具有改进的排放结构的三点接触的滚动轴承的制作方法

1.本发明涉及特别地在航空领域中所用的涡轮发动机和电动机中使用的滚动轴承。


背景技术：

2.在高速下使用在涡轮发动机中所使用的滚动轴承。因此，有必要在它们中确保流体(典型地油或燃料)的循环，以便确保滚动轴承的润滑和冷却。已知的解决方案提出在相对于滚动轴承的轴线的径向平面中实施钻孔，以便确保流体的循环。
3.然而，这些解决方案不提供足够的总增益。实际上，在径向平面上定中心的钻孔涉及制造具有四个接触点的滚动轴承，以便确保滚动元件不与钻孔接触。然而，这种类型的结构还能够导致用外环上的两个接触点的运转，特别地在滚动元件经受与大量径向力组合的轴向力的运转的情况下。这特别地是在高速下、具有大的径向离心力的情况。在外环上用两个接触点的这种类型的运转在外环上出现的第二接触点处产生每个滚动元件的滑动，这导致大的功率耗散，这使得通过油的循环获得的增益无效。因此，当前系统的功率方面的净效应在高速下接近零。


技术实现要素：

4.因此，本发明寻求至少部分地对此问题作出响应。
5.为此，本发明涉及一种三点接触的滚动轴承，其包括内环和外环，该内环和外环分别地限定内滚道和外滚道，在内滚道和外滚道之间布置有多个球形滚动元件，以便限定沿着内环与外环之间的主轴线的旋转运动，所述滚动元件定中心于滚动平面上，该滚动平面垂直于主轴线，
6.其中，
7.内滚道限定每个滚动元件与内环之间的第一接触点和第二不同的接触点，外环限定每个滚动元件与外环之间的第三接触点，所述第三接触点位于一方面由外滚道的近端和另一方面由滚动平面所界定的外滚道的扇区中，
8.外环包括排放结构，该排放结构设置在外滚道中，并且从外环的外表面开口，所述排放结构相对于滚动平面在外滚道上偏心地开口，在一方面由滚动平面和另一方面由外滚道的远端所界定的外滚道的扇区中，排放结构和第三接触点不相交，其特征在于，由从外滚道延伸直到外环的远端的连续的孔形成排放结构。
9.根据一个实施例，排放结构在相对于主轴线具有非零的径向分量和非零的轴向分量，并且典型地非零的周向分量的方向上延伸。根据另一变体，排放结构在平行于主轴线的方向上延伸。
10.根据一个实施例，排放结构从相对于主轴线径向地延伸的外环的外表面开口。
11.根据一个实施例，排放结构相对于主轴线在径向方向上延伸。
12.根据一个实施例，外环具有近端和远端，第三接触点位于由近端和由滚动平面轴向地所界定的区域中，并且其中，外环沿着主轴线在滚动平面的每侧上形成近端肩台和远
端肩台，所述肩台在相对于主轴线的径向方向上具有不同的尺寸。
13.然后，近端肩台典型地比远端肩台具有更大的厚度，在相对于主轴线的径向方向上测量该厚度。
14.根据一个实施例，外环包括围绕主轴线分布的多个不相交的排放结构。
15.根据一个实施例，外滚道具有拱形形状，该拱形形状由两个圆弧形成，该两个圆弧具有不同中心和在形成所述拱形的顶部的点处相交，并且其中，排放结构在外滚道上在所述顶部处开口。
16.本发明还涉及涡轮发动机，其包括至少一个根据以上权利要求的一项所述的滚动轴承。
17.本发明还涉及一种飞行器，其包括这种类型的涡轮发动机。
附图说明
18.通过阅读以下通过非限制性实施例给出的本发明的不同实施方式的详细说明，将更好地理解本发明及其优点。
19.图1示出了根据一个实施方式的滚动轴承的部分透视图。
20.图2是图1中示出的滚动轴承的剖面图。
21.图3示意性地示出了滚动轴承的运转模式。
22.图4是示出了外环的结构的实施例的示意图。
23.图5是示出了外环的结构的实施例的示意图。
24.图6示出了根据另一示例性实施方式的滚动轴承的部分立体图。
25.图7是图5中所示的滚动轴承的剖面图。
