CN1228040A - 章动机械的支承轴承 - Google Patents

Abstract

在具有章动鼓1的章动机械中，如高强度粉碎机，支承轴承设有滚动轴承表面对(6和8，7和9)。为了减小功率损耗和磨损，由轴承表面对形成的各对互补接触轨迹具有相等的固定轴承表面(8，9)的轨迹长度与章动轴承表面(6，7)的轨迹长度之比。在一个实施例中，通过在两对表面中具有与固定轴承表面9和章动轴承表面之间相同的轨迹长度，可以获得章动件的非旋转运动。

Description

章动机械的支承轴承

本发明涉及支承和限制由章动运动驱动的机械元件的轴承。

为了便于说明，机械元件相对于固定框架的章动运动定义为该元件的运动，其轴线线与固定框架的固定轴线相交并且轨迹为圆锥面。在通常情况下，章动件相对于固定框架具有绕其轴线的基本旋转运动。章动运动的一种特殊情况是章动件不具有基本旋转运动。

章动机械具有各种各样的应用，包括用于惯性负载传动，高压力传动及要求其特有的圆锥运动的场合。惯性负载传动的应用包括一些驱动机械，用来振动筛分机和压实器，振动液体和粉末混合物，并振动磨碎机。章动机械由于章动件轴线线绕固定轴线的旋转幅度而产生很大的惯性力。与产生等量惯性力的离心旋转机械相比，章动件的表面速度和总动能通常较小。高压力传动的应用包括类似于高压滚碎机的粉碎装置，其中材料在两收缩表面间受压直到发生断裂为止。

已经发现，章动机械特别适用于高强度粉碎处理。在这类应用中，通过章动运动驱动腔室而在腔室内产生向心加速区，腔室内装有松散的研磨介质和待磨的固体颗粒。研磨介质内的运动和力使固体颗粒以由章动腔的向心加速度决定的速率逐渐破碎。高强度粉碎机械的特征在于在限制腔室进行章动运动的轴承表面产生很高的表面载荷。这将引起因为接触表面的高滑移速度而产生的过大的功率损耗和磨损，除非接触表面成适当的比例。本发明的章动机械几何形状的应用可以获得较低的功率损耗，而产生具有高机械效率的机械。

现有技术中的章动轴承在轴承表面产生较高的功率损耗和磨损。本发明提供了一种简单而有效的装置来克服这些限制。

图1示出了可以应用本发明的一类章动机械中目前使用的支承轴承现有技术的实例。图中示出了在澳大利亚专利申请568949中描述的章动机械中的支承轴承。元件101通过受互补轴承表面对106和108,107和109限制绕固定轴线104的章动运动而被驱动。在该实例中，互补轴承表面对106和108,107和109的接触轨迹并不限于具有相等的轨迹比例。因此，轴承表面在接触表面产生明显的滑移，从而产生过度的磨损和功率损耗。图1还示出分别在元件101和框架件105上的互补球形轴承表面110和111，元件101和框架件105通过使表面110和111的球心重合紧密配合而限制元件101的位置。轴承表面110和111的重要功能是在含固定轴线104的平面内将垂直指向固定轴线101的反作用力从元件101传递给框架件105。图1中章动件101的半径130小于框架件105上对应的相邻半径。因此在这些表面不发生接触和负载转移。

根据本发明，提供一种章动件的支承轴承，具有章动轴线的该章动件受轴承的限制以绕在章动对称点与章动轴线相交的固定轴线作章动运动，该支承轴承包括两对轴承表面，每对轴承表面具有位于固定支承件上的固定轴承表面和位于章动件上的章动轴承表面，各固定轴承表面在含有固定轴线和章动轴线的平面内与对应的章动轴承表面接触，各对轴承表面在对应的表面上形成互补的圆形接触轨迹。各对接触轨迹具有相同的固定轴承表面上平均轨迹长度与对应章动轴承表面的平均轨迹长度的之比。

