流体动力轴承组件及其组装方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月27日提交的美国专利申请no.15/418,179的优先权，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

本发明的领域总体上涉及流体动力轴承(流体动压轴承，hydrodynamicbearing)，更具体地涉及一种提高流体动力轴承的使用寿命的流体动力轴承组件。

背景技术：

至少一些已知的流体动力轴承包括固定构件和旋转构件。在操作中，轴承载荷由静止构件和旋转构件的对向表面之间的快速移动的加压液体或气体薄层支承。由于两个构件在操作中被流体层分开，因此运动部件之间没有接触，并且轴承的摩擦、磨损和振动低于许多其它类型的轴承。这种轴承经常用于高负荷、高速度或高精度应用中，其中普通滚珠轴承寿命短或引起高噪音和振动。

然而，静止构件和旋转构件的对向面在轴承不可操作时以及在旋转初始化之后旋转构件抬离静止构件之前的一段时间内都确实彼此接触。在低速旋转期间，两个构件彼此接触并在两个面之间产生大的摩擦力。这种摩擦力可能缩短轴承的使用寿命并且还可能产生非期望的噪音。

技术实现要素：

在一方面，提供了一种流体动力轴承组件。该流体动力轴承组件包括第一构件，该第一构件包括第一接合表面。第一构件在轴承组件的非操作模式中是静止的，而在轴承组件的操作模式中绕一轴线旋转。该流体动力轴承组件还包括第二构件，该第二构件包括孔和定位成与第一接合表面相邻的第二接合表面。第二构件在轴承组件的非操作模式和操作模式中都是静止的。流体动力轴承组件还包括定位在孔内的间隔构件，并且构造成在非操作模式中与第一构件接合以在第一接合表面与第二接合表面之间限定第一间隙。

在另一方面，提供了一种组装流体动力轴承组件的方法。该方法包括提供具有第一接合表面的第一构件。第一构件在轴承组件的非操作模式中是静止的，而在轴承组件的操作模式中绕一轴线旋转。该方法还包括将具有第二接合表面的第二构件定位成邻近第一构件。第二构件在轴承组件的非操作模式和操作模式中都是静止的。该方法还包括将间隔构件联接在限定于第二构件中的孔内，使得间隔构件在非操作模式中与第一构件接合，以在第一接合表面与第二接合表面之间限定第一间隙。

附图说明

图1是示例性流体动力轴承组件的局部分解透视图。

图2是处于非操作模式中的图1所示的流体动力轴承组件的截面图；

图3是流体动力轴承组件的在图2中用框3-3表示的部分在非操作模式中的放大截面图；

图4是处于非操作模式中的流体动力轴承组件的一个替代实施例的截面图；

图5是处于操作模式中的图4所示的流体动力轴承组件的放大截面图；以及

图6是流体动力轴承组件的一个替代实施例的截面图。

尽管各种实施例的特定特征可能在一些附图中被示出而在其它附图中未被示出，但这只是为了方便。任何图的任何特征可结合任何另一图的任何特征被引用和/或要求专利权。

具体实施方式

图1是示例性流体动力轴承组件100的局部分解透视图，图2是处于非操作模式102中的流体动力轴承组件100的截面图，图3是处于操作模式104中的流体动力轴承组件100的放大截面图。在该示例性实施例中，组件100包括定位成邻近第二构件108的第一构件106。第一构件106包括主体部分110和联接到主体部分110的板112。类似地，第二构件108包括主体部分114和联接到主体部分114的板116。板112包括第一接合表面118，其定位成与板116的第二接合表面120相邻。在非操作模式中，第一构件106和第二构件108两者都是静止的。然而，在操作模式中，第一构件106绕轴线122旋转，并且第二构件108保持静止。第一构件106的旋转对表面118和120之间的流体(未示出)加压，并使第一构件106远离第二构件108轴向移动。

