滚动轴承、高速轴承装置和压缩机的制作方法
【专利摘要】实施例涉及一种滚动轴承(1)，其具有至少一个外圈(2)和至少一个内圈(3)。在它们之间设置多个滚动体(4)，用于相对外圈(2)可相互转动地支承内圈(3)。外圈(2)比内圈(3)多至少一个用于多个滚动体(4)的滚道(5、7)。
【专利说明】
滚动轴承、高速轴承装置和压缩机
技术领域
[0001]本发明的实施例涉及滚动轴承、用于将第一构件相对第二构件可转动地支承的高速轴承装置以及压缩机。
【背景技术】
[0002]为了可转动地支承构件可使用完全不同的滚动轴承或滚动轴承装置。首先在高速应用中，例如由于出现的离心力而对轴承装置提出了特别的要求。基于轴承装置的刚性，在施加负载的状态中相对没有外部载荷的状态会出现转子或轴的位置变化。轴承装置应该避免或至少限制可转动支承的构件(例如转子或轴)的轴向位置的改变或游移。
[0003]在传统的高速应用中，大多使用球轴承(角接触球轴承或四点接触球轴承)和圆柱滚子轴承的组合。在这些应用中，合适的润滑尤其具有重要意义。在其它传统的高速应用中常常使用预紧的轴向轴承，要么是四点接触球轴承(英语:Four-point contact ballbearing，缩写FCBB)要么是角接触球轴承(英语缩写:ACBB)。通过预紧和使用多个轴承可能明显提高这些轴承装置中的材料和/或工作耗费。
【发明内容】
[0004]因此存在的需求在于，改善轴承装置。这种需求通过按照本发明的滚动轴承、高速轴承装置和压缩机解决。
[0005]实施例涉及一种具有外圈和内圈的滚动轴承。在内圈和外圈之间设置多个滚动体，用于使内圈能相对于外圈相对转动地被支承。所述外圈比内圈多至少一个滚道。
[0006]实施例还涉及用于借助至少一个按照前述实施例之一所述的滚动轴承将第一构件相对第二构件可转动地支承的高速轴承装置。所述滚动轴承能够以大于750，000mm/min的转速特征值(其也被称为相对转速值)运行或旋转。在此，转速特征值是轴承的分度圆直径(单位为mm)和转速(单位为I/min)的乘积。
[0007]实施例还设计一种具有至少一个按照所述实施例之一所述的滚动轴承的压缩机，其中滚动体设置用于可转动地支承压缩机的转子。作为补充或备选，压缩机也可以具有高速轴承装置，其中转子是第一构件。
[0008]在一些实施例中，通过外圈具有比内圈更多的滚道可以实现的是，例如在高速应用或压缩机中增强地、但是在其它应用中也会出现的离心力能够被滚动体更好地承接。在一些实施例中，轴向位置可以尽可能精确地被保持或者避免或至少降低可转动支承的构件的轴向位置的改变。
[0009 ]例如外圈可以具有两个滚道并且内圈具有一个滚道。滚动体在内圈和外圈上的接触角的不同可以在一些实施例中被最小化。在一些实施例中，内圈和外圈例如可以在静止状态和/或也在运行中尽可能相互对齐地布置。换句话说，沿轴向在至少一侧在内圈和外圈之间或它们的侧面之间可能存在定义的错移。所述侧面指的可以是具有至少一个轴向方向分量的端面。例如所述端面也可以完全沿轴向定向。
[0010]作为备选或补充，外圈的径向向内指向的面在其横截面中可以具有至少一个直线形的部段。在一些情况中，外圈的径向向内指向的面在其横截面中可以具有圆弧的部段。在所述圆弧具有比滚动体更大的曲率半径的实施例中，滚动体可以点状地在滚道上滚动。在一些实施例中，所述横截面具有哥特式弧形的形状。
[0011]作为备选，外圈的滚道也可以包含板条(Steg)，其沿径向向内具有比在轴向上的相邻区域更大的延伸尺寸。在一些实施例中，滚动体在滚道上的接触点的位置可以非常精确地确定。内圈的至少一个滚道或包含该滚道的部段可以与外圈相似地设计。
[0012]作为补充或备选，滚动体在运行过程中和/或当轴承没有转动时能够与外圈上的比内圈上多出的至少一个滚道相接触。在一些实施例中因此实现了作用在轴承上的力可以更好地被承接或者调节形成有利的轴承动力学性能。例如当滚动体与外圈的一个或多个或者所有的滚道同时接触时，滚动体可以同样与内圈的一个或多个或全部的滚道同时相接触。
[0013]在一些内圈恰好具有一个滚道的实施例中，滚动体当其与外圈的第一和第二滚道同时接触时也可以同时与内圈的恰好一个滚道相接触。在一些实施例中因此可以实现更精确的轴向定位。