实践中发现，在各接触区的中线测得的固定支承平面上平均轨迹长度与对应章动轴承表面的平均轨迹长度的比值的差别应在0.8％以内，最好在0.4％以内，这些数值之外的值与在接触表面产生很高的滑移相关，对应过度的磨损和功率损耗。

在本发明的一实施例中，提供用来限制章动件绕其章动轴线相对于固定框架的基本旋转的装置。在该实施例中，各对互补接触轨迹中每一对的轨迹长度比保持大约为1。在章动机械所有设想的应用中都不需要章动件的非旋转运动。例如，在惯性振动驱动机构的应用中的优点在于，为了使轴承表面的磨损最小化并使这种磨损分布均匀，绕固定轴线产生章动件的某些旋转蠕动。

在本发明的另一实施例中，章动件并不限于绕其章动轴线的旋转。在该实施例中，如上所述，对于各对互补接触轨迹的轨迹长度比不是同一个数值。(假设如上所述，对于所有的接触轨迹对来说，该比值都保持大致不变)。章动件绕其章动轴线进行基本旋转，和轴承各接触轨迹比值之比与1的偏差成正比。如果所有接触轨迹比值都相等，章动件在框架上的轴承接触表面滚动，而不滑移。如果轴承接触轨迹比值不相等，则在所有接触表面上产生滑移，从而产生对应的磨损和功率损耗。

在本发明所描述的实施例中，具有较大径向间隙的部分球形互补轴承表面设置在固定支承件和章动件上，相对于章动对称点对称以限制章动件的运动。

在本发明的一实施例中，支承轴承包括第一对接触轴承表面对，在含有固定轴线和章动件的章动轴线的径向平面内具有相配的凹凸外形，所述凹凸外形在接触区内具有紧密匹配的曲率；第二对接触轴承表面对，具有大致锥形的配合表面。

在本发明的又一实施例中，支承轴承包括两对相邻的接触轴承表面，在含有固定轴线和章动件的对称轴线的径向平面内具有相配的凹凸外形；第三对接触面，具有大致锥形的配合表面。

在如上所述的实施例中，大致锥形的轴承表面包括较大的锥角，极端的情况是锥角为180°，此时轴承表面为平面。

尽管其它形式也属于本发明的保护范围，此处参照附图描述了本发明的一优选实施例，其中：

图1为通过如上所述的现有技术中章动机械的固定轴线的轴线向剖视图；

图2为通过本发明一实施例(为高强度粉碎机)的固定轴线的轴线向剖视图；

图3为形成图2中机械的一部分的支承轴承的放大图；

图4为包括图3中轴承的一部分的凹凸相配的轴承表面的放大图，其中轴承表面具有单点接触；

图5为图3中相配的凹凸表面的备选实施例，其中轴承表面具有两点接触；

图6示出图3中支承轴承的又一实施例，其中相配的锥形轴承轴承表面具有另一种几何形状；

图7示出图3中支承轴承的又一实施例。

说明书及附图中相似的部分标以相同的标号。

图2示出的实施例为高强度粉碎机，包括：相对固定转轴线4，与章动对称轴线2成夹角12，章动对称轴线2与轴线4在章动对称点3相交；章动组件1，包括相对于轴线2对称的研磨腔13和进给通道14；排放格15，用于在绕相对固定转轴线4的章动运动中驱动研磨腔13的输入驱动轴线16；由一个或多个框架件5组成的支承组件，用于支承研磨腔并将由其运行产生的力和力矩传递给合适的架座。在该实施例中，扭转限制机构防止章动组件1绕章动对称轴线2的旋转，扭转限制机构包括固定在章动组件1上的章动斜齿轮，其与连在框架件5上的固定斜齿轮啮合。章动进给通道14与框架件5相通，并一直到其顶端的进给开口19。