26.图8示出了根据另一示例性实施方式的滚动轴承的部分透视图。
27.图9是在图7中示出的滚动轴承的剖面图。
28.在所有附图中，相同的元件用相同的附图标记进行标注。
具体实施方式
29.图1和图2示出了根据本发明的一个方面的滚动轴承1的第一实施例。图1是具有四分之一截断的滚动轴承1的透视图，并且图2是在穿过主轴线z-z的平面中的剖面图。如图1和图2所示的滚动轴承1具有内环10和外环20，多个滚动元件30(在此，为球形滚动元件或球体)布置在内环与外环之间。
30.滚动元件30在此被可选的保持架40部分地包围，保持架改善了滚动元件30的轴向保持。
31.任意限定的是用于滚动轴承1的近端1a和远端1b，这些指定不是限制性的，并且仅具有说明性目的。随后可能提到不同元件的近端或远端，相对于滚动轴承1的近端1a和远端1b表示这些指定，并且这些指定被标记有数字参考，对这些数字参考分别地添加字母a和b。
32.滚动轴承1限定了内环10与外环20之间沿着旋转轴线的相对旋转运动，该旋转轴线被称为主轴线z-z。相对于该主轴线限定的是相对于主轴线z-z径向地延伸的径向方向x-x。
33.滚动元件30定中心于滚动平面pr上，该滚动平面pr相对于主轴线z-z径向地延伸。
定中心意指的是不同的滚动元件30的中心布置在滚动平面pr中，典型地在制造公差内。由于根据定义，滚动平面穿过滚动元件30的中心，因此其在固定参考系中的位置可以在主轴线z-z的方向上稍微变化，这是由于以下事实：可以使滚动元件30相对于内环10和/或外环20在这个相同方向上稍微移动，特别是在改变施加到滚动轴承的轴向载荷的强度或方向的过程中。
34.对于滚动轴承，通常地参考一般地由ndm表示的速度系数，该速度系数是以每分钟转数计的滚动轴承的转速n和以毫米计的滚动轴承的平均直径dm(或节径)的乘积。因此，速度系数转换了滚动轴承的转速和其尺寸。事实上，应当理解，滚动轴承1的尺寸越大，对于相同的转速，速度系数将越高。
35.在不同实施方式中呈现的这些滚动轴承通常具有大于1,000,000ndm、或典型地大于1,200,000ndm、或甚至大于1,500,000ndm的速度系数。滚动轴承典型地具有大于或等于50mm的平均直径dm、以及大于20,000转/分钟的转速。对于这种速度系数，应当理解，有必要确保滚动轴承的润滑和冷却功能。
36.滚动轴承1是三点接触的滚动轴承。在滚动轴承1的正常运转条件下，因此，对于分布在内环10和外环20之间的每个滚动元件30限定三个接触点。所考虑的滚动轴承1被设计成在载荷的预定轴线方向上运转，对应于转子的标称运行，该转子诸如是涡轮发动机轴或更一般地是涡轮机的轴。然而，可以发生载荷反转，从而引起轴向载荷的施加方向的反转。在此，一般地将参考标称运转，即，在给定方向上具有轴向载荷。
37.内环10具有内滚道12，滚动元件30被布置与内滚道接触。内滚道12典型地具有拱形的形状，或者更一般地具有两个部分的形状，典型地相对于滚动平面pr对称或不对称，限定与在滚动平面pr的每侧上的每个滚动元件30的两个不同的接触点。应当理解，在实践中，滚动元件30与内环10和外环20之间的接触不一定是点，而由于材料的变形而可以是表面。本发明保留了点接触的理论模型。
38.因此，限定了滚动元件30与内环10的内滚道12之间的第一接触点p1，第一接触点p1被定位在滚动轴承1的近端1a与滚动平面pr之间。还限定了在滚动元件30与内环10的内滚道12之间的第二接触点p2，第二接触点p2被定位在滚动轴承1的远端1b与滚动平面pr之间。在运转中，可以消除第一接触点p1，特别是由于所施加的载荷。