[0014]滚动体可以例如是滚珠。因此在一些实施例中，可以在滚道和滚动体之间形成至少理论上呈点状的接触。在另一些实施例中，鼓形滚柱被用作滚动体。在一些实施例中，在某些情况下可以在滚动体和滚道之间形成理论上线状的接触。实际的接触形状例如可能由于最小化的变形或磨损和/或制造公差与理论上追求的理想接触形状不同。
[0015]作为补充或备选，滚动体可以在外圈的至少两个滚道上具有相同的接触角。在一些实施例中因此使用对称的外圈。
[0016]在一些情况中，滚动体可以在外圈的不同的滚道上、例如在至少两个滚道上具有不同的接触角。在一些实施例中，通过使用非对称的外圈可以顾及到力作用。
[0017]作为补充或备选，内圈在其径向向外指向的面上可以设计为非对称的。例如，内圈可以在沿轴向背离内圈滚道之一的侧面上具有比滚道所在的区域或侧面更小的沿径向向外的延伸尺寸。在一些实施例中，通过内圈的非对称性可以更好地引入润滑剂。润滑剂的分布也可以例如通过在非对称形状上产生的栗送效应得到改进。例如具有轴向上更大延伸尺寸的滚道或区域可以在轴向上设置在这样的侧面上，轴向力从该侧面作用在轴承和/或内圈上。
[0018]在以上说明和以下附图中公开的实施例以及它们的单个特征既可以单独地也可以任意组合地以不同的设计方案对实现实施例具有重要意义并且实施。
【附图说明】
[0019]在附图中示意地示出以下视图:
[0020]图1示出按照一种实施例的滚动轴承的示意横截面视图。
【具体实施方式】
[0021]在以下对示出实施例的附图的描述中，相同的附图标记表示相同或者类似的部件。此外，对于在一个实施例或者附图中多次出现但是在一个或多个特征方面整体描述的部件和对象使用概括的附图标记。用相同或者概括的附图标记描述的部件或者对象可以在单个的、多个或者所有的特征方面(例如其尺寸设计)设计为相同的，然而在必要时也可以设计为不同的，只要由说明书不会明示或者暗示地得出其它内容。
[0022]图1示出按照一种实施例的滚动轴承I的示意横截面。在此所指的截面平行于旋转轴线并且也穿过该旋转轴线延伸。滚动轴承I具有外圈2和内圈3。在内圈3和外圈2之间设置多个滚动体，其中在图1中可见滚动体4ο内圈3通过滚动体4相对外圈2可相对转动地被支承。外圈2比内圈3多至少一个用于多个滚动体4的滚道5。
[0023]滚动体4单排地布置、设计为滚珠并且在保持架9中引导。在另一些未显示的实施例中，可以取消保持架。作为补充或备选，滚动体也可以设计为鼓形滚柱。
[0024]在该实施例中，外圈2在其径向向内指向的面6(作为第一滚道的滚道5也可以布置在所述面6上)上具有另外的或第二滚道7。滚道5和7相互对称地布置。外圈2指的是传统的四点接触球轴承的外圈或者具有相似设计的外圈。内圈3具有正好一个滚道8。内圈3的滚道8相对滚道5倾斜地布置。内圈3指的是传统的角接触球轴承的内圈或者具有相似设计的内圈。
[0025]内圈3设置在径向内部并且相对外圈2同中心。两个圈3和2沿轴向M完全或几乎完全重叠地布置。两个圈3和2沿轴向具有相同的延伸尺寸。在另一些未示出的实施例中，所述圈沿轴向也可以具有不同的轴向延伸尺寸。内圈3例如可以与外圈2对齐或者说齐平地布置。所述延伸尺寸和/或对齐的布置可能由于制造技术的原因在各个方向上相互具有最大为0.005mm的偏差。
[0026]在一些另外的、未示出的实施例中内圈和/或外圈可以是分开式的。
[0027]在图1中，外圈2在径向向内指向的面6上具有两个圆弧部段，其中每一个包含滚道5和7之一。圆弧部段的曲率半径在此例如分别比滚动体4的半径大1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09或1.20倍。在一个点上，径向向内指向的面6具有拐点或者中断，因此滚动体4在运行中实际上仅在滚道5和7上滚动并且在面6上不构成另外的接触点。所述点例如可以是沿径向最靠外的点。滚道例如可以是所述轴承圈的这个区域，在该区域上滚动体贴靠在轴承圈上或者在其上滚动。两个滚道例如可以沿轴向相互间隔。所述滚道例如可以沿周向完整地沿轴承圈延伸。
