CN110914560A - 调整轴承间隙的特定部分中的润滑剂性能的润滑滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承装置(10)，包括相对彼此可运动的第一表面(12)和第二表面(14)，其中第一表面和第二表面(12，14)由填充有润滑剂的轴承间隙(16)隔开，该润滑剂是磁流变液体或电流变液体或具有随温度变化的粘度的润滑剂、或者具有可控滑移速度的润滑剂。轴承装置(10)进一步包括第一表面或第二表面(12，14)中的一个或多个供应入口(18)以及嵌入在第一表面或第二表面(12，14)中的一个或多个激励器(20)，并且激励器被构造成在至少一个障碍区(22)中局部增加润滑剂的粘度或局部降低润滑剂的滑移速度，从而阻止润滑剂在障碍区(22)中流动。轴承间隙(16)包括其中不阻止润滑剂的流动的至少一个非障碍区(24)，其中润滑剂的流动路径始于至少一个供应入口(18)，沿着至少一个非障碍区(24)延伸，穿过障碍区(22)，并终止于轴承间隙端(26)。第一表面和第二表面(12，14)没有表面造型，并且是光滑且连续的。至少一个障碍区(22)阻止润滑剂经由轴承间隙端(26)流出轴承间隙。具有增加的粘度或降低的滑移速度的润滑剂用作流动路径的障碍，并且独自或与其他障碍区(22)中的粘度增加或滑移速度降低的润滑剂相配合阻止润滑剂流出轴承间隙端(26)。

Description

调整轴承间隙的特定部分中的润滑剂性能的润滑滑动轴承

技术领域

本发明涉及一种具有润滑剂的轴承装置，该润滑剂是电流变的或磁流变的或者具有随温度变化的粘度，并且包括用于局部增加润滑剂的粘度的一个或多个激励器。本发明还涉及一种具有润滑剂的轴承装置，该润滑剂具有能够利用电场控制的滑移速度，并且包括用于局部降低润滑剂的滑移速度的一个或多个(电)激励器。

背景技术

存在许多不同的具有润滑剂的轴承装置。这些轴承装置广泛用在包括船舶、发电机、诸如汽车的其他车辆和其他机械的机械中。

轴承装置可分为静压、动压或动静压混合。这些中的每种均具有特定的优点和缺点。注意，在本文的上下文中，术语“轴承装置”旨在限于没有诸如球轴承滚子元件的轴承装置。换句话说，轴承装置的静止部件与轴承装置的运动部件之间的载荷通过润滑剂传递。

静压轴承装置的优点在于，在使用中，无论运动部件是否运动，静止部件与运动部件之间永不会有任何接触。静压轴承装置的缺点在于，静压轴承装置需要通过外部增压源连续供应润滑剂。如果该增压源发生故障，则轴承中的润滑剂的压力消失。部件可能发生接触，并因此轴承可能会损坏或磨损。

静压轴承装置的另一个缺点在于，为了改进性能，需要将轴承间隙的端部处的表面间隔地更接近在一起，以捕获并保持较高的静压。这通常利用轴块和轴瓦的形式的所谓“表面造型”来实现。这种表面造型需要非常精密的加工，以实现期望的表面光洁度。此外，由于需要非常精密的加工，在运动部件和固定部件彼此接触的情况下，表面造型也易受磨损。

动压轴承装置的优点在于，其不需要表面造型。静止和运动部件的表面可以是完全光滑的，这更易于制造。另一个优点在于，动压轴承装置不需要润滑剂的增压供应。这降低了故障的风险。

动压轴承的缺点在于，工作取决于动压力的形成。仅当可运动部件相对于静止部件运动时才形成该压力。当可运动部件不运动或运动得太慢时，可运动部件与静止部件之间发生物理接触，导致部件的摩擦和磨损。这在部件的相对速度低时尤其在机器的启动或减速期间发生。换句话说，动压轴承需要具有足够的速度来工作。

注意，动压轴承装置通常也具有润滑剂源，以防止轴承装置变空。然而，对于动压轴承装置来说，使润滑剂进入轴承的压力低得多，并且对动压轴承的承载能力没有显著贡献。相反，承载能力通过旋转部件相对于静止部件的旋转产生的动压力而形成。

存在动静压混合轴承，其结合了静压轴承和动压轴承的一些优点。然而，动静压混合轴承的性能受限。动静压混合轴承通常具有有限的表面造型。少量的表面造型改进了动态工作状况下的性能，但限制了静态工作状况下的性能。此外，静压工作状况需要对故障敏感的泵。

轴承装置还可根据其形状及其允许的运动进行分类。轴颈轴承通常围绕旋转轴并在径向上提供支撑。轴颈轴承可称为径向轴承。止推轴承也围绕旋转轴，但是在轴的轴向上提供支撑。止推轴承可称为轴向轴承。平轴承具有平坦的轴承表面并在与平坦的轴承表面正交的方向上提供支撑。止推轴承是平轴承的示例。还存在锥形轴承。锥形轴承形成轴颈轴承与止推轴承之间的混合体并可传递轴向载荷和径向载荷二者。通常，锥形轴承成对提供，其中，第一锥形轴承和第二锥形轴承沿着相反的方向成锥形。

长期的目标是改进润滑，以减少轴承装置的各个部件的磨损。过去已经公开了使用具有电流变或磁流变特性的润滑剂的轴承装置。电流变润滑剂(ERL)是包含分散在液体中的可电极化颗粒的润滑剂。磁流变润滑剂(MRL)是包含分散在流体中的磁性颗粒的润滑剂。

这些轴承装置包括用于增加润滑剂的粘度的激励器，以改善轴承装置的润滑。

一个这种公开是US7980765B2。该文献公开了一种具有激励器的动压轴承装置。利用激励器，可局部增加润滑剂的粘度。以此方式，可操纵润滑剂以保留在特定区中，从而改进润滑以及轴承装置能够承载的载荷。

特别地，US7980765B2的图14中公开的实施例是令人感兴趣的。图14示出了动压轴颈轴承装置。激励器200、2001是细长的并且平行于轴的主轴线延伸。激励器从一个轴承端延伸到相对的轴承端。激励器围绕轴在周向上间隔开。激励器增加激励器附近的轴承间隙中的障碍区中的润滑剂的粘度。当旋转轴旋转时，旋转轴将促使润滑剂沿着与轴的旋转方向相同的方向流动。轴承间隙中的每个激励器处的每个障碍区中的具有增加粘度的润滑剂可防止润滑剂穿过每个障碍区。结果，轴承间隙中的润滑剂的压力将在每个激励器的正上游增加。这改进了轴承的动压效应。

图14的实施例的缺点在于，对于间隙中的远离激励器并且不受激励器影响的区，没有发生压力增加或发生相对少的压力增加。因为激励器仅在整个轴承表面的一部分中具有影响，所以激励器的结合效果是有限的。

US7980765B2中提出的解决方案是提供大量的激励器，以覆盖静止部件的整个内表面，参见第20栏第31-41行。然而，在本发明中认识到该解决方案相当复杂且昂贵。

本发明基于的见解是，利用有限数量的激励器，该效果可扩展到整个轴承间隙或大部分轴承间隙。

本领域的另一公开是Hesselbach在“应用物理学杂志(Journal of appliedphysics)”93，8441(2003年5月15日)上发表的文章“具有磁流变流体的主动静压轴承(Active hydrostatic bearing with magnetorheological fluid)”。该文章公开了一种具有轴块和轴瓦的静压轴承装置，参见图1和3。该静压轴承装置包括入口和外部压力源。提供有线圈形式的激励器，以局部增加润滑剂的粘度。线圈围绕轴承延伸，并在图3中可见。该轴承装置的缺点在于，仍然需要非常精密的加工来制造轴块和轴瓦。与轴块和轴瓦的磨损相关的易损性仍然存在。

Guldbakke和Hesselbach于2006年发表的文章“基于可磁控流体的轴承和阻尼器的开发(Development of bearings and a damper based on magneticallycontrollable fluids)”中公开了对同一概念的进一步改进。该文章中公开的设备也需要精密加工，并且也易损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承装置，其结合了静压轴承装置和动压轴承装置的多个优点，特别是静压轴承装置的在不同部件的运动期间和非运动期间都避免静止部件与运动部件之间接触的优点，以及特别是动压轴承装置的不存在表面造型的优点。不存在表面造型具有与相关的易损性减少的优点。

本发明的目的在于提供一种轴承装置，该轴承装置能够比使用电流变或磁流变润滑剂的现有技术的轴承装置承载更大的载荷。本发明还可与具有随温度变化的粘度或可控滑移速度的润滑剂一起使用。

本发明的另一目的在于提供一种改进的动压轴承。

本发明的另一目的在于提供一种改进的动压轴承，其中相对于现有技术的动压轴承装置，减少了润滑剂从轴承间隙的泄漏。

本发明的另一目的在于提供一种轴承装置，其是现有技术的替代方案。

为了实现这些目的中的至少一个，本发明提供了一种轴承装置，包括：

第一表面和第二表面，能够相对于彼此运动并且彼此面对，其中第一表面和第二表面由填充有润滑剂的轴承间隙隔开，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂、或者具有可控滑移速度的润滑剂；