在图2所示的机械工作过程中，输入驱动轴线16被驱动进行旋转运动，旋转运动通过中间驱动机构(未示出)转化为研磨腔13的章动运动。固体进给颗粒20供给进给开口19，通过重力作用由进给开口19经进给通道14至研磨腔13。进给颗粒与松散的固体研磨介质21碰撞，并逐步被破碎成细小的微粒。进给颗粒20的细小微粒通过排放格15从研磨腔13排出。

图2中的章动组件1通过在图3和4中示出的章动轴承的表面6和8，7和9上连续的滚动接触被限制进行所需的绕转轴线4的章动运动。章动组件1在互补轴承表面对6和8,7和9上受到从质心23偏心地支承，固定轴承表面8、9相对于章动对称点3关于固定轴线4的两端点对称设置。

轴承的几何形状使对应的互补轴承表面7和9能够传递反作用力，该力在含有章动件2的对称轴线和固定轴线4的平面内垂直于固定轴线4由件1指向件5。

下面参照附图描述本发明的使用和工作过程。

图2中的章动组件1通过在章动组件1和框架件5上的两对接触轴承表面之间的连续滚动接触而被限制进行绕转轴线4所需的章动运动。章动组件1的章动运动限制是由环形章动轴承表面7和章动锥形轴承表面6提供的，环形章动轴承表面7在框架5上的相对的固定环形轴承表面9上滚动，章动锥形轴承表面6在框架5上的相对的固定锥形轴承表面8上滚动。轴承表面6和8突出而容纳大半径凸形的近似于锥形轴承表面产生的不同轴度误差。

在图2和3所示的实施例中，章动组件1绕其轴线2的旋转受到限制，由互补轴承表面对7和9,6和8产生的接触轨迹具有与另一对不同的共有轨迹长度，从而使表面滚动而不滑移，从而对应产生较低的摩擦功率损耗并使磨损最小化。两对互补接触轨迹并不限于具有相同的尺寸，对应的轨迹长度可以不同(假设各轴承表面对内轨迹长度是相等的)。在本发明的其它一些实施例中，章动组件1可以绕其对称轴线2旋转。在这种情况下，由两对互补轴承表面7和9,6和8产生的接触轨迹对的长度不必须是相等的。接触轨迹长度的不相配将导致通过作用在接触表面的摩擦力而驱动章动组件1绕对称轴线2旋转。接触表面7和6分别经过表面9和8的旋转蠕动而使在接触表面的摩擦磨损分布均匀。在会产生接触表面的蠕动的应用中，接触表面的滑移、轴承表面6、7、8和9的功率损耗和磨损通过使固定轴承表面9和8分别与对应章动轴承表面7和6具有相等的比值而得以最小化，如下限定：

L9/L7=sin(角29)/sin(角29+角12)

=L8/L6=sin(角28)/sin(角28+角12)其中，L7为轴承表面7中产生的接触轨迹长度，等等。当固定轴承表面8和9的接触区分别位于假设的直立圆锥表面25和26上时该条件可以满足。直立圆锥表面25和26分别具有与固定轴线4重合的轴线，顶点在章动对称点3上，绕相对于对称点3的固定轴线4的两端点设置，并分别具有相等的半锥角28和29。在如图2所示的本发明的实施例中，不允许章动组件1相对于框架件5的旋转蠕动的特殊情况代表着上述接触轨迹关系的特殊情况，即：