39.内环10典型地由两个部分制成，以便有利于滚动轴承1的组装。因此，内环10典型地由近侧段和远侧段构成，近侧段和远侧段的接合部位于滚动平面pr处。这种类型的构造在两个部分中还允许促进滚动轴承的内部润滑。
40.外环20具有外滚道22，滚动元件30被布置与外滚道接触。外滚道22一般地具有圆弧的形状，并且与每个滚动元件30限定单个接触点。因此，在每个滚动元件30与外环20的外滚道22之间限定了第三接触点p3，第三接触点p3被定位在滚动轴承1的近端1a与滚动平面pr之间。第三接触点p3典型地与滚动平面pr不相交。
41.在运转中，滚动轴承1取决于所施加的载荷而具有两个或三个接触点。在沿着主轴线z-z的仅轴向载荷，或占优势的轴向载荷的情况下，滚动轴承1典型地用两个接触点(即，接触点p2和p3)运转；然后消除接触点p1，即，在滚动轴承的这种运转状态中不起作用。图3示意了这样一种运转模式。
42.在具有占优势的径向载荷的轴向和径向载荷，或仅径向载荷的情况下，滚动轴承1
以三个接触点p1、p2和p3运转。尽管注意到某些运转点由两个接触点实现，但是这种类型的滚动元件通常地被称为三点接触的滚动轴承。
43.此外，应注意的是，取决于所施加的力，接触点p3趋向于朝向滚动平面pr移动，例如在每个滚动元件30由于其围绕主轴线z-z的旋转而经受的径向力的影响下。然而，接触点p3将不会移动超过滚动平面pr，除了在轴向力的施加方向反转的情况下。
44.因此，应理解的是，外滚道22的一部分与滚动元件30不具有接触点。更确切地说，在滚动轴承1的正常使用条件下，即，在给定方向上主要经受的轴向载荷的推力轴承的使用范围内，在滚动平面与远端1b之间布置的外滚道22的部分，没有通过与滚动元件30接触而被加载荷。因此，本发明提出使用外滚道22的这部分来实现排放功能。
45.因此，外环20包括排放结构50，排放结构被设置在外滚道22中，并且从外环20的外表面开口，以便允许流体循环。因此，排放结构50具有在外滚道22上开口的第一孔51，以及从外环20的外表面开口的第二孔52。
46.排放结构50的第一孔51在相对于滚动平面pr偏置的点处，在外滚道22上开口，这样使得第三接触点p3位于外滚道22的扇区中，该扇区一方面由外滚道22的近端和另一方面由滚动平面pr界定，第一孔51就其本身而言相对于滚动平面pr是偏心的，与第三接触点p3不相交。因此，一方面第一孔51位于由滚动平面pr和另一方面由外滚道22的远端所界定的外滚道22的扇区中。因此，排放结构50的第一孔51定位成使得在滚动轴承1的正常运转条件下，滚动元件30不与第一孔51接触。如下文详述的，将外滚道22实施为具有相对于滚动平面pr倾斜的轴线的拱形的形式允许确保当滚动元件30位于拱形的顶部处时，滚动元件30不与第一孔51接触，包括施加在承载滚动轴承的内环的旋转轴上的推力反向的运转的情况。
47.排放结构50的第二孔52例如，在外环20的轴向端上开口。由轴向端指定的是在由主轴线z-z限定的方向上形成外环20的端部的表面；典型地是相对于主轴线z-z径向延伸的表面。在示出的实施例中，第二孔52从外环20的远端20b开口。
48.排放结构50具有在第一孔51与第二孔52之间延伸的管道本体，典型地在具有沿着主轴线z-z的轴向分量和相对于主轴线z-z的径向分量的方向上延伸。作为变体，排放结构50可以在轴向方向上延伸，即，平行于主轴线z-z延伸。
49.管道本体还可以具有周向分量，这样使得管道本体可以具有直线形状，或者甚至圆弧或椭圆段的总体形状。在此指定的周向分量是针对给定点，在垂直于由主轴线z-z和径向方向限定的平面的方向上的分量。外环20可以通过增材制造来实现，如果导管本体具有将不能通过钻孔生产的弯曲形状，则更是如此。