在第一表面或第二表面中的一个或多个供应入口，每个供应入口被构造成将润滑剂从增压液体源供应到轴承间隙；

一个或多个激励器，嵌入在第一表面或第二表面中，并被构造成在轴承间隙中的至少一个障碍区中局部增加润滑剂的粘度或局部降低的润滑剂的滑移速度，从而局部阻止润滑剂流过障碍区中的轴承间隙，

其中轴承间隙包括润滑剂的流动在其中不被阻止的至少一个非障碍区，其中每个非障碍区围绕相关联的供应入口，

其中限定有润滑剂通过轴承间隙的流动路径，流动路径始于至少一个供应入口，沿着至少一个非障碍区延伸，穿过障碍区，并终止于轴承间隙端，

其中第一表面和第二表面没有表面造型，特别是轴块和轴瓦形式的表面造型，并且是光滑的且连续的，并且在轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中至少一个障碍区独自或与其他障碍区相配合包围至少一个非障碍区，

其中障碍区中的具有增加的粘度或减小的滑移速度的润滑剂用作流动路径的障碍，并且独自或与其他障碍区中的粘度增加或滑移速度减小的润滑剂相配合阻止润滑剂流出非障碍区并通过轴承间隙端流出轴承间隙，从而将非障碍区中的润滑剂的压力增加至足以承载轴承装置上的载荷同时防止第一表面和第二表面之间接触的等级。

当激励器被激励时，与激励器的非激励状态相比，障碍区中的障碍阻止润滑剂流过障碍区并提高非障碍区中的压力。

实际上，障碍区充当静压轴承装置的轴瓦(还称为表面造型)，并代替静压轴承装置的轴瓦。这具有以下优点：在没有轴块和轴瓦布置的情况下，换句话说，在没有任何表面造型的情况下，可实现动压轴承装置的优点。因此，根据本发明的轴承装置具有光滑且连续的第一表面和第二表面，而在表面中没有任何突变。

为此，精心选择的激励器的图案产生“虚拟”的表面造型。具有特定分布而引起流体中的特定的空间粘度变化的静电或磁场或温度场。这种空间粘度变化迫使流体以与在具有物理表面造型的轴承中流动的具有恒定粘度的流体中观察到的流动相似的模式流动。

另外，此虚拟造型可打开和关闭，或进行修改以限定不同的虚拟造型，允许轴承在各种操作条件下都能以最佳效率运行。

轴承的性能受被激励的激励器的选择以及这些激励器的激励程度的影响。这种选择和激励程度允许轴承针对不同的操作条件(例如不同的滑动方向或不同的载荷)进行最佳的操作。

根据本发明的轴承装置可与具有可控滑动速度的润滑剂一起使用。这可以是包含电偶极子的润滑剂。激励器(通常将是电激励器)的激励将具有使偶极子在障碍区中以预定的方位进行定位的效果。这具有使滑移速度局部(即在障碍区中)降低的效果，并且具有润滑剂的分子倾向于更好地粘附至第一表面和第二表面的间接结果。这使得障碍区中的轴承表面处的润滑剂的滑移角增大，导致障碍区中的润滑剂的流动的障碍。

理论上，在流体力学中，通常在边界表面处假定无滑移的边界条件。然而，实际上，在润滑剂有高滑移速度的情况下，边界条件可能并不总是完全适用。利用本发明，边界条件，还称为滑移角，可通过改变润滑剂的滑移速度来影响。因为在实践中，轴承间隙非常薄(数十微米)，所以滑移角增大的效果是障碍区中的流动受阻。

偶极子可具有带正电荷的一侧和带负电荷的一侧。这些侧中的一侧可被吸引到边界表面，而另一侧可被边界表面排斥。如果激励器以使被吸引到边界表面的一侧面对边界表面的方式定向偶极子，则这些偶极子可能会附着在边界表面上。这样，可增大滑移角并且可完全实现零速度的边界条件。可在不改变润滑剂的粘度的情况下局部改变边界条件。这样，这是实现相同的效果但与根据本发明的电流变或磁流变润滑剂或具有随温度变化的粘度的润滑剂的使用不同的方式。

由于非障碍区被障碍区完全封闭，润滑剂被闭锁在非障碍区中。障碍区充当障碍。技术人员将理解，实际上这种闭锁不是绝对的，并且一些润滑剂将继续穿过障碍区并到达轴承间隙端。然而，实际上这不是主要问题。

技术人员还将理解，在其中一个或多个激励器没有影响的至少一个非障碍区中，词语“没有影响”应根据物理定律来理解，物理定律规定：理论上，电场的磁场没有尽头，但强度逐减小。词语“没有影响”是指在障碍区中的对粘度的效果可忽略。

非障碍区中的润滑剂的压力增加到足以承载轴承装置上的载荷并防止第一表面和第二表面之间接触的水平。将理解，障碍区中的润滑剂也处于压力下，并且也将承载一部分载荷并且有助于防止第一表面和第二表面之间接触。

在轴承装置的实施例中，激励器是产生磁场的电磁体或永磁体，或者是能够被充电以产生电场的电激励器。在可选的实施例中，激励器可以是被构造成冷却至少一个障碍区中的润滑剂的冷却元件。

在实施例中，所述轴承装置包括多个非障碍区以及多个障碍区，特别是三个非障碍区，每个非障碍区具有各自的入口，其中每个障碍区围绕与其相关联的非障碍区并阻止润滑剂流出相关联的非障碍区。

在轴承装置的实施例中，非障碍区是扇形、圆形、正方形、长方形、三角形、多边形、椭圆形，或可被障碍区围绕的更普通的任何形状。在多边形的情况下，非障碍区可以是六边形。还可使用其他形状，还可使用不同形状的组合。

在轴承装置的实施例中，第一表面和第二表面是圆筒形或锥形、球形或平坦的，并且围绕主旋转轴线延伸。

在轴承装置的实施例中，第一表面和第二表面是圆筒形、锥形、球形或平坦的，轴承装置包括多个非障碍区，每个非障碍区被障碍区围绕，其中每个障碍区包括在轴向距离上延伸的第一轴向部分和第二轴向部分以及在周向距离上延伸的第一周向部分和第二周向部分，每个障碍区包括将第一轴向部分和第二轴向部分以及第一周向部分和第二周向部分互连的四个拐角。

在实施例中，轴承装置至少包括环形的第一障碍区和环形的第二障碍区，其中第一障碍区位于圆筒形、锥形、球形或平坦的轴承的第一端，其中第二障碍区位于圆筒形、锥形、球形或平坦的轴承的相对的第二端，其中非障碍区设置在第一障碍区与第二障碍区之间，并且其中第一障碍区与第二障碍区用作阻止润滑剂流出非障碍区并通过轴承间隙端流出圆筒形、锥形、球形或平坦的轴承间隙的密封件。

在轴承装置的实施例中，第一表面和第二表面是圆筒形、锥形、球形或平坦的表面段的组合。

在实施例中，所述轴承装置包括围绕内障碍区的至少一个外障碍区。这导致更稳定的整体构造。

在实施例中，轴承装置是被构造成承载轴向上的载荷的止推轴承，其中第一表面和第二表面是环形的并且围绕所述轴承装置的主旋转轴线延伸，主旋转轴线与第一表面和第二表面正交地延伸，轴承装置包括外周向轴承端和内周向轴承端，轴承装置包括阻止润滑剂从至少一个非障碍区流至外周向轴承端的至少一个外障碍区以及阻止润滑剂从至少一个非障碍区流至内周向轴承端的至少一个内障碍区，其中至少一个非障碍区(24)位于内障碍区与外障碍区之间。

在轴承装置的实施例中，第一表面和第二表面是平坦的或球形的，轴承装置仅包括外轴承间隙端以及被环形的障碍区环绕的非障碍区，该环形的障碍区阻止润滑剂通过外轴承间隙端流出轴承间隙。

在轴承装置的实施例中，一个或多个激励器称为主激励器，轴承装置进一步包括一个或多个反激励器，反激励器是电磁体或永磁体或电激励器或加热元件，其中反激励器产生相反的磁场或电场，以抵消由主激励器在非障碍区的至少一部分中产生的磁场或电场，或者反激励器是用于加热非障碍区中或非障碍区的至少一部分中的润滑剂的加热元件。在可选的实施例中，反激励器可包括加热元件。

在轴承装置的实施例中，反激励器在非障碍区的一部分中具有影响，其中所述部分称为反障碍区，其中非障碍区进一步包括不受主激励器或反激励器影响的非影响区，其中至少一个反障碍区位于障碍区附近并且位于所述障碍区与非影响区之间。

