(43,48)通过在所述元件(31,32)上构成的各两个围绕所述纵轴线(2)径向环绕的接触面(41,42,44,45)形成。
3.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，沿所述纵轴线(2)的方向观察，所述两个元件(31,32)上的所述两个接触区域(43,48)彼此衔接。
4.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述两个元件(31,32)形成具有闭合的内室(36)的壳体(24)。
5.用于支承轴(1)的组件，所述组件具有根据权利要求1至4之一构造的支撑装置(10)以及具有两个布置在所述元件(31,32)的所述轴承接收部(50,52)中的轴承(12,14)。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述两个轴承(12,14)构造为空气动力学轴承或空气静力学轴承(12,14)。
7.根据权利要求5或6所述的组件，其特征在于，所述两个轴承(12,14)构造为径向轴承。
8.根据权利要求5或6所述的组件，其特征在于，所述组件是具有电驱动装置(20)的机器的组成部分，并且，所述第一元件(31)构造为用于接收所述电驱动装置(20)的构件。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述组件是压缩装置(100)的组成部分。
10.用于构造根据权利要求5至9之一所述的组件的方法，所述方法至少包括以下步骤：
-提供所述支撑装置(10)的所述两个元件(31,32)并且提供布置在所述元件(31,32)的所述轴承接收部(50,52)中的轴承(12,14)，
-沿纵轴线(2)的方向轴向地接合并且连接所述支撑装置(10)的所述两个元件(31,32)，其中，所述两个元件(31,32)在所述第一接触区域(43)中被加载以径向的、弹性的预紧力(V)，
-在所述两个元件(31,32)处于接合的状态中时，加工用于所述两个轴承(12,14)的所述两个轴承接收部(50,52)或加工所述轴承(12,14)中的用于接收所述轴(1)的内孔(54,56)，使得所述两个轴承接收部(50,52)或所述两个内孔(54,56)相对于纵轴线(2)对准地布置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在加工所述元件(31,32)中的所述轴承接收部(50,52)或所述轴承(12,14)中的所述内孔(54,56)之前，在中间步骤中对所述两个元件(31,32)中的至少一个在第一接触区域(43)中进行加工，其中，在第二接触区域(48)中调整所述两个元件(31,32)之间的轴向距离(a2)，以产生所述预紧力(V)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在加工用于所述两个轴承(12,14)的所述两个轴承接收部(50,52)或所述轴承(12,14)中的所述内孔(54,56)之后，将所述两个元件(31,32)彼此分离，以便装配布置在所述第一元件(31)的区域中的构件，随后再将所述两个元件(31,32)接合。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述加工机械地实施。
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