[0028]在另一些未示出的实施例中，外圈的径向向内指向的面可以在径向上最靠外的区域中也被整平。例如所述面具有哥特式弧形。所述包含滚道的面也可以取代圆弧部段而在其横截面中具有直线形部段。所述面例如也可以具有曲线形式的横截面，所述曲线在第一区域中具有正的斜率。在该区域中可以设置第一滚道。在第二区域中所述曲线可以具有负的斜率。在该区域中可以设置第二滚道。在两个区域之间，曲线例如也可以具有至少一个中断部位和/或至少一个拐点。因此第三滚道或第三可能的接触点(在此滚动体同时相对第一和第二滚道接触外圈)被取消。所述曲线或部段在单独的区域中也可以在另一些未示出的实施例中具有所有可能的形状，例如直线、抛物线或类似形状。也被称为运行面的滚道也可以设计为板条，其在径向向内的方向具有比在轴向上的相邻区域更大的延伸尺寸。在一些实施例中，在径向向内指向的面上描述的不同形状和/或可能的多于两个的不同形状也可以组合。
[0029]在另一些未示出的实施例中，滚动轴承也可以具有其它数量的滚道。所述滚道可以具有全部相同的形状或不同的形状。外圈例如可以具有三个或四个滚道，并且内圈可以具有三个、两个或一个滚道。在一些情况下，所述轴承圈可能不再对应于角接触球轴承的传统的内圈和四点接触球轴承的传统的外圈，而是与这些轴承圈不同。
[0030]内圈3可以在径向向外指向的面13上具有一个部段，其包含滚道8，该滚道与已述的用于外圈的部段相似地设计。滚道8设为不居中。滚道8位于一个侧面上，在该侧面上轴向载荷(通过附图标记为30的箭头所示)作用在滚动轴承I或内圈3上。力30可以取决于应用、载荷情况和/或轴承的尺寸。所述力30例如可以是测量载荷。所述内圈可以在边缘区域14(其沿轴向M位于滚道8的侧面并且在其之外)沿径向向外具有比沿轴向对置的侧面15更大的延伸尺寸。这例如是这种情况，因为内圈具有仅仅恰好一个非对称布置的滚道8。由于内圈3在侧面15或端侧16上沿径向向外具有更小的延伸尺寸，所以在一些实施例中可以实现更容易地施加润滑剂。端侧16指的是背离滚道8的端侧。此外通过非对称性可能实现栗送效应并且因此实现润滑剂更好的分布。
[0031 ]对于滚动体4，在外圈的滚道5和内圈3的滚道8上具有相同的接触角α。所述接触角α例如位于直线10和经过滚动体4的在旋转轴线M上的中心点m的铅垂线11之间，所述直线将滚动体在滚道5和8上的对置的接触点相连，所述接触点也称为名义(nomine 11)接触点。在滚道7(其不与其它滚道对置)上的相应接触角β例如可以定义为在直线12和铅垂线11之间的角度，直线12将中心点m和在滚道7上的名义接触点相连。因为外圈2设计为对称的，所以接触角α和β是相同大小的。每个接触角可以例如处于15°、20°、22°、25°、28°、30°、32°、35°、40°、45°和/或55°之间的数值范围内。在另一些未示出的实施例中，在外圈2上的滚道也可以设计为非对称性的或者接触角α和β具有不同的数值。
[0032]在内圈3和外圈2之间相对运动时，内圈3可以是可运动的部件并且外圈2是固定的部件。外圈2也可以是可移动的部件，内圈3是固定的部件。
[0033]当具体装配时和当在期望的转速范围中运行时，滚动体4同时贴靠在外圈2的滚道5和7上或者在其上运行。转速例如在1,000，000mm/min和2,000，000mm/min之间。对此例如离心力可能是有责任的。外圈2因此不同于在四点接触球轴承中所力求的那样被加载或使用，在四点接触球轴承中例如在正常运行中始终只有每一个圈的仅一个滚道与滚动体相接触。滚动体4在径向内侧仅在滚道8上运行。滚动体4的定向的更换(其一会贴靠在一个滚道5上并且一会贴靠在另一个滚道7上)在一些实施例中可以被避免。
[0034]换句话说，在一些实施例中滚动轴承被描述为由四点接触球轴承的外圈和角接触球轴承的内圈的组合、描述为高速角接触球-三点轴承或三点接触球轴承。借助这种特殊的滚动轴承设计、例如内部几何形状-接触角、滚动体的数量和尺寸、滚动体材料和/或保持架设计，可以在一些实施例中实现对载荷和速度的尽可能好的适配。在一些实施例中，在内圈和外圈之间的接触角差由于在未负载的运行状态中的离心力而至少被减小。在一些情况中，在外圈和内圈之间的轴向错移可以被最小化。所需的功能性在一些实施例中可以通过单个轴承提供。必要时改进的润滑结果可以导致轴承更好的冷却并且还可能导致更小的油或润滑剂消耗。通过使用滚动轴承，可以在一些系统中由于需要更少的轴承和更少的油或润滑剂以及轴向位置被精确地保持而提高效率。轴向错移的较小分散性在一些情况中可以简化轴承的公差设置，例如关于在装配中或调节设置中较小的要求，并且还可能导致在组装中轴向公差的较少累积(Akkumulat1n)。在一些实施例中必要时可以实现这样一种精确的、保持相同的和可重复的构件定位或转子定位。在一些实施例中，简化的装配特别在批量生产中具有显著的优点。