在轴承装置的实施例中，激励器是电磁体，轴承装置进一步包括被构造用于增强电磁场的至少一个被动铁磁构件。

在轴承装置的实施例中，电磁激励器是具有主轴线的线圈，线圈位于第一表面或第二表面的下方，所述线圈的端部位于距线圈处于其下方的表面一距离处，其中至少一个铁磁部件包括位于线圈内的内构件以及位于线圈外的外构件，其中内构件和外构件分别包括朝向所述第一表面或第二表面延伸超过线圈的端部的内突起和外突起，其中在所述内突起与外突起之间设置有开口。

在轴承装置的实施例中，轴承装置没有任何滚子元件，诸如球或圆柱滚子元件。

在轴承装置的实施例中，一个或多个激励器位于覆盖至少一个激励器并形成第一表面或第二表面的材料层的下方。

在轴承装置的实施例中，障碍区通过沿线彼此相邻地布置的多个激励器限定。该线可在曲率的一个或两个平面中是弯曲的和/或可具有拐角。

在轴承装置的实施例中，轴承间隙在入口与轴承间隙端之间具有均匀的高度。

动压轴承装置

在进一步的实施例中，本发明涉及一种动压轴承装置，包括：

第一轴承表面；和

面向第一轴承表面的第二轴承表面，其中第一轴承表面和第二轴承表面被构造成相对于彼此围绕主旋转轴线旋转；

第一轴承表面与第二轴承表面之间限定的轴承间隙，其中第一轴承表面与第二轴承表面是光滑的并且没有任何表面造型，轴承间隙没有在轴承间隙的高度中任的何突变，轴承间隙填充有润滑剂，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂、或者具有可控滑移速度的润滑剂；

多个激励器，嵌入在第一轴承表面和第二轴承表面中并且被构造成在多个障碍区中局部增加润滑剂的粘度或降低润滑剂的滑移速度，从而阻止润滑剂流过每个障碍区中的轴承间隙；

多个非障碍区，在多个非障碍区中不阻止润滑剂的流动，其中在第一轴承表面与第二轴承表面之间的相对运动的方向上，障碍区和非障碍区交替设置，每个非障碍区位于相关联的障碍区的上游，

其中每个障碍区具有弯曲或角形状，其中该弯曲或角形状限定指向下游的顶部，其中障碍区被构造成当第一表面和第二表面相对彼此运动时通过在障碍区中局部增加粘度或降低滑移速度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区中，特别是位于每个顶部的正上游的峰值区中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高。

障碍区用作动压轴承中的表面造型。通常，现有技术的动压轴承的这种表面造型被设置成槽形式。在现有技术中，这种槽可能具有被设计成优化动压力的增加的复杂形式。槽需要精密加工并且还易于磨损。缺少这种槽使得轴承易于制造并少受损坏，这是优点。结果可能是轴承装置的寿命更长。

在动压轴承装置的实施例中，每个障碍区包括相对于径向成角度地延伸的左段和右段，其中左段和右段将润滑剂引向峰值区。

在动压轴承装置的实施例中，其中每个顶部位于第一表面或第二表面的中央区域中，其中顶部特别地位于距第一表面或第二表面的内轴承端一距离处，其中该距离为第一表面或第二表面的宽度的40％-60％。距外轴承端的距离也可以是第一表面或第二表面的宽度的40％-60％。

在实施例中，动压轴承装置是止推轴承装置，其中第一表面和第二表面是平坦的并且与所述主旋转轴线正交地延伸，其中障碍区在径向距离上延伸。

在动压轴承装置的实施例中，第一表面和第二表面是环形的，并且轴承间隙是环形的。

在动压轴承装置的实施例中，其中障碍区具有V形或U形。

在动压轴承装置的实施例中，该轴承是轴颈轴承或锥形轴承，其中弯曲或成角度的障碍区围绕第一表面或第二表面的圆周间隔开，并且在轴向距离上延伸。

注意，存在动压轴承的特定类型，统称为倾斜轴瓦轴承。在该实施例中，轴承装置是倾斜轴瓦轴承装置，并且包括围绕枢转轴线可倾斜的多个倾斜轴瓦，其中第一表面包括多个第一表面段，每个第一表面段与一倾斜轴瓦相关联，并且其中轴承间隙包括多个轴承间隙段，每个轴承间隙段与一倾斜轴瓦相关联，

其中每个第一表面段是光滑的且没有任何表面造型，并且在倾斜轴瓦与相对的第二表面之间的每个单独的轴承间隙段在轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中每个第一表面段包括具有弯曲或角形状的障碍区，其中该弯曲或角形状限定指向下游的顶部，其中障碍区被构造成当第一表面和第二表面相对彼此运动时通过在障碍区中局部增加粘度或局部降低滑移速度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区中，特别是位于每个顶部的正上游的峰值区中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高。

注意，在倾斜轴瓦之间，可存在非支撑区，非支撑区不被认为是轴承间隙的一部分，并且不被认为是第一表面的一部分，这是因为这些区在第一表面和第二表面之间的力的传递的方面基本不作出贡献。

每个倾斜轴瓦的障碍区的形状通常将是U形的，但是也可具有诸如V形的角形式，或者可具有弯曲形式。在单个倾斜轴瓦上还可并排地存在多个障碍区。

本发明进一步涉及一种动压轴颈轴承装置，包括：

围绕轴延伸的圆筒形轴承构件，其中所述圆筒形轴承构件包括面向内的第一表面；

轴，包括面向外的第二表面，其中动压轴颈轴承装置具有轴承长度并具有第一端和相对的第二端；

存在于第一表面和第二表面之间的轴承间隙，其中轴承间隙具有位于第一轴承端的第一轴承间隙端和位于第二轴承端的第二轴承间隙端，其中第一轴承表面和第二表面是光滑且连续的，轴承间隙填充有润滑剂，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂、或具有可控滑移速度的润滑剂；

至少第一激励器和第二激励器，嵌入在第一表面和第二表面中并且被构造成在轴承间隙中的第一障碍区和第二障碍区中局部增加润滑剂的粘度或局部降低润滑剂的滑移速度，其中当被激励时第一激励器和第二激励器在第一障碍区和第二障碍区中增加润滑剂的粘度或降低润滑剂的滑移速度，并阻止润滑剂流过第一障碍区和第二障碍区，

其中第一表面和第二表面没有表面造型，并且是光滑且连续的，并且在轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中轴承间隙包括其中不阻止润滑剂的流动的至少一个非障碍区，

其中第一轴承间隙端和第二轴承间隙端是环形的，并围绕轴延伸，且在与纵向轴承轴线正交的平面中延伸，

其中第一障碍区和第二障碍区是环形的，并且位于该轴颈轴承的相对的端处，其中非障碍区位于第一障碍区与第二障碍区之间，

其中第一障碍区阻止润滑剂到达第一轴承间隙端，并且其中第二障碍区阻止润滑剂到达第二轴承间隙端，

其中第一障碍区和第二障碍区一起阻止润滑剂流出非障碍区并通过轴承间隙端流出轴承间隙。

本发明的此实施例为动压轴颈轴承装置提供非常简单的整体构造。有效地防止润滑剂流出轴承间隙端。

在动压轴颈轴承装置的实施例中，轴承间隙的高度在轴向上是恒定的。

在动压轴颈轴承装置的实施例中，轴承间隙的高度在周向上变化。对于动压轴颈轴承来说这是惯常的，因为轴通常稍微偏心以产生所需的径向力。

在动压轴颈轴承装置的实施例中，轴承装置具有长度，并且其中每个障碍区具有宽度，其中每个障碍区的宽度小于该长度的10％。有利地，轴承装置的大部分在承载载荷方面作出贡献。

本发明进一步涉及一种包括轴的驱动组件，其中轴由根据本发明的至少一个轴承装置支撑。

在驱动组件的实施例中，轴由根据本发明关于轴颈轴承装置的第一轴承装置、根据本发明关于轴颈轴承装置的第二轴承装置以及根据本发明关于止推轴承装置的第三轴承装置支撑，其中第一轴颈轴承装置和第二轴颈轴承装置将轴定位并在两个独立的径向方向(Y，Z)上为轴提供支撑，第三止推轴承装置将轴定位并在轴向方向(X)上为轴提供支撑。这种布置在所有需要的方向上为轴提供支撑。

本发明进一步涉及一种船舶，包括船体、发动机、螺旋桨以及将发动机与螺旋桨连接的根据本发明的驱动组件。已发现本发明尤其适用于船舶，因为其提供了稳健且可靠的整体布置。然而，本发明可用在所有类型的设备上，包括其他车辆、发电机、风力涡轮机、普通的发动机和其他类型的设备。

通过参照以下详细描述并考虑结合附图，本发明的这些和其他方面可被更好地理解，因此它们将更易于理解，在附图中，相似的参考标号指示相似的部件。

附图说明

图1A示出了本发明的第一实施例的等距视图。

图1B示出了图1A的实施例中的压力梯度。

图2示出了本发明的第二实施例的等距视图。

图3示出了根据本发明的第三实施例的等距视图。

图4示出了图3的实施例的侧视图。

图5示出了从图3和图4的实施例的变型的下方的等距视图。

图6示出了从图5的实施例的上方的等距视图。

图7示出了图5和图6的实施例的侧视图。

图8示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图9A示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图9B示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图10A示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图10B示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图11示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图12示出了本发明的又一实施例的等距视图。