L7=L8且L6=L8当假设直圆锥表面25和26的半锥角28和29的值如下限定时该条件可以满足：

角28=角29=90°-0.5*角12

章动组件绕固定轴线4章动的动力效果可以用惯性反作用力22表示，惯性反作用力22由离心加速作用产生，作用于章动组件1的质心23并从固定轴线4出发作用在径向方向。如图2所示，动态力22在互补轴承表面7和9,6和8从章动组件传递到框架件5。力22与轴承表面7和9,6和8的偏心性导致力22除了以反作用力的形式作用在轴承表面8和9上，将一力矩传到框架件5。互补轴承表面7和9的轮廓的径向截面为凹凸形式，具有紧密配合的曲率半径，如图4所示。由于这种几何形状的结果，通过章动组件1相对于固定轴线4的很小的径向位移，轴承表面7和9的接触点在相对于固定轴线4很长的径向距离上可以是变化的，如图4所示，对应在接触点垂直于轴承表面的矢量24的倾角的较大变化。矢量24对应在轴承表面7和9由章动件1传递到框架件5的反作用力的方向。矢量24倾角的取值范围使惯性力22大致在凸轴承表面9传递给框架件5，锥形轴承表面8主要传递由于力22的偏心产生的力矩。随着研磨腔13的重量由于腐蚀磨损而减小，惯性力22的模在研磨腔13的整个工作寿命上逐渐变化。相应地，轴承表面7和9的接触区通过章动组件1很小的径向位移而连续地调整，而保持在接触点产生的总的反作用力与表面垂直矢量24重合。

图5示出了图3中本发明的又一实施例，其中相配的凹凸轴承表面在两点接触，代替图3中的单点接触特性。在该实施例中，章动组件带有两个凹的轴承表面7A和7B，与互补的轴承表面9滚动接触。力在轴承表面的接触点由章动组件1传递到框架件5，由力矢24A和24B示出。这两个反作用力的综合效果用合成力矢量24示出。从图5可以看出：由于力分量24A和24B的变化，力矩量24的倾角在很大范围内变化，而无需任何对于如上所述图4中轴承的章动组件1的径向位移。

章动组件1上的大致球形的轴承表面10与框架件5上的互补表面11配合在垂直于图2和3的方向上提供绕章动对称点3的章动组件1的中心位置，并将反作用力在该方向从章动组件1传递到框架件5。通过轴承表面对6和8,7和9的配合提供在含有轴线2和4的平面内章动组件1的位置。随着研磨腔13绕固定轴线4的章动运动，能量由章动组件1传递到松散的研磨介质21。能量很明显是以松散研磨介质21和研磨腔13的壁之间的反作用力传递的，径向地指向固定轴线4，位于从图2和图3的平面绕固定轴线1位移的平面内。由于能量的反作用力从图2和3的平面位移的结果，垂直于该平面的力的分量不能在轴承表面7和9传递到框架件5，为此在章动组件1和框架件5上分别设置绕章动对称点3的大致球形的互补轴承表面10和11。在反作用表面10和11上设置较大的径向间隙而使图2和3平面内章动组件1的径向位移较小而不使这些表面接触。

在本发明的另一实施例中，如图6所示，在两组轴承表面7和9,6和8之间一对互补轴承表面的几何形状变为改变分担惯性力22的负载的比例。在图6所示的实施例中，大致锥形轴承表面6和8的顶点从章动对称点3移开。通过适当地选择锥形轴承表面6和8的角度，在这些接触表面由章动组件1传递到框架件5的惯性力22的比例得到控制而产生机械的最大负载量。尽管该实施例中轴承表面6和8的倾斜导致它们的轮廓偏离假设的锥形表面25，它们接触区的平均点仍保持大致靠近表面25，该实施例的效果是对于给定的力22减少了在轴承表面7和9上的反作用力矩，并减少力矢量24与固定轴线4的倾角。这减小了轴承表面7所受负载的偏心性，因此，由于弯曲作用产生的在该表面区域内应力水平相应地下降。

图7示出了图3所示支承轴承的又一实施例。通过在相对的框架件5的固定环形轴承表面9上滚动的环形轴承表面7和在相对的框架件5的固定锥形或平面轴承表面8上滚动的锥形章动轴承表面6而对章动件1的章动运动进行限制。轴承表面7和9与在图中平面内具有大致相等的曲率半径的轴承表面呈大致线性接触。轴承反作用力24的作用点绕轴承表面7变化以将反作用力的角度方向与在力作用点的表面垂直矢量相配。由于章动件1上轴承表面6和7的位置施加的几何形状限制这种轴承只适于允许存在章动件1的基本旋转运动的场合。

