TWI530628B - 軸承結構 - Google Patents

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約瑟夫 契摩曼
阿道夫 契茲曼
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契摩曼＆許爾波運用技術有限公司
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Description

軸承結構
本發明關於一種軸承結構，用於將構件支承及/或導引，其中下文只用「支承」一詞涵蓋。
軸承結構可分成各種不同類別，舉例而言有滾動軸承及在一油膜上跑動的滑動軸承。而另一種將軸與心軸或滑架利用空氣軸承以無接觸方式支承住的方式(空氣軸承)，係同樣對行家而言為習知者。
一空氣軸承由至少二個構件，它們以無接觸方式中間隔一空氣膜相倚滑動。為了防止該二構件接觸，一構件面上有孔，空氣由該孔跑出，但這種構造方式的空氣軸承有各種不同的缺點：其一缺點為韌性小，如此在受交替的負荷時，這種類型的軸承容易振動，但這點可利用特定之軸承形式及軸承構造方式部分地避免。同樣地習知者還有不須供應空氣的空氣軸承，而使用一超音波空氣軸承，文獻中亦稱為「壓榨膜軸承」(Squeezerfilmlager)。舉例而言，在文獻美專利US 466635A發表了一種此類裝置。其中提到一種軸承，其中傳壓電式小板(Piezopltchen,英：piezo-platelet)激發以作振動。壓電式小板的振動作用在壓電式小板的表面與一個對立面之間產生空氣膜。這種結構舉例而言可用於支承個人電腦(PC)的硬碟(Festplatte)。對於較大及/或負荷較高的構件，這種結構幾乎很難適合，因為利用壓電小板能達成的振幅很小。
此外，舉例而言，在文獻DE 19904420中將一壓榨膜軸承與一自身激發的空氣軸承組合，其中該壓榨膜軸承當作「起動裝置」使用，因為該自身激發的空氣軸承在起動階段仍無空氣膜，這是由於在自身激發的空氣軸承的場合有運動時，空氣膜才會由於運動而產生。因此這種軸承在起動階段不能承受大力量。
在快速轉動之高負荷機器，例如小型渦輪、車輛壓縮機及引擎的渦輪負載器(Turbolader)，產生大的且部分地大幅波動的支承力量，因為這些機器與裝置往往呈不連續式操作方式工作，因此傳統的空氣軸承由於它們容易振動，並不適用，且具有壓電式小板的超音波軸承不能承受這種大力量。
迄今，如果有較大軸承力量，則須使用滾珠軸承或用油潤滑的滑動軸承。
但滾珠軸承或用油潤滑的滑動軸承具有行家所知的各種缺點，例如該軸承能操作的溫度範圍很有限，同樣地，這些軸承須作封裝，俾將特定之侵蝕性介質(它們會損壞軸承)與軸承保持遠離。此外，這些軸承會受磨損。
因此本發明的目的在克服先前技術的上述缺點以及提供一種較高負荷用的強固軸承，它即使在大幅波動及較高的溫度範圍也能操作。此外該軸承須儘量不磨損。
這種目的係利用申請專利範圍第1項及第2項的軸承結構達成，其中該二個申請專利範圍獨立項的標的係為本發明的主構想的下位關係。
依申請專利範圍第1項之一種軸承結構，具有一軸，有一轉子設在該軸上成為可繞該軸轉動的方式，且該軸上設有一超音波振盪器以產生一空氣膜，如此形成一種無接觸式的支承作用，其中，該超音波振盪器沿軸向耦合在該軸上，其中該軸承結構與該超音波振盪器設計成至少使得該軸之承載的部段(轉子在此承載部段上轉動)振動，如此在該轉子軸承面與該軸的軸承面之間形成該空氣膜或氣體膜，該空氣膜或氣體膜承受軸承力量且造成該無接觸式的支承作用。
在此，並不能作特別的性質限定，例如軸承的度量尺寸，因為度量尺寸的設計和許多邊緣條件有關。但對行家而言很清楚地，他們知道如何利用該軸向耦合之所述技術指導而設計這種結構，以形成該空氣膜或氣體膜。
如果該軸承膜要在正常大氣中操作，則形成一空氣膜。舉例而言，如果該軸承要在一特定之保護氣體中操作，則由此保護氣體形成一氣體膜。
本發明的優點在於：這種軸承結構可遠比迄今習知的空氣軸承來承受大得多的軸承力量。此外，這種軸承結構即使在較高溫度也可使用(例如在這種高溫不再能使用那種用油潤滑的滑動軸承)。
依申請專利範圍第2項的一種軸承結構，具有一導引 軌，有一滑架可在其上沿導引軌運動，其中該滑架嵌入該導引軌中或圍扣住此導引軌且有一超音波振盪器耦合在該導引軌的一端側上，其中該軸承結構與超音波振盪器的度量設計成使該導引軌的至少一承載部段[滑架在此承載部段上移行]振動，如此在導引軌與滑架之間形成一空氣膜或氣體膜，該膜承受該軸承力量且造成一種無接觸式的支承作用。此項之本發明的優點與性質和依申請專利範圍第1項之本發明的優點與性質相同。
在依申請專利範圍第3項的軸承結構，該軸設計成圓柱形且轉子有一個與該軸配合的孔。在本發明此實施例，轉子須在側邊支持住，俾使它不致滑掉。
在依申請專利範圍第4項的軸承結構，該軸設計成錐形，且轉子有一種與該軸配合的內錐形，在本發明此實施例，轉子不須作支持，因為它會自動對準中心。
在依申請專利範圍第5項的軸承結構，設有一個側邊止擋部以將轉子上擋住，其中該止擋部同樣地振動且與轉子的側面形成一種無接觸的軸承。此軸承結構係本發明的一特佳實施例。行家們很清楚，對一整個軸承須使用二個或更多的此類結構。
同樣地很明顯地，一種超音波產生器的軸向耦合的技術方法可有許多變化且可組合使用，因此這些變化和組合同樣包含在本發明的保護範圍中。
本發明在以下配合圖式詳細說明。
圖4顯示一環形轉子(5)，它以可轉動的方式支承在一軸(4)上。此軸(4)沿軸向用一超音波振盪器(1)激發，使得在軸(4)表面造成振動，此振動配合環形轉子(5)的內面形成一壓榨膜軸承。軸(4)的振盪性質可利用以下措施影響，以將軸承的慣性及跑動性質改變。軸(4)可依圖2設計成空心狀及/或依圖3另外設有槽孔。超音波振盪器(1)的雙箭頭顯示振盪方向。圖1～圖3中的虛線顯示軸(4)之不同的振盪性質，這種性質利用軸(4)的不同形狀而改變。軸的激發作用可利用一放大器(升壓器)喇叭(3)(Boosterhorn)加強。此外，空心軸也可有一個具不同內直徑及/或階段式內直徑的孔(5)。
利用一側邊的支持盤(2)(它同樣地振動)形成一種特別簡單而合意的軸承結構，因為要產生側邊的壓榨膜軸承不需附加的超音波振盪器。
圖5顯示一錐形的軸承結構，其中轉子(5)有一內錐形，它和一外錐形(4)配合，其中該外錐形(4)與超音波振盪器(1)耦合，本發明此實施例的優點在於：轉子(5)在外錐形(4)上會自動對準中心。
圖6顯示具圓心橫截面的一導引軌(6)，它支持在二個支持位置(7)上。一滑架(8)可沿雙箭頭的方向移動。導引軌(6)一側利用一超音波振盪器激發以作振動，這點用箭頭象徵表示。在此，形成一壓榨膜軸承，因此滑架(8)以無接觸的方式在導引軌(6)上滑動。
軸或軌的材料可為金屬或玻璃或其他材料，該材料要具有所需之振盪機械性質。
行家應當知道，這些技術揭示包含所有的運動架上的變化，例如一軸向激發的振動的空心軸，一根軸支承在該中心軸中。
(1)．．．超音波振盪器
(2)．．．止擋部
(3)．．．放大器喇叭
(4)．．．軸
(5)．．．環形轉子
(6)．．．導引軌
(7)．．．支持位置
(8)．．．滑架
圖1係該軸承結構的一軸的一第一實施例；
圖2係該軸承結構的一軸的一第二實施例；
圖3係該軸承結構的一軸的一第三實施例；
圖4係依圖1的一軸，具有一轉子；
圖5係一錐形軸承構造；
圖6係一導引軌，具有一滑架。
(1)．．．超音波振盪器
(2)．．．止擋部
(3)．．．放大器喇叭
(4)．．．軸
(5)．．．環形轉子