50.特别地，可以根据预期用于滚动轴承1的正常运转条件，限定管道本体的尺寸和几何形状。在运转中，流体被离心，并且因此通过第二孔52离开排放结构。然后，包括滚动轴承1的系统典型地设置有允许收集流体、必要时冷却流体、过滤流体以及在其可能重新被注入到轴承1中之前将流体返回至储存区域的装置。
51.外环20通常具有围绕主轴线z-z分布的多个不相交和不同的排放结构50，例如全部围绕主轴线z-z分布。在图1和图2所示出的实施例中，滚动轴承具有围绕主轴线z-z规则地分布的5个排放结构50。应该理解，排放结构的数量并不是限制性的，滚动轴承1可以具有在外环20上形成的任意数量的排放结构50。
52.作为变体，外滚道22具有拱形的形状，该拱形的形状相对于滚动平面pr是不对称
的，即，具有相对于滚动平面p不对称的例如形成截头锥体的两个部分，或相对于滚动平面pr不对称的两个圆弧。
53.图4和图5示意性地示出了这个实施方式。在图4中示意性地示出的是内环10、外环20和滚动元件30的详细视图。图5示出了外滚道22的几何形状。在这个实施方式中，外滚道22具有由两个圆弧c1和c2形成的拱形形状，这两个圆弧具有各自的半径r1和r2，这些半径可以相同或不同，并且具有两个不同的中心，分别地是p1和p2。图5中以虚线示出了圆弧c1和c2的延伸，这突出了如此获得的拱形形状。如果两个半径r1和r2相等，则这两个圆弧在拱形的顶部s处相交，这里穿过由虚线表示的轴线，并且在两个中心p1和p2之间形成对称轴线。一般地，无论半径r1和r2相等或不同，拱形的轴线都形成十字的对称轴线，该十字由拱形的顶部处的圆弧c1和c2的两条切线形成。由于其轴线相对于滚动平面pr倾斜的事实而考虑倾斜的拱形。
54.拱形倾斜成使得其顶部s相对于滚动平面pr偏移。排放结构50典型地在拱形的顶部s处开口；在所示的实施例中，排放结构的第一孔51定中心于顶部s。在标称运转中，这里使用沿着主轴线z-z的推力(轴向载荷)，该推力在内环10上产生从远端1b朝向近端1a的轴向力的方向上，滚动元件30与外滚道22的由第一圆弧c1限定的部分接触。此外，在对滚动元件30具有另外的强离心作用的运转中，典型地当速度系数高时，滚动元件30在外滚道22上的接触面积接近滚动平面，并且因此接近拱形的顶部s。拱形被设计成充分地倾斜，使得这个接触区不会撞击每个排放结构的孔51。
55.这种类型的实施方式还具有以下优点：确保在推力反向的情况下，滚动元件30不与排放结构50的孔51相接触。实际上，在形成内滚道22的倾斜拱形结构中，滚动元件30不能与定中心于拱形的顶部s上的第一孔51接触。在推力反向的情况下，滚动元件在此将与外滚道22的由第二圆弧c2限定的部分接触。
56.因此，通过以此方式将排放结构定位在拱形的顶部s处，确保了滚动元件30不与排放结构接触，在将滚动轴承用于可能经历反向推力的装置中的情况下，这允许采用由钢而不是由陶瓷制成的滚动元件30。事实上，如果外滚道22例如是纯圆形的，并且如果使用由钢制成的常规滚动元件30，并且常规滚动元件可以与排放结构50的开口51的边缘接触，特别是在反向推力期间，则由钢制成的这些滚动元件30将劣化，这然后将需要采用诸如陶瓷的实质上更硬的材料的滚动元件30。此外，与已知结构不同，拱形的顶部s在此相对于滚动平面pr偏移。因此，这种结构还允许在高径向载荷的情况下避免用四个接触点进行运转，并且，因此避免由于滚动元件30与外环20之间的两个接触点而导致的功率耗散。