图13A示出了具有根据本发明的三个轴承装置的驱动组件的等距视图。

图13B示出了包括具有根据本发明的三个轴承装置的驱动组件的船舶的等距视图。

图14示出了根据本发明的线性轴承装置的俯视图。

图15示出了根据本发明的平面轴承装置的俯视图。

图16示出了本发明的另一实施例的侧视截面图。

图17示出了图16的实施例的等距视图。

图18示出了本发明的另一实施例的等距视图。

图19示出了图18的实施例的俯视图。

图20示出了图18的实施例的侧视截面图。

图21示出了具有倾斜轴瓦的本发明的实施例的等距视图。

图22示出了图21的实施例的俯视图。

图23示出了图23的实施例的侧视截面图。

具体实施方式

转到图1，示出了本发明的第一实施例。提供了一种轴承装置10。该轴承装置包括可相对于彼此运动的第一表面12和第二表面14。在该实施例中，第一表面和第二表面都是平坦的。第一表面和第二表面彼此面对。第一表面和第二表面由填充有润滑剂的轴承间隙16隔开。轴承间隙可具有大约几十微米的高度，但是显然其他高度也是可能的，这取决于轴承装置的尺寸。第一表面12由第一构件13形成，第二表面14由第二构件15形成。

润滑剂是液体。润滑剂是磁流变液体或电流变液体，或者具有随温度变化的粘度的润滑剂，或者具有可控滑移速度的润滑剂。

轴承装置包括第一表面或第二表面中的一个或多个供应入口18。在该实施例中，入口设置在第一表面12中，但是可设想入口设置在第二表面中。每个供应入口均被构造成将润滑剂从增压液体源供应到轴承间隙。增压源将存在于静压轴承装置的情况下，但是不认为该增压源是本发明的一部分。

该轴承装置包括一个或多个激励器20，该激励器20嵌入在第一表面12中并被构造成局部地增加轴承间隙中的至少一个障碍区22中的润滑剂的粘度，从而阻止润滑剂流过障碍区中的轴承间隙。轴承间隙包括非障碍区24，在该障碍区24中不阻止润滑剂的流动。非障碍区包括具有较低粘度的不受影响的润滑剂。非障碍区24围绕供应入口18。在该实施例中，非障碍区24具有圆形形状。

障碍区可通过沿线彼此相邻地布置的多个激励器限定。每个激励器20并且同样地每个障碍区24包括径向延伸的两个径向部分29A、29B和周向延伸的周向段33。在邻近的障碍区的每对径向部分29之间限定流出区35。

限定了润滑剂通过轴承间隙的流动路径。流动路径始于至少一个供应入口18，沿着至少一个非障碍区24延伸，穿过障碍区22，并终止于轴承间隙端26。

与传统的静压轴承装置相反，第一表面12和第二表面14没有轴块和轴瓦形式的表面造型，是平滑的且连续的，并且在轴承间隙的高度中没有任何的突变。激励器20的上侧与第一表面12的其余部分齐平。这使得轴承装置相对容易制造并且相对坚固。

障碍区22包围至少一个非障碍区26，并且阻止润滑剂通过流过障碍区22而离开非障碍区到达轴承间隙端26并经由轴承间隙端26流出轴承间隙。

转到图1B，该包围允许外部压力源将压力升高至轴承装置可承载载荷并防止第一轴承表面和第二轴承表面之间接触的等级，并且这样做无需传统的表面造型。换句话说，障碍区用作表面造型，并且特别地用作轴瓦。在图1B中，在轴承间隙中流动路径25用箭头指示。作为沿着流动路径的行进距离x的函数p(x)的压力用虚线指示。在非障碍区24中，压力梯度p'(x)相对较小。在障碍区中，压力梯度p'(x)骤变，并且压力在轴承间隙端26降到零。

轴承间隙端26是周向的并且围绕轴承间隙16延伸。在该实施例中，轴承装置仅包括外轴承间隙端26和非障碍区24，该非障碍区24由阻止润滑剂通过外轴承间隙端从轴承间隙流出的环形障碍区22环绕。如将参照其他实施例所讨论的，轴承装置还可具有一个以上的轴承间隙端。

障碍区22中的具有增加粘度的润滑剂用作流动路径的障碍，并且独自或与其他障碍区中的粘度增加的润滑剂相配合阻止润滑剂离开至少一个非障碍区26，从而将非障碍区中的润滑剂的压力增加到足以承载轴承装置上的载荷并防止第一表面和第二表面之间接触的等级。

激励器可包括产生磁场的电磁体或永磁体。在另一实施例中，激励器可包括能够充电以产生电场的电激励器。在另一实施例中，激励器是被构造为冷却至少一个障碍区22中的润滑剂的冷却元件。在与具有可控滑移速度的润滑剂一起使用的另一实施例中，激励器是产生电场从而使润滑剂中的偶极子定向并控制润滑剂的滑移速度的电激励器。

转到图2，示出了类似的实施例，其中，激励器位于覆盖至少一个激励器并形成第一表面或第二表面的材料层28的下方。这使得更容易使第一表面和第二表面完全光滑。

在图1和图2所示的实施例中，第一表面和第二表面是平坦的，但是在另一实施例中，它们可以是球形的或诸如半球形的具有部分球形的形状。然后轴承间隙也变成球形或半球形。轴承装置还可以是具有呈球形“切片”形式的第一表面和第二表面的摆臂轴承。

图1和图2的轴承装置允许第一表面相对于第二表面在两个独立的运动方向X、Y上运动，同时在第三运动方向上提供支撑。图1和图2的实施例还允许第一表面相对于第二表面围绕Z轴线的旋转。图1和图2的实施例防止围绕轴线X和轴线Y的旋转。

轴承装置可没有任何的滚子元件，诸如球或圆柱滚子元件。

转到图3和图4，示出了另一实施例。第一表面12和第二表面14是平坦的。第一表面和第二表面是圆形的。轴承装置包括多个非障碍区24A、24B、24C(共同表示为24)，特别是三个非障碍区。每个非障碍区具有各自的入口18。轴承装置包括多个障碍区22A、22B、22C(共同表示为22)。每个障碍区围绕与之相关联的非障碍区，并阻止润滑剂流出相关联的非障碍区。

在图3和图4的实施例中的非障碍区呈扇形(即，饼形的形状)。然而，可能的是非障碍区可具有不同的形状，例如，圆形、正方形、长方形、三角形、多边形(例如，六边形)或椭圆形或这些形状的组合。

障碍区围绕中心31和/或围绕中心轴线30以规则的间隔角分隔，特别是以大约120度的间隔角间分隔。

图3和图4的实施例提供与图1和图2的实施例相同的运动和支撑能力，不同的是，图3和图4的实施例能够更好地提供支撑来对抗第二表面相对于第一表面围绕X轴线和Y轴线的倾斜。因此，其更适于保持第二表面相对于X轴线和Y轴线的方位。其背景是，轴承间隙被划分为三个独立的压力区，每个压力区为非障碍区24A、24B、24C。

压力源可被构造为向不同的非障碍区提供独立的压力。可提供控制单元101以控制不同的压力。还可提供传感器102。传感器可包括用于不同的非障碍区的压力传感器。传感器102可位于入口开口18中或入口开口18处。在压力差的情况下，控制单元101可增加至入口开口18之一的流动，以恢复压力平衡。此外，可提供位置传感器或方位传感器。在第二表面倾斜的情况下，可通过传感器感测倾斜，并且可通过控制单元101在一个或多个非障碍区中提供压力增加，从而使倾斜反转并重新对准第一表面和第二表面。

轴承装置可允许在两个独立的方向X、Y上运动，并在第三方向Z上提供支撑。轴承装置可允许围绕Z轴线旋转，并防止围绕X轴线和Y轴线旋转。

本领域技术人员将理解，此实施例可被放大并包括被障碍区围绕的许多非障碍区。虽然图3和图4的轴承装置具有圆形形状，但是还可具有不同的总体形状，诸如正方形或长方形形状或线性形状。轴承装置可具有相当大的尺寸并且具有三个以上的非障碍区。

转到图14，示出了一种变型，其中，轴承装置是线性轴承装置。非障碍区24A、24B、24C、24D等以线性布局布置，例如沿着X轴线布置，并且仅允许第二表面相对于第一表面沿着X轴线运动，而在Z方向上支撑第二表面，并通过诸如Y方向上的引导表面的另外装置提供支撑。不同的非障碍区24还提供支撑对抗第二表面相对于第一表面围绕Y轴线的倾斜，并且还可提供支撑对抗围绕X轴线的倾斜。另外的引导件可提供支撑对抗围绕Z轴线的旋转。