[0035]在一些实施例中，在高速和/或变化的载荷状态如满载荷或未负载运行状态中，可以形成内圈相对外圈的较小轴向运动。在一些实施例中外圈可以用作油贮存器，用于避免轴承的干燥运行和因此可能导致的损伤。在一些实施例中，外圈即使在很高转速和振动时也能提供用于凸肩引导的保持架的很好的引导。
[0036]按照实施例的滚动轴承可以用于所有可能的应用、例如高速应用，但是不仅是高速应用。为此，轴承例如可以设计为单个轴承(Einzellager )，也就是不以O或X布局使用或者也不与其它轴承组合使用。这些应用例如可以在汽车构造中、在驱动区域中、在涡轮增压机或类似结构中。借助滚动轴承支承的构件例如是压缩机的、例如螺杆式压缩机的转子、所有可能的其它转子、在壳体中的轴或类似结构。
[0037]在以上说明和附图中公开的实施例以及它们的单个特征既可以单独地也可以任意组合地以不同的设计方案对实现实施例具有重要意义并且实施。
[0038]在另一些实施例中，在其它实施例中作为装置特征公开的特征也可以实施为方法特征。此外必要时在一些实施例中实施为方法特征的特征也可以在另一些实施例中实施为装置特征。
[0039]附图标记清单
[0040]I滚动轴承[0041 ] 2 外圈
[0042]3 内圈
[0043]4滚动体
[0044]5 滚道
[0045]6径向向内指向的面/外圈
[0046]7第二滚道
[0047]8 滚道
[0048]9保持架
[0049]10 直线
[0050]11铅垂线
[0051]12 直线
[0052]13径向向外指向的面/内圈
[0053]14边缘区域
[0054]15 侧面
[0055]16 端侧
[0056]30 力
[0057]M旋转轴线
[0058]m中心点/滚动体
[0059]α接触角
[0060]β接触角。
【主权项】
1.一种滚动轴承(I)，具有以下特征: 至少一个外圈(2); 至少一个内圈(3); 多个滚动体(4)，所述多个滚动体设置用于相对外圈(2)能相对转动地支承内圈(3); 其中外圈(2)比内圈(3)多至少一个用于多个滚动体(4)的滚道(5、7)。2.按照权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，外圈(2)具有两个滚道(5、7)并且内圈(3)具有一个滚道(8)。3.按照前述权利要求之一所述的滚动轴承，其特征在于，外圈(2)的径向向内指向的面(6)在其横截面中具有至少一个直线的部段和/或至少一个圆弧的部段和/或至少一个板条型材的部段，所述板条型材的部段分别构成用于滚动体(4)的滚道(5、7)。4.按照前述权利要求之一所述的滚动轴承，其特征在于，滚动体(4)在运行中与比内圈(3)多出的至少一个滚道(5、7)相接触。5.按照前述权利要求之一所述的滚动轴承，其特征在于，滚动体(4)是滚珠或鼓形滚柱。6.按照前述权利要求之一所述的滚动轴承，其特征在于，滚动体(4)在外圈(2)的至少两个滚道(5、7)上具有相同的接触角。7.按照前述权利要求之一所述的滚动轴承，其特征在于，滚动体(4)在外圈(2)的至少两个滚道(5、7)上具有不同的接触角。8.按照前述权利要求之一所述的滚动轴承，其特征在于，内圈(3)在径向向外指向的面(13)的区域上具有比沿轴向对置的侧面(15)更小的径向向外的延伸尺寸。9.一种用于将第一构件能相对第二构件转动地支承的高速轴承装置，具有至少一个按照前述权利要求之一所述的滚动轴承(I)，其特征在于，第一构件相对第二构件具有至少750，000mm/min的转速特征值。10.—种压缩机，具有至少一个按照权利要求1至8之一所述的滚动轴承(I)和/或按照权利要求9所述的高速轴承装置，所述滚动轴承设计用于能转动地支承转子，其中，压缩机的转子是第一构件。
【文档编号】F16C33/58GK106065899SQ201610261213
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月25日 公开号201610261213.9, CN 106065899 A, CN 106065899A, CN 201610261213, CN-A-106065899, CN106065899 A, CN106065899A, CN201610261213, CN201610261213.9
【发明人】T.德鲁斯特, R.豪莱特纳
【申请人】斯凯孚公司