57.排放结构50的存在允许确保流体的循环，因此确保滚动轴承1的润滑和冷却。所示出的构造，其中，排放结构50具有轴向地开口的第二孔52，还允许为具有油膜或“挤压膜”(即，定位在外环20与结构的一部分之间的压力下的油膜)的滚动轴承1实现这些功能。事实上，该油膜通常围绕外环20的外径向壁。排放结构50在外环20的轴向端上开口，而不在外环的径向端上开口的事实，允许相对于油膜分离流体，并且因此在滚动轴承1上实现这两个功能。
58.图6和图7示出了根据本发明的一个方面的滚动轴承1的另一个实施方式。
59.在此实施方式中发现的是如已经参考图1和2呈现的滚动轴承1的不同元件。
60.在这个实施方式中，排放结构50在外环20的整个周边上是连续的。
61.因此，对于位于滚动平面pr与外环20的远端20b之间的环的部分，通过减小外环20的材料的厚度来实现排放。
62.更确切地说，外环20的滚道22在滚动平面pr的两侧上限定了两个肩台：近端肩台和远端肩台。
63.近端肩台具有内径d1，并且第三接触点p3位于这个近端肩台的一侧。内径d1典型地是恒定的。内径d1的尺寸特别地取决于滚动轴承1在正常运行中的预期条件下将经受的轴向载荷而被限定。
64.远端肩台的内径d2严格地大于近端肩台的内径d1，并且因此，远端肩台具有比近端肩台更小的厚度。事实上，由于在滚动轴承1的预期的标称运转条件下，在这个区域中滚动元件30与外环20之间不存在接触点的事实，所以外环20的这个区域未被加载荷，并且不经受高载荷。远端肩台的这种更小的厚度允许实现流体的循环，并且因此，在外环20的整个径向周边上形成连续的排放结构50。如前，由此形成的排放结构在外环20的轴向端上，在径向地延伸的外环20的面的内径向端部处开口。因此，该实施方式还与围绕滚动轴承1在压力下使用油膜兼容。
65.在所示出的实施例中，外环20的内径从外环20的远端肩台至远端20b增大，这因此形成从外环20的滚道22至外环20的远端20b的倒角。这个可选的实施方式特别地允许改善流体的循环，并且方便其移除。
66.远端典型地具有非零的厚度，该厚度在此对应于在滚动平面pr处的滚道22的内半径与在滚道22的远端处的半径之间的差。因此，保持远侧肩台的非零的厚度允许在特定运转条件下实现吸收间歇载荷的功能，特别地沿主轴线z-z的轴向载荷的方向相对于标称运转中的方向反转的情况下，并且然后避免滚动轴承1的元件的拆卸。
67.图1至图7中所示的这些实施方式不是限制性的，并且可以被组合。通过实施例的方式，有可能以类似于图3和4中所示的实施方式的方式添加钻孔，以便形成不相交的排放结构50，如在图1和2中可见。在参考图1和图2示出的实施方式中，还可以改变外环20的厚度。图8和图9示出了这种类型的实施方式，其中远端肩台具有比近端肩台更小的厚度，并且其中，在外环20中形成多个不相交的排放结构50。其他元件类似于已经参考前面的附图描述的元件。
68.因此，所提出的滚动轴承可以允许省却将特定的空气或油冷却系统整合在涡轮发动机中的必要性，并且可以允许最小化热平衡和优化冷却系统。
69.所提出的这些滚动轴承特别地适合于为其中提供单一或主要旋转方向的应用，特别地是在用于涡轮喷气发动机和涡轮发动机的航空领域中的情况，并且还适用于特别地通过电动机器，驱动直升机和飞行器转子。
70.虽然已经通过参考具体实施方式描述了本发明，但显然的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的一般范围的情况下，可以对这些实施例进行修改和改变。特别地，示出/提及的不同实施方式的单独特征可被组合到附加的实施方式中。因此，必须以说明性而非限制性的意义来考虑说明书和附图。
71.还显而易见的是，参考方法所描述的所有特征可单独或组合地转用至装置，并且相反地，参考装置所描述的所有特征可单独或组合地转用至方法。