在该示例性实施例中，组件100还包括间隔构件124，其联接在穿过主体114和板116限定的孔126内。如图2所示，在非操作模式中，间隔构件124与第一构件106接合，以在表面118和120之间限定第一间隙128。更具体地，当组件100处于非操作模式时，间隔构件124的末端129与第一构件板112的第一接合表面118接合，使得间隔构件124和表面118彼此接触。再更具体地，在非操作模式中，第一接合表面118包括形成在其中的凹槽130，并且间隔件末端129接触凹槽130的表面132。在一个实施例中，当构件106和108静止时，在非操作模式中，间隔构件124将接合表面118和120间隔开，使得在它们之间限定间隙128。因此，间隔构件124接收轴承组件100内的轴向载荷，而不是该轴向载荷施加到接合表面118和120上。在该示例性实施例中，间隔构件124包括宝石轴承。或者，间隔构件124包括任何类型的间隔件，其有助于如本文所述的轴承组件100的操作。此外，在该示例性实施例中，末端129是间隔构件124的一个点。或者，在另一个实施例中，末端129包括任何形状或轮廓，例如但不限于使得间隔构件能够如本文所述操作的平坦表面、圆顶或球体。

当轴承组件100从非操作模式102转换到操作模式104时，第一构件106开始绕轴线122旋转。在该示例性实施例中，由间隔构件124产生的间隙128将第一接合表面118与第二接合表面120间隔开，以减少表面118和120之间的接触。此外，间隔构件124在操作模式104中短时间支承第一构件106，直到第一构件106达到使第一构件移动离开第二构件108的速度。在一个实施例中，间隔构件124在轴承组件100的初始起动期间保持接合表面118和120分离，从而减小初始旋转转矩和一些已知轴承组件中由摩擦引起的板112和116上的磨损。

如本文所述，在操作模式104中，第一构件106的旋转对轴承组件100内的在表面118和120之间的流体加压，并使第一构件106“抬起”或远离第二构件108移动，以在第一接合表面118与第二接合表面120之间限定第二间隙134。在一个实施例中，第二间隙134大于第一间隙128(在图2中示出)。此外，第一构件106的旋转提升还在间隔构件124与第一构件106之间限定了第三间隙136。更具体地，在间隔构件124与第一接合表面118之间限定了第三间隙136。再更具体地，第三间隙136是在间隔构件末端129与形成在第一接合表面118中的凹槽130的表面132之间限定的。

在该示例性实施例中，在操作模式104中，第一构件106的凹槽130和第一接合表面118分别与间隔构件124的末端129和第二构件108的第二接合表面120间隔开。在操作模式104中，轴向载荷由第一构件106、第二构件108以及接合表面118和120之间的加压流体承载。

图4是处于非操作模式202的流体动力轴承组件200的另一实施例的截面图，图5是流体动力轴承组件200的在图4中用框5-5表示的部分在操作模式204中的放大截面图。在该示例性实施例中，组件200包括定位成邻近第二构件208的第一构件206。第一构件206包括主体部分210和联接到主体部分210的板212。孔211是穿过主体部分210和板212两者限定的。类似地，第二构件208包括主体部分214和联接到主体部分214的板216。板212包括第一接合表面218，其定位成与板216的第二接合表面220相邻。在非操作模式中，第一构件206和第二构件208两者都是静止的。然而，在操作模式中，第一构件206绕轴线222旋转，而第二构件208保持静止。第一构件206的旋转对表面218和220之间的流体(未示出)加压，并使第一构件206远离第二构件208轴向地移动。

在该示例性实施例中，组件200还包括联接在穿过主体214和第二构件208的板216限定的孔226内的间隔构件224。此外，第一构件206包括联接在孔211内的轴225。如图2所示，轴225延伸超过第一接合表面218并延伸进入第二构件208的孔226，使得轴225的端面227定位在孔226内。或者，轴225在到达第一接合表面118之前终止，使得端面227定位在孔211内。通常，轴225延伸任何有助于如本文所述的轴承组件200的操作的长度。

在该示例性实施例中，间隔构件224在非操作模式中与第一构件206接合，以在表面218和220之间限定第一间隙228。更具体地，当组件200处于非操作模式时，间隔构件224的末端229与第一构件206的轴225接合，使得间隔构件224和轴225彼此接触。再更具体地，当组件200处于非操作模式时，间隔构件224的末端229与轴225的端面227接合，使得间隔构件224和轴端面227彼此接触。在一个实施例中，当构件206和208静止时，在非操作模式中，间隔构件224将接合表面218和220分开，从而在其间限定间隙228。因此，间隔构件224接收轴承组件200内的轴向载荷，而不是该轴向载荷被施加到接合表面218和220上。在该示例性实施例中，间隔构件224包括宝石轴承。或者，间隔构件224包括任何类型的间隔件，其有助于如本文所述的轴承组件200的操作。