非障碍区24具有正方形或长方形形状，但是不同的形状是可能的。

转向图15，图16A的变型可被扩展以覆盖平面表面，该轴承装置具有多个非障碍区24的多个排130。在这样的实施例中，轴承装置允许在X方向和Y方向两者上以及围绕Z轴线的相对运动，而防止围绕X轴线和Y轴线倾斜。整体形状被示出为正方形或长方形，但是可以是圆形或具有不同形状。

转到图5、图6和图7，示出了图4和图5的实施例的变型。在变型中，激励器20位于形成第一表面的材料层的下方，类似于图2的变型。这导致完全平坦(或光滑)的第一表面，使得制造过程更容易。另外的好处是，轴承不易受损，并且更耐磨损。在图6中，障碍区22A、22B、22C和非障碍区24A、24B、24C由于不可见而用虚线表示，这是因为由于激励器20A、20B和20C位于第一表面12的下方而使得它们是不可见的。

轴颈轴承

转到图8，示出了本发明的另一变型，其中，轴承装置是轴颈轴承，也称为径向轴承。图8示出了轴颈轴承装置的外部部件。内部部件可以是为了清楚起见未示出的轴。外部部件具有被限定为第一表面的内表面12。轴具有形成第二表面的外表面。轴承间隙被限定在内表面12与外表面之间。轴承装置具有主旋转轴线30。第一表面12和第二表面是圆筒形的并且围绕主旋转轴线30延伸。

在另一实施例中，轴承装置可以是锥形的，并且在这种变型中，第一表面和第二表面也是锥形的。

轴承装置包括多个非障碍区24A、24B、24C、24D、24E，特别是五个。五个具有的优点在于，可通过独立地控制不同的非障碍区中的压力来支撑轴线围绕径向轴线Y、Z的倾斜。然而，五以外的不同数量也是可能的。每个非障碍区由障碍区22A、22B、22C、22D、22E围绕。

每个障碍区均包括在轴向距离D1上延伸的第一轴向部分A1和第二轴向部分A2以及在周向距离D2上延伸的第一周向部分C1和第二周向部分C2。每个障碍区均包括四个拐角32，其将第一轴向部分和第二轴向部分以及第一周向部分和第二周向部分互连。这仅针对障碍区22D进行了指示，但是明显的是，这对于其他障碍区来说是相同的。

如果轴承装置是锥形的，则可应用类似的构造，不同的是障碍区和非障碍区将成锥形。

在实施例中，可提供控制单元101，并且可提供传感器102以感测轴线围绕径向轴线Y、Z的倾斜。控制单元可联接至增压流体源，或联接至从增压流体源延伸至入口的管道中的控制阀，用于独立地控制非障碍区内的压力区。另外地或替代地，可提供用于测量轴相对于内表面的位置和/或方位的传感器，并且控制单元可被配置为控制独立的非障碍区中的压力，以控制轴相对于内表面的位置和/或方位。

止推轴承

转到图9A，示出了根据本发明的止推轴承装置。止推轴承被构造成承载轴向方向上的载荷，并且可称为轴向轴承。仅示出了一个第一表面12。

第一表面12和第二表面是环形的并且围绕轴承的主旋转轴线30延伸。主旋转轴线30与第一表面12和第二表面正交地延伸。

轴承装置10包括外周向轴承端26A和内周向轴承端26B。该轴承装置包括周向地延伸并限定外障碍区22A的至少一个外激励器20A，该外障碍区22A阻止润滑剂从至少一个非障碍区24流向外周向轴承端26A。

该轴承装置包括周向地延伸并限定内障碍区22B的至少一个内激励器20B，该内障碍区22B阻止润滑剂从至少一个非障碍区24流向内周向轴承端26B。

至少一个非障碍区24是环形的，并且位于内障碍区与外障碍区之间。

轴承装置包括第一表面12中的多个供应入口18。该实施例是静压轴承装置，其中，通过静压力产生承载载荷并防止第一表面和第二表面之间接触所需的压力。

周向的障碍区22A、22B阻止润滑剂经由轴承间隙端26A、26B离开环形的非障碍区。

具有多个非障碍区的止推轴承

转向图9B，在另一实施例中，止推轴承装置可具有多个非障碍区24A、24B、24C，特别是三个非障碍区，其围绕主旋转轴线30周向地间隔开。每个障碍区24A、24B、24C具有入口18。每个障碍区包括：

-内周向段(33A)，其沿着内轴承间隙端的一部分延伸，

-外周向段(33B)，其沿着外轴承间隙端的一部分延伸，

-第一径向部分(29A)和第二径向部分(29B)，其在径向距离(Dr)上延伸并且将内周向段与外周向段互连。

在该实施例中，非障碍区具有环形段的形状。该实施例允许在不同的非障碍区24中单独压力控制。

动压轴承

转向图10A，示出了另一实施例，其中，轴承装置被构造为动压轴承装置。该轴承装置具有第一轴承表面12以及未示出以在第一轴承表面12上具有更好的视野的第二轴承表面。第二轴承表面面对第一轴承表面。第一轴承表面和第二轴承表面被构造为相对于彼此围绕主旋转轴线30旋转。第一轴承表面和第二轴承表面是平坦的且呈环形并且与主旋转轴线30正交地延伸。

在第一轴承表面和第二轴承表面之间限定有轴承间隙。第一轴承表面和第二轴承表面是光滑的，且没有任何表面造型。轴承间隙16在轴承间隙的高度中没有任何突变。轴承间隙填充有润滑剂，其中，该润滑剂是磁流变液体或电流变液体或具有随温度变化的粘度的润滑剂。

多个激励器20嵌入在第一(或第二)轴承表面12中，并且被构造成局部地增加多个障碍区22中的润滑剂的粘度。其效果是在每个障碍区22中阻止润滑剂流过轴承间隙。

轴承装置包括多个非障碍区24，在多个非障碍区24中不阻止润滑剂的流动。障碍区和非障碍区在周向上交替设置，其中，每个非障碍区24位于两个障碍区22之间。

当考虑润滑剂相对于障碍区22的流动方向34(用箭头表示)时，障碍区的作用在障碍区上游的非障碍区24中是明显的。例如，障碍区22J的效果在位于障碍区22J上游的非障碍区24J中体现。

每个障碍区均具有弯曲或角形状。每个障碍区在径向距离Dr上延伸，该径向距离Dr可等于环形的第一表面或第二表面的宽度W1。

在角形状的情况下，发现图10A中示出的人字形图案是有利的。从具有槽形式的表面造型的动压轴承中已知人字形图案。在这些轴承中，人字形图案通过表面造型制成。这需要非常精密的加工。形成的轴承对磨损非常敏感。由于第一表面和第二表面之间的接触而导致的表面造型的损坏容易导致轴承装置故障。在在这方面，本发明提供了明显的优点。

弯曲或角形状限定了指向下游的顶部36。障碍区被构造成当第一表面和第二表面相对于彼此运动时，通过局部增加障碍区中的粘度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区24中，特别是位于每个顶部36的正上游的每个非障碍区24的峰值区38中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高。

由于障碍区22的弯曲或角形状，润滑剂将沿着径向被驱向峰值区，如图9中的箭头40所示。障碍区22的左侧42和右侧43将润滑剂驱向峰值区。更特别地，润滑剂的流动将在峰值区38中略微收缩，使得峰值区38中的润滑剂具有更高的动压力。显然，弯曲形状也起作用。在另一实施例中，顶部36可以是敞开的，从而形成构造区的分离的左侧42和构造区的分离的右侧43。左侧和右侧甚至可交错。因为障碍区的左侧相对于右侧成角度并且相对于径向也成角度，所以仍认为这是角形状。

每个顶部36位于第一表面12的中央区域中，其中，顶部38特别位于距内轴承端26B距离(A1)处，其中，距离(A1)为第一表面12或第二表面的宽度(W1)的30％-70％，更特别是40％-60％。

障碍区可具有如图9中示出的V形(人字形布置)，或替代地可具有U形。

转到图10B，示出了动压轴承装置10的线性变型。线性变型以与图10A的环形变型基本相同的方式工作。

转到图11，示出了动压轴颈轴承，其中，由激励器20限定的障碍区22围绕第一表面或第二表面的圆周间隔开，并且在主轴线30的方向上延伸轴向距离(Da)。障碍区是弯曲的或角形的。在弯曲形状的情况下，曲率可以是悬链线状、抛物线状、普通的U形或不同的曲率。在角形状的情况下，障碍区可具有单个成角度的顶部(V形)或具有多个角，例如三个角(或拐角)，一个限定顶部的中央角以及左角和右角。

转到图12，示出了本发明的另一实施例，其是动压轴颈轴承装置10。该轴承装置包括具有面向内的第一表面12并围绕轴延伸的圆筒形轴承部件13。该轴包括面向外的第二表面。为了更清楚地示出第一表面12，在图12中未示出轴。

动压轴颈轴承装置具有轴承长度(L1)。该轴承装置具有轴承间隙，并且具有第一轴承间隙端26A和相对的第二轴承间隙端26B。第一轴承间隙端26A和第二轴承间隙端26B位于相对的第一轴承端40A和第二轴承端40B处。

