专利名称：真空泵的制作方法
真空泵
技术领域：
本发明涉及泵的插入件，涉及包括这种插入件的真空泵，并且涉及组装 泵才翁入4牛的方法。
背景技术：
通常，真空泵包括本体和转子，转子被支撑以相对于本体旋转，用于 从与泵的入口连接的工具抽取气体。转子被轴承装置支撑，该轴承装置包 括分别位于转子端部或者介于转子端部之间的两个轴承。通常，上轴承为 磁轴承形式，而下轴承为滚动轴承形式。
如图1所示，常规的滚动轴承IO包括在转子14的周围延伸的内圈12、 外圈16以及多个由支架20支撑的滚珠18。滚动轴承10被润滑以便建立 分开滚动和滑动接触的轴承元件的承载膜，从而使得摩擦和磨损最小化， 并且设置防护元件22以防止从滚动轴承10泄露润滑油。径向制动环24 径向地设置于外圈16的径向端面和泵的本体26之间，用于制动外圈l6 的径向运动。轴向制动环28设置于外圏16的轴向端面和本体26之间， 用于制动外圈16的径向运动。滚动轴承10通过螺紋螺母30固定于转子 14,其螺接于转子的端部使得内圏12的上(如图示)轴向端面32与转子 14的靠接面34接触。
上磁轴承(未示出)通常包括安装在转子14上的一堆磁轴承转子圈 和一堆安装于可轴向调整的基座上的与转子圈同心并位于其中的磁轴承 定子圈，所述可轴向调整的基座的从泵的入口进入的。调整基座的轴向位 置使得一堆圈被轴向地偏移。由于圈之间的排斥力，转子14在轴向上被 偏置，使得轴向预加载施加于转子14。
当泵服务时，滚动轴承10和制动环24、 28通常被更换。由于轴承的 内圈12的上(如所示的)轴向端面和轴向制动环28的上轴向端面36之 间存在容差层叠(Tolerance Stack-up)，随着这些部件的更换这可能导
5致转子14位于不同的轴向方向。转子14在该位置的变化将改变通过磁轴 承施加于转子14的预负载；如果该预负载太高，则滚动轴承10可能遭受 过度磨损，同时如杲该预负载太低，则在使用泵期间转子14的部件可能 与泵本体26的部件碰撞。因此， 一旦滚动轴承l(M皮更换，泵不得不从所 述工具脱离使得用于磁轴承定子环的基座能够被调整，以便确保轴向预负 载位于所需的值。这会可观地增加服务于泵所需要的时间。
发明内容
本发明提供包括本体和转子的真空泵，所述转子被插入在其周围的插 入件支撑来相对于本体旋转，插入件包括金属的环形弹性支撑件，其包括 由多个柔性构件连接的内和外环形部分，弹性支撑件在滚动轴承的周围延 伸，所述滚动轴承具有内圈、固定于弹性支撑件的内环形部分的轴向预加 载外圈以及多个位于所述圈之间的滚珠。
在组装期间，滚动轴承能够被精确定位于支撑件中，使得当插入件装 配到转子时存在非常低的容差堆叠。结果， 一批插入件全部能够与滚动轴 承组装在同样位置。结果，当滚动轴承在泵服务期间被更换时，转子的位 置将不改变，这样转子的轴向预加载不存在变化，这样在服务期间不需要 将泵从工具分离。通过轴向地预加载轴的外圈，轴承中的任何内部间隙#皮 去除，从而消除了径向和轴向游隙，并且提高了系统稳定性。
本发明延伸到插入件本身，因此还提供用于插入在泵的转子周围的插 入件，所述插入件包括金属、环形弹性支撑件，其包括由多个柔性构件连 接的内外环形部分，所述弹性支撑件在滚动轴承的周围延伸，所述滚动轴 承具有内圈、固定于所述弹性支撑件的内环部分的轴向预加载的外圈以及 位于所述圈之间的多个滚珠。
内圏的轴向端面优选地相对于所述弹性支撑件的轴向端面^皮轴向地 移位。内圈的端面相对于弹性支撑件端面^f皮优选地轴向地移位1到3毫米 的距离，并且在优选的实施方案中，-波轴向地移位1.8毫米的距离。
外圈的外表面优选地附接于支撑件的内环形部分的内表面。各柔性构件优选地为延伸的弓形构件，基本于内外环形部分同心。在 优选的实施方案中，这些构件沿圓周对准。因此，弹性支撑件的柔性构件 能够提供所述弹性支撑件的整体的板片弹簧，并且因此决定所述弹性支撑 构件的径向刚度。弹性支撑件的径向柔性可以被容易地设计(例如使用有 限元方法)，以具有适合驱动轴的振动特性的预定的弯曲特性。可以获得