Claims (5)

  1. 一種軸承結構，具有一軸(4)，有一轉子(5)設在該軸(4)上成為可繞該軸(4)轉動的方式，且該軸(4)上設有一超音波振盪器(1)以產生一空氣膜，如此形成一種無接觸式的支承作用，其特徵在：該超音波振盪器(1)沿軸向耦合在該軸(4)上，其中該軸承結構與該超音波振盪器(1)設計成使得至少該軸之承載的部段(轉子在此承載部段上轉動)振動，如此在該轉子軸承面與該軸的軸承面之間形成該空氣膜或氣體膜，該空氣膜或氣體膜承受軸承力量且造成該無接觸式的支承作用。
  2. 一種軸承結構，具有一導引軌(6)，有一滑架(8)可在其上沿導引軌(6)運動，其中該滑架(6)嵌入該導引軌(6)中或圍扣住此導引軌(6)且有一超音波振盪器耦合在該導引軌(6)的一端側上，其中該軸承結構與超音波振盪器的度量設計成使該導引軌(6)的至少一承載部段[滑架(8)在此承載部段上移行]振動，如此在導引軌(6)與滑架(8)之間形成一空氣膜或氣體膜，該膜承受該軸承力量且造成一種無接觸式的支承作用。
  3. 如申請專利範圍第1項之軸承結構，其中：該軸設計成圓柱形。
  4. 如申請專利範圍第1項之軸承結構，其中：該軸設計成錐形。
  5. 如申請專利範圍第3項之軸承結構，其中：設有一側向止擋部(2)以將轉子止擋住，其中該止擋部 同樣地振動且與該轉子的側面形成一種無接觸式軸承。
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