轴承间隙存在于面向内的第一轴承表面与面向外的第二表面之间。第一表面12和第二表面是光滑且连续的。轴承间隙填充有润滑剂。润滑剂是磁流变液体或电流变液体或具有随温度变化的粘度的润滑剂。

至少第一激励器20A和第二激励器20B被嵌入在第一表面或第二表面中，并且被构造成局部地增加轴承间隙中的第一障碍区22A和第二障碍区22B中的润滑剂的粘度。当被激励时，第一激励器和第二激励器增加第一障碍区和第二障碍区中的润滑剂的粘度，并阻止润滑剂流过第一障碍区和第二障碍区。

第一表面12和第二表面没有呈轴块和轴瓦形式的表面造型，是光滑且连续的，并且在轴承间隙的高度中没有任何突变。轴承间隙包括其中不阻止润滑剂的流动的至少一个非障碍区24。

第一轴承间隙端26A和第二轴承间隙端26B是环形的，并且围绕轴延伸并在与纵向轴承轴线30正交的平面中延伸。

第一障碍区22A和第二障碍区22B是环形的，并且位于轴颈轴承的相对端40A、40B处。非障碍区24位于第一障碍区22A和第二障碍区22B之间。

第一障碍区22A阻止润滑剂到达第一轴承间隙端26A，第二障碍区22B阻止润滑剂到达第二轴承间隙端26B。第一障碍区22A和第二障碍区22B一起阻止润滑剂流出非障碍区24并通过轴承间隙端26A、26B流出轴承间隙。

如在大多数动压轴颈轴承中一样，轴承间隙的高度可在周向上变化。如果轴与圆筒形轴承构件13对准，则轴承间隙的高度将在轴向上恒定。然而，实际上，由于轴上的载荷，可能会发生小程度的未对准。

轴承具有长度L1，每个障碍区具有宽度Woz。每个障碍区的宽度Woz小于轴承的长度L1的10％。这使得非障碍区24形成轴承的长度的至少80％。

转向图13A，示出了包括轴50的驱动组件100，其中，该轴由至少一个轴承装置10，特别是由根据本发明的三个轴承装置10支撑。

轴由第一轴颈轴承装置10A和第二轴颈轴承装置10B以及第三止推轴承装置10C支撑，第一轴承装置和第二轴承装置是轴颈轴承装置并在径向方向Y、Z上提供支撑，而第三止推轴承装置10C在轴向方向X上提供支撑。

驱动组件可用于各种应用中。

转到图13B，在一种应用中，驱动组件100用于船舶104上，该船舶包括船体106、发动机108、螺旋桨110以及将发动机与螺旋桨连接的驱动组件100。

轴由第一轴颈轴承装置10A、第二轴颈轴承装置10B和第三止推轴承装置支撑，第一轴颈轴承装置和第二轴颈轴承装置在两个独立的径向方向Y、Z上提供支撑，第三止推轴承装置在轴向方向X上提供支撑。

发动机进一步包括齿轮箱112、舷外密封件114、舷内密封件115。密封件114、115防止海水116进入。发动机108和齿轮箱112位于发动机舱118中，该发动机舱118可通过一个或多个舱壁(bullhead)120而与船舶的内部容积的其余部分分开。轴50通常位于轴管122内。轴管122和轴50之间的环形空间124可填充有油。

进一步的实施例

转到图16和图17，示出了另一实施例。一个或多个激励器20称为主激励器。该轴承装置进一步包括一个或多个反激励器(anti-activator)44，其是电磁体或永磁体或电激励器或加热元件。反激励器产生相反的磁场或电场，用于抵消由主激励器20在非障碍区24的至少一部分中产生的磁场或电场，或者用于加热非障碍区或非障碍区的至少一部分中的润滑剂。

在该实施例中，主激励器20是围绕入口18延伸的线圈。该线圈具有主轴线30。反激励器44也是围绕入口18延伸的线圈，该线圈具有相同的主轴线30。当沿X方向(平行于线圈的轴线30延伸)观看时，主激励器20和反激励器44形成同心圆。

反激励器44在非障碍区的一部分中具有影响，其中，所述部分称为反障碍区46。非障碍区24进一步包括不受主激励器或反激励器影响的非影响区48，其中，至少一个反障碍区位于障碍区附近，并位于所述障碍区与非影响区之间。

激励器20是电磁体。轴承装置进一步包括构造成用于增强电磁场的至少一个被动铁磁构件60。

线圈20、44位于第一表面12下方和材料层28下方。所述线圈的端部62位于距第一表面12(线圈位于该第一表面12下方)距离(Dc)处。至少一个铁磁构件包括位于线圈内的内构件64和位于线圈外的外构件66。内构件64和外构件66分别包括内突起65和外突起67，内突起65和外突起67朝着所述第一表面12延伸超过线圈的端部62。开口70设置在所述内突起和外突起之间。轴承间隙16中的位于所述开口70上方的区域是障碍区22。至少一个障碍区22完全围绕至少一个非障碍区24。

在非障碍区内具有障碍区的实施例

转向图18、图19和图20，根据本发明的静压轴承装置的实施例被示出为具有包围内障碍区22M的非障碍区24。非障碍区24还被外环形障碍区22包围。

内障碍区22M具有衰减在与第一表面12正交的方向上相对于彼此运动的两个轴承表面的可能的振动(或共振)的有益效果。当轴承表面朝向彼此运动时，产生所谓的“挤压流”。挤压流是润滑剂从内障碍区22M到非障碍区24并从非障碍区24通过障碍区22到轴承间隙端26并流出轴承间隙的流动。

挤压流本身在轴承装置领域中是已知的。然而，在该实施例中，中央障碍区22M处的轴承间隙中的润滑剂具有增加的粘度(或增加的滑移角)。结果，挤压流动将被阻挡，且更少的润滑剂将被挤出轴承间隙。结果，将发生更好的振动或共振衰减。

转向图21、图22、图23，示出了具有倾斜轴瓦80的动压轴承装置的实施例。具有倾斜轴瓦的轴承装置是已知的。倾斜轴瓦通过限定枢转轴线84的铰链82连接到轴承装置的外部件。可想到的是，倾斜轴瓦可围绕彼此成直角地延伸的两个枢转轴线枢转，例如通过球铰链。

在该实施例中，润滑剂相对于第一表面12的流动方向用箭头34指示。障碍区22的形状与针对图10A、图10B和图11的实施例所讨论的相同，不同的是倾斜轴瓦通常是正方形或长方形。倾斜轴瓦的障碍区22可具有U形。该U形障碍区沿着倾斜轴瓦的三个侧面88延伸。障碍区还可具有诸如V形的角形状或可具有弯曲形状。在单个倾斜轴瓦上还可有并排的多个障碍区。

箭头34不仅指示润滑剂相对于第一表面的流动方向，还指示第二表面相对于第一表面的运动方向。

障碍区22具有作为U形的“底部”的顶部36。在顶部36的正上游，在非障碍区中形成有峰值区38。在峰值区38中，润滑剂的压力达到最大。

虽然仅示出了一个倾斜轴瓦80，但是清楚是，在完整的轴承装置中，将存在围绕旋转轴线间隔开的多个倾斜轴瓦。例如，可有3个、4个、6个或8个倾斜轴瓦，但是不同的数量也是可能的。倾斜轴瓦的第一表面12可以是平坦的，但是还可以是弯曲的，特别是凹的，如对倾斜轴瓦所已知的。

在止推轴承的情况下，倾斜轴瓦还可具有一部分环形的形状。倾斜轴瓦一起形成环形。

本领域技术人员将理解，在两个相邻的倾斜轴瓦之间通常存在非支撑区(或非支撑间隙)。出于本文的目的，这些非支撑区不视为轴承间隙的一部分。第一表面和第二表面的均匀性特征应用于倾斜轴瓦的各个第一表面段。“没有任何表面造型”和“没有轴承间隙的高度中的任何突变”的特征也应用于由倾斜轴瓦形成的各个段。

倾斜轴瓦不必是精确的正方形或长方形。梯形也是可能的。倾斜轴瓦80可具有圆角。

根据需要，在此公开了本发明的具体实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以以各种形式实施。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求的基础以及教导本领域技术人员以实际上任何适当的具体结构来不同地应用本发明的代表性基础。此外，在此使用的术语和短语不旨在限制，相反旨在提供本发明的可理解的描述。

如在此使用的术语“一”被限定为一个或多于一个。如在此使用的术语“多个”被限定为两个或多于两个。如在此使用的术语“另一”被限定为至少第二或更多。如在此使用的术语包含和/或具有被限定为包括(即，开放性语言，不排除其他元素或步骤)。权利要求中的任何参考标记都不应被解释为限制权利要求或本发明的范围。

在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不能表明不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (42)