50到500牛顿/毫米范围的低径向刚性，从而满足泵所需的转子动力学； 降低径向刚性减少了泵的第二模式自然频率，其又减少泵满速时的振动的 传递，并且因此减少致使特定的轴失去平衡的泵振动的水平。鉴于此，在 不需要进行高速平衡的情况下，可以获得失去平衡的振动传输的可接受水 平，提供每个泵显著的费用减少。
弹性支撑件优选地由金属材料(例如退火钢、铝、钛、磷青铜、铍青 铜、铝合金或者钛合金)形成。在这种情况下，弹性支撑件的径向和轴向 刚性不会随着温度或者随着时间(即通过蠕变)而改变。
支撑件优选地使用粘合剂粘接于外圈。
本发明还提供组装泵插入件的方法，所述方法包括步骤将环形弹性 支撑件定位于滚动轴承的周围，所述滚动轴承具有内圈、外圈和多个设置 在所述圈之间的滚珠；将所述轴承相对于支撑件的轴向端面设置在支撑件 中期望的位置；以及在该位置，将所述支撑件固定到轴承的外圈，同时施 加预负载于轴承的外圈。
如上述讨论的，在期望的位置，内圈的轴向端面相对于弹性支撑件的 轴向端面^皮优选地轴向移位。可以使用隔离片以便将所述轴承定位在期望 的位置，使得内环的端面相对于弹性支撑件的端面被轴向地移位期望的 量。例如，隔离片可以具有用于与支撑件的端面接合的支撑接合部分，以 及当支撑端面被隔离片的支撑接合部分接合时以期望的量突出到支撑件 的孔中的轴承接合部分。轴承能够容易地设置在支撑件中，使得内圈的端 面接合隔离片的轴承接合部分，因此使得轴承能够被精确地设置在支撑件 中的期望位置。弹性构件例如弹簧能够被设置在隔离片和外圈之间，用于 当弹性构件被设置在期望位置时施加轴向负载到轴承上。本发明进一步提供组装真空泵的方法，所述真空泵包括本体和被支撑
用于相对于本体旋转的转子，所述方法包括步骤将如上所述的插入件滑 动越过转子直到支撑件的轴向端面接合本体以及轴承内圈的轴向端面接 合转子；以及将插入件固定到转子。
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明优选的特征，其中
图1示出了支撑泵的转子的已知滚动轴承的横截面视图2示出了包含滚动轴承的泵插入件的横截面视图3示出了图2中的插入件的弹性支撑件的透视图4示出了组装图2中的插入件的方法；以及
图5示出了图2中的插入件支撑泵转子的横截面视图。
具体实施方式
图2示出了泵插入件50的横截面视图，其形成了泵轴承装置的部分。 插入件50包括如上参考图1所述的已知的滚动轴7fc 10,并且滚动轴承10 包括内圈12、外圈16以及多个由支架20支撑的以允许内圈12和外圈16 相对旋转的滚珠18 。滚动轴承10被润滑以便建立分开以滚动和滑动接触的 轴承部件的承载膜，使得磨擦和磨损最小，并且提供防护元件22以防止润 滑油从滚动轴承10泄露。
滚动轴承10设置于环形弹性支撑件52中，环形弹性支撑件52更详细 的细节由图3示出。弹性支撑件52包括具有整体的内外环形部分54、 56的 金属构件，其中内外环形部分54、 56由支撑件52中的加工槽60形成的多 个整体的柔性构件58连接。各柔性构件58通过第一弹性铰链62连接于内 部分54,并且通过第二弹性铰链64连接于外部分56。各柔性构件58为延 长的弓形构件，并基本与内外环形部分54、 56同心，并且如图3所示，柔 性构件58优选沿周向对准。因此，弹性支撑件52的柔性构件58提供弹性支撑件52的整体板片弹簧。
返回图2,优选地使用粘合剂，将轴承10的外圈16的外径向表面38 固定于支撑件52的内部分54的轴向延伸的内圆筒形表面66。轴承10优选 地设置于支撑件52中的适当位置，在该位置轴承10的内圈12的轴向端面 32由径向端面68轴向地位移了期望的量y，所述期望的量y优选地介于1 到3毫米的范围，并且其在优选的实施方案中为1.8毫米。