当轴承组件200从非操作模式202转换到操作模式204时，如图5所示，第一构件206开始绕轴线222旋转。由间隔构件224产生的间隙228将第一接合表面218与第二接合表面220间隔开，以减少表面218和220之间的接触。此外，间隔构件224在操作模式204中短时间支承第一构件206，直到第一构件206达到使第一构件移动成更远离第二构件208的速度。间隔构件224在轴承组件200的初始起动期间保持接合表面218和220分离开，从而减少初始旋转扭矩和在一些已知轴承组件中由摩擦引起的板212和216上的磨损。

如本文所述，在操作模式204中，第一构件206的旋转对轴承组件200内的在表面218和220之间的流体加压，并使第一构件206“抬起”或移动远离第二构件208以在第一接合表面218与第二接合表面220之间限定第二间隙234。在一个实施例中，第二间隙234大于第一间隙228(在图4中示出)。此外，第一构件206的旋转提升还在间隔构件224与第一构件206之间限定了第三间隙236。更具体地，第三间隙236限定在间隔构件224与轴225之间。再更具体地，第三间隙236限定在间隔构件末端229和轴225的端面227之间。

在该示例性实施例中，在操作模式204中，轴225和第一构件206的第一接合表面218分别与间隔构件224的末端229和第二构件208的第二接合表面220间隔开。在操作模式204中，轴向载荷由第一构件206、第二构件208以及接合表面218和220之间的加压流体承载。

图6是处于非操作模式202且包括偏压机构238的流体动力轴承组件200的截面图。如图6所示，偏压机构238定位在孔226内并且联接到间隔构件224。偏压机构238将间隔构件224支承在孔226内，使得当第一构件206定位成邻近第二构件208时，偏压机构238压缩以接收由间隔构件224承载的轴向载荷的至少一部分。更具体地，由轴225施加在间隔构件末端229上的第一构件206的轴向载荷使偏压机构238压缩。这种压缩致使间隔构件224移动一段距离进入孔226，同时仍保持表面218和220之间的第一间隙228。当在操作模式204中开始旋转并且第一构件206远离第二构件208移动时，间隔构件224和偏压机构238上的轴向载荷减小，使得偏压机构238从其压缩状态伸展，并且间隔构件224在孔226内轴向移动。随着第一构件206的旋转速度增加，表面218和220之间的距离继续增加，直到第一构件206抬离间隔构件224以限定第三间隙236(在图5中示出)。

尽管偏压机构238被示出并描述为轴承组件200的部件，但是可以想到轴承组件100(在图1-3中示出)还可以包括联接到间隔构件124的偏压机构238，该偏压机构238承载通过接合表面118而不是通过轴225(如轴承组件200中那样)施加到间隔构件124上的轴向载荷的至少一部分。

本文描述的设备、方法和系统提供了一种流体动力轴承组件，其具有减少的磨损和提高的使用寿命。更具体地，当轴承构件静止时并且在相对低速旋转期间，本文描述的间隔构件有助于限定轴承构件的对向接合表面之间的间隙。在一个实施例中，接合表面之间的间隙在初始起动时将所述表面彼此间隔开，以减少表面之间的接触。本文描述的轴承组件在起动时不产生高摩擦力或转矩。因此，与至少一些已知的流体动力轴承组件相比，轴承构件具有增加的使用寿命并且还产生更少的噪音和振动。一旦旋转轴承构件达到一定速度，它就会抬离间隔构件，以增大对向的接合表面之间的间隙的尺寸，并在间隔构件与旋转构件之间限定间隙。在操作模式中，轴承构件彼此不接触，并且轴向载荷由两个轴承构件之间的加压流体层承载。

以上详细描述了流体动力轴承组件的示例性实施例。流体动力轴承组件及其部件不限于本文描述的特定实施例，确切而言，系统的部件可独立地使用并与本文所述的其它部件分开使用。例如，各部件也可以与其它机器系统、方法和设备组合使用，并且不限于仅用本文所述的系统和设备来实践。相反，可以结合许多其它应用来实施和利用示例性实施例。

尽管可能在一些附图中示出了本发明的各种实施例的具体特征而在其它附图中未予示出，但这只是为了方便。根据本发明的原理，可以结合任何其它附图的任何特征来参考附图的任何特征和/或要求其专利权。

该书面描述使用例子来公开本发明，包括最佳模式，并且使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它示例包含在权利要求的保护范围内。