1.一种轴承装置(10)，包括：

第一表面(12)和第二表面(14)，能够相对于彼此运动并且彼此面对，其中所述第一表面和所述第二表面由填充有润滑剂的轴承间隙(16)隔开，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂、或者具有可控滑移速度的润滑剂；

在所述第一表面或所述第二表面中的一个或多个供应入口(18)，每个供应入口被构造成将润滑剂从增压液体源供应到所述轴承间隙(16)；

一个或多个激励器(20)，嵌入在所述第一表面或所述第二表面中，并被构造成在所述轴承间隙中的至少一个障碍区(22)中局部增加润滑剂的粘度或局部降低的润滑剂的滑移速度，从而局部阻止润滑剂流过所述障碍区中的所述轴承间隙，

其中所述轴承间隙包括润滑剂的流动在其中不被阻止的至少一个非障碍区(24)，其中每个非障碍区围绕相关联的供应入口(18)，

其中限定有润滑剂通过所述轴承间隙的流动路径，所述流动路径始于所述至少一个供应入口(18)，沿着所述至少一个非障碍区(24)延伸，穿过所述障碍区，并终止于轴承间隙端(26)，

其中所述第一表面(12)和所述第二表面(14)没有表面造型，特别是轴块和轴瓦形式的表面造型，并且是光滑的且连续的，并且在所述轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中所述至少一个障碍区独自或与其他障碍区相配合包围所述至少一个非障碍区(24)，

其中所述障碍区中的具有增加的粘度或减小的滑移速度的润滑剂用作所述流动路径的障碍，并且独自或与其他障碍区中的粘度增加或滑移速度减小的润滑剂相配合阻止润滑剂流出所述非障碍区并通过所述轴承间隙端流出所述轴承间隙，从而将所述非障碍区中的润滑剂的压力增加至足以承载所述轴承装置上的载荷同时防止所述第一表面和所述第二表面之间接触的等级。

2.根据权利要求1所述的轴承装置(10)，其中，所述激励器(20)是产生磁场的电磁体或永磁体，或者是能够被充电以产生电场的电激励器，或者其中所述激励器是被构造成冷却所述至少一个障碍区中的润滑剂的冷却元件。

3.根据权利要求1或2所述的轴承装置，包括多个非障碍区(24A，24B，24C)以及多个障碍区(22A，22B，22C)，特别是三个非障碍区，每个非障碍区具有各自的入口(18)，其中每个障碍区围绕与其相关联的非障碍区并阻止润滑剂流出相关联的非障碍区。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述非障碍区是扇形、圆形、正方形、长方形、三角形、例如六边形的多边形、椭圆形或这些形状的组合。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述第一表面(12)和所述第二表面(13)是圆筒形或锥形的，并且围绕主旋转轴线(30)延伸。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面是圆筒形或锥形的，所述轴承装置包括多个非障碍区(24A，24B，24C，24D，24E)，每个非障碍区被障碍区(22A，22B，22C，22D，22E)围绕，其中每个障碍区包括在轴向距离(D1)上延伸的第一轴向部分(A1)和第二轴向部分(A2)以及在周向距离D2上延伸的第一周向部分(C1)和第二周向部分(C2)，每个障碍区包括将所述第一轴向部分和所述第二轴向部分以及所述第一周向部分和所述第二周向部分互连的四个拐角(32)。

7.根据权利要求5所述的轴承装置，至少包括环形的第一障碍区(22A)和环形的第二障碍区(22B)，其中所述第一障碍区位于圆筒形或锥形的轴承的第一端(40A)，其中所述第二障碍区位于圆筒形或锥形的轴承的相对的第二端(40B)，其中所述非障碍区设置在所述第一障碍区与所述第二障碍区之间，并且其中所述第一障碍区与所述第二障碍区用作阻止润滑剂流出所述非障碍区并通过所述轴承间隙端流出圆筒形或锥形的轴承间隙的密封件。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面(12，14)是球形的。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的轴承装置，其中，所述第一表面(12)和所述第二表面(14)是平坦的。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，所述轴承装置是被构造成承载轴向上的载荷的止推轴承，其中所述第一表面和所述第二表面是环形的并且围绕所述轴承装置的主旋转轴线(30)延伸，所述主旋转轴线(30)与所述第一表面和所述第二表面正交地延伸，所述轴承装置包括外周向轴承端(26A)和内周向轴承端(26B)，所述轴承装置包括阻止润滑剂从所述至少一个非障碍区流至所述外周向轴承端(26A)的至少一个外障碍区(22A)以及阻止润滑剂从所述至少一个非障碍区流至所述内周向轴承端(26B)的至少一个内障碍区(22B)，其中所述至少一个非障碍区(24)位于所述内障碍区与所述外障碍区之间。

11.根据权利要求1、2、4、8或9所述的轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面是平坦的或球形的，所述轴承装置仅包括外轴承间隙端(26)以及被环形的障碍区(22)环绕的非障碍区(24)，该环形的障碍区(22)阻止润滑剂通过所述外轴承间隙端流出所述轴承间隙。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，包括围绕内障碍区的至少一个外障碍区。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述一个或多个激励器(20)称为主激励器，所述轴承装置进一步包括一个或多个反激励器(44)，所述反激励器是电磁体或永磁体或电激励器或加热元件，其中所述反激励器产生相反的磁场或电场，以抵消由所述主激励器在所述非障碍区的至少一部分中产生的磁场或电场，或者所述反激励器是用于加热所述非障碍区中或所述非障碍区的至少一部分中的润滑剂的加热元件。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述反激励器(44)在所述非障碍区的一部分中具有影响，其中所述部分称为反障碍区(46)，其中所述非障碍区进一步包括不受所述主激励器或所述反激励器影响的非影响区(48)，其中至少一个反障碍区(46)定位在所述障碍区(24)附近并且位于所述障碍区与非影响区之间。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述激励器是电磁体，所述轴承装置进一步包括被构造用于增强电磁场的至少一个被动铁磁构件(60)。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述电磁激励器是具有主轴线(30)的线圈，所述线圈位于所述第一表面或所述第二表面(12，14)的下方，所述线圈的端部(62)位于距所述线圈处于其下方的表面一距离(Dc)处，其中所述至少一个铁磁部件包括位于所述线圈内的内构件(64)以及位于所述线圈外的外构件(66)，其中所述内构件和所述外构件分别包括朝向所述第一表面或所述第二表面延伸超过所述线圈的端部的内突起(65)和外突起(67)，其中在所述内突起与所述外突起之间设置有开口(70)。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述轴承装置没有任何滚子元件，诸如球或圆柱滚子元件。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述一个或多个激励器位于覆盖所述至少一个激励器并形成所述第一表面或所述第二表面的材料层(28)的下方。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中障碍区通过沿线彼此相邻地布置的多个激励器限定。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其中所述轴承间隙在所述入口与所述轴承间隙端之间具有均匀的高度。

21.一种动压轴承装置(10)，包括：

第一轴承表面(12)；和

面向所述第一轴承表面(12)的第二轴承表面(14)，其中所述第一轴承表面和所述第二轴承表面被构造成相对于彼此围绕主旋转轴线(30)旋转；

所述第一轴承表面与所述第二轴承表面之间限定的轴承间隙(16)，其中所述第一轴承表面和所述第二轴承表面是光滑的并且没有任何表面造型，所述轴承间隙没有所述轴承间隙的高度中的任何突变，所述轴承间隙填充有润滑剂，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂或者具有可控滑移速度的润滑剂；

多个激励器(20)，嵌入在所述第一轴承表面和所述第二轴承表面中并且被构造成在多个障碍区(22)中局部增加润滑剂的粘度或局部降低滑移速度，从而阻止润滑剂流过每个障碍区中的所述轴承间隙；

多个非障碍区(24)，在所述多个非障碍区中不阻止润滑剂的流动，其中在所述第一轴承表面与所述第二轴承表面之间的相对运动的方向上，所述障碍区和所述非障碍区交替设置，每个非障碍区位于相关联的障碍区的上游，

其中每个障碍区具有弯曲或角形状，其中该弯曲或角形状限定指向下游的顶部(36)，其中所述障碍区被构造成当所述第一表面和所述第二表面相对彼此运动时通过在所述障碍区中局部增加粘度或局部降低滑移速度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区中，特别是位于每个顶部(36)的正上游的峰值区(38)中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高。

22.根据权利要求21所述的动压轴承装置，其中每个障碍区包括相对于径向成角度地延伸的左段(42)和右段(40)，其中所述左段和所述右段将润滑剂引向所述峰值区(38)。

23.根据权利要求21或22所述的动压轴承装置，其中每个顶部位于所述第一表面或所述第二表面的中央区域中，其中所述顶部(38)特别地位于距所述第一表面或所述第二表面的内轴承端(26B)一距离(A1)处，所述距离(A1)为所述第一表面或所述第二表面的宽度(W1)的30％-70％，更特别地40％-60％。

24.根据权利要求21至23中的任一项所述的动压轴承装置，所述动压轴承装置是止推轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面是平坦的并且与所述主旋转轴线正交地延伸，其中所述障碍区在径向距离(Dr)上延伸。