图4示出了组装插入件50的方法。使用隔离片80以便将轴承10设置 在支撑件52中期望的位置。隔离片80具有用于接合支撑件52的轴向端面 68的支撑接合部分82，以及用于接合轴承10的内圈的轴向端面32的轴承 接合部分84。支撑接合部分82具有设置于支撑件52的轴向端面68上的环 形平面86,使得隔离片80的轴承接合部分84通过期望的量y突出到支撑件 52的孔70中。轴承10 ^^皮插入到支撑件52的孔70中，并且^支向前推动直到 内圈12的轴向端面32接合隔离片80的轴承接合部分84的轴向端面88。随 后轴承10被固定于支撑件52,优选地使用粘合剂将轴承10的外圈16的外 径向表面38粘接到支撑件52的内部分54的内圆筒形表面66。
仍然如图4所示，弹性构件90 (优选地为拉簧)被设置于隔离片80和 轴承10之间。弹性构件90优选地使得一端连接于隔离片80的环形表面86， 从而使得弹性构件保持在适当位置。随着轴承10向着隔离片80移动，弹性 构件90在隔离片80和轴承10的外圈16之间^^缩，从而将轴向负载施加 在外圈16上。当将轴承IO设置在期望位置时，该弹性构件90将已知的轴 向负载施加于外圈16上，使得外圈16在组装完的插入件50中 ^皮轴向地预 加载。
使用隔离片80能够这样依次对一批插入件50进行组装，使得在该批 中每个滚动轴承10相对于其支撑件52被设置在同样的位置，并且各滚动 轴承10具有同样的轴向预加载。
图5示出了插入件50位于真空泵的转子14周围的现场情况。在泵的 组装期间，并且在转子14被保持以防止其旋转的情况下，插入件50被设 置跨越过转子14的端部15,并且沿着转子14滑动直到支撑件52的轴向端面68接合泵本体26，并且轴承10的内圈12的轴向端面32接合转子 14的对接表面34。随后油性螺母(oil nut) 30:故螺接于转子14的端部 直到将轴承10的内圈12固定于转子14。如果泵还具有形成用于支撑转子 的轴承装置的部分的磁轴承，用于磁轴承的磁定子环的基座被调整，从而 施加期望的轴向预负载于转子14上。
在泵的工作期间，当泵在拆卸工具的现场时，转子14再次^^抑制以 防止其旋转，将油螺母从转子14上旋开取下，并且插入件50被从泵去除。 随后新插入件50被插入到转子14上，并且被滑入到适当的位置，将油螺 母30旋回转子14上而将插入件50定位。由于在支撑件52的轴向端面68 和轴承10的内圈12的轴向端面32之间存在非常低的容差堆叠，因此， 即使更换插入件50，其根本结果，转子14的轴向位置将几乎不变。因此， 不需要将泵从工具断开来调整转子14上的预加载。
权利要求
1.一种组装泵插入件的方法，所述方法包括步骤将环形弹性支撑件设置在滚动轴承的周围，所述滚动轴承具有内圈、外圈以及设置在所述圈之间的多个滚珠；将轴承相对于所述支撑件的轴向端面设置在所述支撑件中的期望位置；以及在该位置，将所述支撑件固定于所述轴承的外圈，同时施加预加载于所述轴承的所述外圈。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述期望的位置，所述内圈的 轴向端面相对于所述弹性支撑件的轴向端面纟皮轴向地移位。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中使用隔离片以便将轴承设置在期望 的位置，使得内圈的端面相对于弹性支撑件的端面^^皮轴向地移位期望 的量。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述隔离片具有用于接合所述支撑 件的端面的支撑接合部分，以及当所述支撑件的端面被隔离片的支撑 接合部分接合时以期望的量突出到支撑件的孔中的轴承接合部分，并 且其中所述轴承设置在支撑件中，使得内圏的端面接合所述隔离片的 轴承接合部分。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中在所述隔离片和所述外圈之间设置 有弹性构件，用于当其^皮设置在期望的位置时，将轴向负载施加于轴 承。
6. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述支撑件使用粘合剂粘 接于所述外圈。
7. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所迷弹性支撑件包括通过 多个柔性构件连接的内外环形部分，并且其中所述外圈的所述外表面 被固定于所述支撑件的所述内环形部分的内表面。
8. 用于插入到泵的转子周围的插入件，所述插入件包括金属的环形弹性 支撑件，其包括通过多个柔性构件连接的内外环形部分，所述弹性支 撑件在滚动轴承的周围延伸，所述滚动轴承具有内圈、固定于所述弹性支撑件的内环形部分的^^皮轴向预加载的外圏以及设置在所述圏之间 的滚珠。
9. 根据权利要求8所述的插入件，其中所述内圈的轴向端面相对于所述 弹性支撑件的轴向端面^^皮轴向地移位。
10. 根据权利要求8或者9所述的插入件，其中内圏的轴向端面以介于1 到3毫米范围的距离相对于所述弹性支撑件的端面被轴向移位。
11. 根据权利要求8到IO任一项所述的插入件，其中所述外圈的外表面附 接于所述弹性支撑件的内环形部分的内表面。
12. 根据权利要求8到11任一项所述的插入件，其中各柔性构件是延长的 弓形构件，其基本与所述内外环形部分同心。
13. 根据权利要求12所述的插入件，其中所述柔性构件沿周向对准。
14. 根据权利要求8到13任一项所述的插入件，其中所述柔性构件提供所 述弹性支撑件的多个整体板状弹簧。
15. 根据权利要求8到14任一项所述的插入件，其中所述金属材料包括退 火钢、铝、钛、磷青铜、铍铜、铝合金以及钬合金之一。
16. 根据权利要求8到15任一项所述的插入件，其中所述弹性支撑件使用 粘合剂粘接于外圈。
17. —种真空泵，包括本体和被轴承装置支撑用于相对于所述本体旋转的 转子，所述轴承装置包括根据权利要求8到16任一项所述的插入件。
18. —种真空泵，包括本体和转子，该转子^皮插入在该转子周围的插入件 支撑以相对于所迷本体旋转，所述插入件包括金属的环形弹性支撑件， 其包括由多个柔性构件连接的内外环形部分，所述弹性支撑件延伸在 滚动轴承的周围，所述滚动轴承具有内圈、固定于所述弹性支撑件的 内环形部分的轴向预加载外圏以及多个设置在所述圏之间的滚珠。
19. 一种组装真空泵的方法，所述真空泵包括本体和^皮支撑以相对于所述 本体旋转的转子，所述方法包括步骤使得根据权利要求8到16任一项所述的插入件滑动越过所述转子直到所述支撑件的轴向端面接合所述本体，并且所述轴承的内圈的轴向端面接合所 述转子；以及将所述插入件固定到所迷转子上。
全文摘要
一种用于支撑泵的转子(14)的泵插入件(50)，包括用于接合泵的本体(26)的环形弹性支撑件(52)，所述支撑件(52)延伸在滚动轴承(10)的周围，所述滚动轴承(10)具有用于与转子(14)接合的内圈(12)、固定于所述支撑件(52)的轴向预加载的外圈16以及设置于所述圈之间的多个滚珠(18)。在组装期间，滚动轴承(10)能够被精确地定位在所述支撑件(52)中，使得当所述插入件(50)被固定到所述转子(14)时，存在非常低的容差堆叠(Tolerance Stack-up)。因此，即使当所述滚动轴承(10)在泵工作期间被更换，所述转子(14)的位置将几乎不变。
文档编号F16C27/04GK101595307SQ200880003236
公开日2009年12月2日 申请日期2008年1月9日 优先权日2007年1月29日
发明者B·D·布鲁斯特, M·E·托尔纳, P·弗劳尔 申请人:爱德华兹有限公司