通过将固定轴承表面8和9的接触轨迹长度与章动组件1上对称的表面6和7的接触轨迹长度设置成相等的比值，使磨损和功率损耗最小化。通过使平均接触线25和26相对于固定轴线4的倾角相等而满足这一条件。

通过这种方式，提供一种较简单，结构紧凑的章动机械支承轴承，其功率损耗低，即使在轴承表面逐渐磨损的情况下也能够连续可靠、高效地工作。

Claims (15)

1．一种章动件的支承轴承，所述具有章动轴线的章动件受所述轴承的限制而绕在章动对称点与章动轴线相交的固定轴线章动运动，所述支承轴承包括两对轴承表面，每对轴承表面具有位于固定支承件上的固定轴承表面和位于章动件上的章动轴承表面，各固定轴承表面在含有固定轴线和章动轴线的平面内与对应的章动轴承表面接触，各对轴承表面在对应的表面上形成互补的接触轨迹，各对接触轨迹具有相同的固定轴承表面上平均轨迹长度与对应章动轴承表面的平均轨迹长度之比。

2．如权利要求1所述的章动件支承轴承，其中，固定轴承表面在对称点的两侧关于固定轴线对称设置。

3．如权利要求1或2所述的章动件支承轴承，其中，对于各对接触轨迹来说，固定轴承表面的平均轨迹长度与对应章动轴承表面的平均轨迹长度之比大致为1∶1。

4．如权利要求3所述的章动件支承轴承，包括扭转限制装置，设置用于防止章动件绕固定轴线旋转。

5．如权利要求4所述的章动件支承轴承，其中，所述扭转限制装置包括安装在章动件上的斜齿轮件，与安装在固定支承件上的斜齿轮件相配合，所述斜齿轮件分别与章动轴线和固定轴线同轴线。

6．如权利要求5所述的支承轴承，其中，所述斜齿轮件锥形螺旋表面的顶点分别与章动对称点相交或在其附近。

7．如权利要求6所述的支承轴承，其中，所述斜齿轮件的锥形螺旋表面的半锥角等于90°减去固定轴线和章动轴线之间夹角的一半。

8．如权利要求1至7中任一项所述的支承轴承，其中，一对轴承表面具有相配的凹凸外形，另一对轴承表面具有相配的大致锥形外形。

9．如权利要求1至7中任一项所述的支承轴承，其中，一对轴承表面由在固定支承件和章动件之一上的两个相邻凹表面构成，凹表面与在固定支承件和章动件的另一个上的凸表面形成接触轨迹，在两个相邻凹表面及凸表面之间有两个接触点，另一对轴承表面具有相配的大致锥形外形。

10．如权利要求9所述的支承轴承，其中，所述两相邻凹表面位于章动件上，凸表面位于固定支承件上。

11．如权利要求8至10中任一项所述的支承轴承，其中，大致为锥形的那对轴承表面的顶点位于章动对称点上或其附近。

12．如权利要求1至11中任一项所述的支承轴承，包括关于章动对称点对称的凹球形固定反作用表面，与章动件上呈凸球形的对应表面起作用。

13．如上述任一项权利要求所述的支承轴承，其中，轴承表面上的互补接触轨迹位于或靠近两假设锥形表面，所述假设锥形表面的顶点在章动对称点上或靠近章动对称点，并且两表面具有从固定轴线出发测得的相等的半锥角。

14．如权利要求13所述的支承轴承，其中，从固定轴线出发测得的半锥角的大小为90°减去固定轴线和章动轴线之间夹角的一半。

15．如权利要求1至14中任一项所述的支承轴承，用于章动粉碎机中。

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