25.根据权利要求21至24所述的动压轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面是环形的，并且其中所述轴承间隙是环形的。

26.根据权利要求21至25中的任一项所述的动压轴承装置，其中所述障碍区(22)具有V形或U形。

27.根据权利要求21至26中的任一项所述的动压轴承装置，其中该轴承装置是倾斜轴瓦轴承装置并且包括能倾斜的多个倾斜轴瓦(80)，其中所述第一表面(12)包括多个第一表面段(12A，12B，12C)，每个第一表面段与一倾斜轴瓦相关联，并且其中所述轴承间隙包括多个轴承间隙段，每个轴承间隙段与一倾斜轴瓦相关联，

其中每个第一表面段是光滑的且没有任何表面造型，并且在倾斜轴瓦与相对的第二表面之间的每个单独的轴承间隙段在所述轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中每个第一表面段包括具有弯曲或角形状的障碍区(22)，其中该弯曲或角形状限定指向下游的顶部(36)，其中所述障碍区被构造成当所述第一表面和所述第二表面相对彼此运动时通过在所述障碍区中局部增加粘度或局部降低滑移速度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区(24)中，特别是位于每个顶部(36)的正上游的峰值区(38)中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高。

28.根据权利要求21至23或25至27中的任一项所述的动压止推轴承装置，其中该轴承是轴颈轴承或锥形轴承，其中弯曲或成角度的障碍区(22)围绕所述第一表面或所述第二表面的圆周间隔开并在轴向距离(Da)上延伸。

29.一种动压轴颈轴承装置，包括：

围绕轴延伸的圆筒形轴承构件(13)，其中所述圆筒形轴承构件(13)包括面向内的第一表面(12)；

轴(50)，包括面向外的第二表面(14)，其中所述动压轴颈轴承装置具有轴承长度(L1)并具有第一端(40A)和相对的第二端(40B)；

存在于所述第一表面(12)与所述第二表面(14)之间的轴承间隙(16)，其中所述轴承间隙具有位于第一轴承端的第一轴承间隙端(26A)和位于第二轴承端的第二轴承间隙端(26B)，其中所述第一轴承表面(12)和所述第二表面(14)是光滑且连续的，所述轴承间隙填充有润滑剂，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂、或具有可控滑移速度的润滑剂；

至少第一激励器(20A)和第二激励器(20B)，嵌入在所述第一表面或所述第二表面中并且被构造成在所述轴承间隙中的第一障碍区(22A)和第二障碍区(22B)中局部增加润滑剂的粘度或局部降低滑移速度，其中当被激励时所述第一激励器和所述第二激励器在所述第一障碍区和所述第二障碍区中增加润滑剂的粘度或降低滑移速度，并阻止润滑剂流过所述第一障碍区和所述第二障碍区，

其中所述第一表面(12)和所述第二表面(14)没有表面造型，并且是光滑且连续的，并且在所述轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中所述轴承间隙包括其中不阻止润滑剂的流动的至少一个非障碍区(24)，

其中所述第一轴承间隙端和所述第二轴承间隙端是环形的，并围绕所述轴延伸，且在与纵向轴承轴线(30)正交的平面中延伸，

其中所述第一障碍区和所述第二障碍区是环形的，并且位于该轴颈轴承装置的相对的端(40A，40B)处，其中所述非障碍区位于所述第一障碍区与所述第二障碍区之间，

其中所述第一障碍区阻止润滑剂到达所述第一轴承间隙端，并且其中所述第二障碍区阻止润滑剂到达所述第二轴承间隙端，

其中所述第一障碍区和所述第二障碍区一起阻止润滑剂流出所述非障碍区并通过所述轴承间隙端流出所述轴承间隙。

30.根据权利要求29所述的动压轴颈轴承装置，其中所述轴承间隙的高度在周向上变化。

31.根据权利要求29或30所述的动压轴颈轴承装置，其中所述轴承间隙的高度在轴向上是恒定的。

32.根据权利要求29至31中的任一项所述的动压轴颈轴承装置，其中所述轴承装置具有长度(L1)，并且其中每个障碍区具有宽度(Woz)，其中每个障碍区的宽度(Woz)小于所述长度(L1)的10％。

33.一种包括轴(50)的驱动组件(100)，其中所述轴由根据前述权利要求中的任一项所述的至少一个轴承装置支撑。

34.根据权利要求33所述的驱动组件(100)，其中所述轴由根据权利要求1至32中关于轴颈轴承装置的任一项所述的第一轴承装置(10A)、根据权利要求1至32中关于轴颈轴承装置的任一项所述的第二轴承装置(10B)以及根据权利要求1至32中关于止推轴承装置的任一项所述的第三轴承装置(10C)支撑，其中所述第一轴颈轴承装置和所述第二轴颈轴承装置将所述轴定位并在两个独立的径向方向(Y，Z)上为所述轴提供支撑，所述第三止推轴承装置将所述轴定位并在轴向方向(X)上为所述轴提供支撑。

35.一种船舶，包括船体(106)、发动机(108)、螺旋桨(110)以及将所述发动机与所述螺旋桨连接的根据权利要求33或34所述的驱动组件。

36.一种动压轴承装置(10)，包括：

第一轴承表面(12)；和

面向所述第一轴承表面(12)的第二轴承表面(14)，其中所述第一轴承表面和所述第二轴承表面被构造成相对彼此围绕主旋转轴线(30)旋转；

所述第一轴承表面与所述第二轴承表面之间限定的轴承间隙(16)，所述轴承间隙填充有润滑剂，其中润滑剂是磁流变液体或电流变液体、具有随温度变化的粘度的润滑剂或具有可控滑移速度的润滑剂；

多个激励器(20)，嵌入在所述第一轴承表面或所述第二轴承表面中，并被构造成在多个障碍区(22)中局部增加润滑剂的粘度或局部降低滑移速度，从而阻止润滑剂流过每个障碍区中的所述轴承间隙；

多个非障碍区(24)，在所述多个非障碍区中不阻止润滑剂的流动，其中在所述第一轴承表面与所述第二轴承表面之间的相对运动的方向上，所述障碍区和所述非障碍区交替设置，每个非障碍区位于相关联的障碍区的上游，

其中每个障碍区具有弯曲或角形状，其中该弯曲或角形状限定指向下游的顶部(36)，其中所述障碍区被构造成当所述第一表面和所述第二表面相对彼此运动时通过在所述障碍区中局部增加粘度或局部降低滑移速度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区中，特别是位于每个顶部(36)的正上游的峰值区(38)中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高，

其中所述轴承装置是倾斜轴瓦轴承装置，并且包括多个能倾斜的倾斜轴瓦(80)，其中所述第一表面(12)包括多个第一表面段(12A，12B，12C)，每个第一表面段与一倾斜轴瓦相关联，并且其中所述轴承间隙包括多个轴承间隙段，每个轴承间隙段与一倾斜轴瓦相关联，

其中每个第一表面段是光滑的并且没有任何表面造型，并且倾斜轴瓦与相对的第二表面之间的每个单独的轴承间隙段在所述轴承间隙的高度中没有任何突变，

其中每个第一表面段包括具有弯曲或角形状的障碍区(22)，其中该弯曲或角形状限定指向下游的顶部(36)，其中所述障碍区被构造成当所述第一表面和所述第二表面相对彼此运动时通过在所述障碍区中局部增加粘度或局部降低滑移速度并阻止润滑剂流过每个障碍区而使位于每个障碍区上游的非障碍区中，特别是位于每个顶部(36)的正上游的峰值区(38)中的轴承间隙内的润滑剂的压力局部升高。

37.根据权利要求36所述的动压轴承装置，其中每个障碍区包括相对于径向成角度地延伸的左段(42)和右段(40)，其中所述左段和所述右段将润滑剂引向所述峰值区(38)。

38.根据权利要求36或37所述的动压轴承装置，其中每个顶部位于所述第一表面或所述第二表面的中央区域中，其中所述顶部(38)特别地位于距所述第一表面或所述第二表面的内轴承端(26B)一距离(A1)处，所述距离(A1)为所述第一表面或所述第二表面的宽度(W1)的30％-70％，更特别地40％-60％。

39.根据权利要求36至38中的任一项所述的动压轴承装置，所述动压轴承装置是止推轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面是平坦的并且与所述主旋转轴线正交地延伸，其中所述障碍区在径向距离(Dr)上延伸。

40.根据权利要求36至39所述的动压轴承装置，其中所述第一表面和所述第二表面是环形的，并且其中所述轴承间隙是环形的。

41.根据权利要求36至40中的任一项所述的动压轴承装置，其中所述障碍区(22)具有V形或U形。

42.根据权利要求36-38或40-41中的任一项所述的动压止推轴承装置，其中该轴承是轴颈轴承或锥形轴承，其中弯曲或角形的障碍区(22)围绕所述第一表面或所述第二表面的圆周间隔开并在轴向距离(Da)上延伸。

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