专利名称：轴承元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴承元件、包括这种轴承元件的万向接头和海上结构。
背景技术：
从US-A-3930691中可以知道一种油楔滑动轴承，其具有剪切垫片(pad)，该垫片由弯曲的金属弹性体层压结构组成，支撑垫片置于该金属弹性体层压结构上。在支撑垫片上支撑着滑动负载支承表面，其对该金属弹性体层压结构施加剪切力，并致使支撑垫片倾斜并在支撑垫片表面和滑动表面之间形成润滑楔。由此，润滑剂流(其支撑着滑动负载支承表面)被维持，该润滑剂由来自负载支承表面的粘滞阻力所夹带，且防止了“粘着滑动”现象。已知的轴承可以是平推力轴承、滚柱轴承或者其组合。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴承，该轴承包括旋转轴和绕所述轴旋转的壳体，其能够适应频繁地相对微小转动，且疲劳和磨损降低。本发明的另一个目的是提供一种铰链，其适应小型的运动，而不会发生重大磨损和疲劳。
关于此，根据本发明的铰链包括旋转轴、旋转体、弯曲的滑动部件、剪切元件和壳体部，其中，所述旋转体与所述旋转轴同心并绕其旋转，所述旋转体围绕所述旋转轴限定了圆周轨道，所述弯曲的滑动部件支撑在旋转体上并沿着圆周轨道沿该旋转体滑动，所述滑动部件包括一个邻接表面，该邻接表面基本上沿着横向于旋转轴的方向延伸，所述剪切元件沿着一部分圆周轨道支撑在旋转体上，并包括绕旋转轴彼此相对旋转的外层和内层和基本上在横向上延伸的邻接表面，所述内层固定连接到旋转体上，壳体部可绕所述轴旋转并固定连接到滑动部件以及剪切元件的外层上，其中，在壳体绕所述轴旋转时，滑动部件沿着所述圆周轨道移动，直到滑动部件的邻接表面接触到剪切元件的邻接表面，以及旋转力从壳体经由邻接表面传递到内层。
在本发明的轴承中，在负载应用于壳体时，所述壳体压缩剪切元件并将负载传递给旋转体。旋转体可以是轴、轴周围的衬套、或者可以是球形或其他几何形状的。一旦负载支承壳体开始有小的偏斜，壳体可绕旋转体旋转一小的角度，例如旋转15度，优选小于10度，而旋转体仍保持静止。壳体的旋转致使剪切元件变形，并用以补充壳体和旋转体之间的角位移。在壳体到达最大相对旋转时，滑动部件紧靠剪切元件，并沿着圆周方向推动该剪切元件，因此致使上下剪切元件层一同移动。剪切元件在此阶段将旋转扭距从壳体传递给旋转体，其由此与壳体一起旋转。本发明的轴承以这种方式将大的负载传递给旋转体，同时容许壳体绕平衡位置作小的旋转，而不会致使旋转负载移动。这就导致壳体和旋转体的磨损和疲劳降低。只有壳体的相对较大的旋转可被传递给旋转体且该旋转体也随之进行旋转。本发明的轴承结构相对简单、高度可靠且要求的维护相对较少。因此，其特别适用于海上应用，其中需支撑较大的重力且由风和/或波浪运动持续造成了小的偏斜。本发明的轴承可应用于系船结构，如塔楼、软轭系船结构系统(如WO03016128和EP-1308384中所披露的)、枢转钻杆柱或者立管支撑结构(US-6499418和US-6517291)等内的轴向和/或径向轴承。
在一个实施例中，旋转部件包括承载有衬套的轴，所述衬套可易于被更换或维修。
在另一个实施例中，本发明的两个轴承形成了万向接头，其容许绕两个垂直轴的旋转。万向接头在一个实施例中可有利地应用于从枢转的支撑臂来支撑甲板结构，如US-6499418和US-6517291中所述的张力腿甲板结构(Tension Leg Deck construction)。
现将参考附图以非限制性示例的方式详细叙述依照本发明的轴承的多个实施例。在附图中图1-3示出一个万向接头的前视图、侧视图和沿着图1中的III-III线的横截面视图，该万向接头包括依照本发明的轴承，图4示出用于图1-3中的万向接头的轴承的放大详细图，图5和6分别示出图1-4的轴承和万向接头发生小偏斜的情况，图7和8分别示出依照本发明的第二实施例的万向接头的前视图和沿着图7的VIII-VIII线的横截面视图，其中，该万向接头包括轴和衬套，图9和10分别示出依照本发明的第三实施例的万向接头的前视图和沿着图9的IX-IX线的横截面视图，其中，剪切垫片支撑在一个衬套上，以及图11示出包括依照图1-10任一个的万向接头的海上结构上的甲板支撑结构。
具体实施例方式
图1示出万向接头1，该万向接头1包括上部3和下部5，各部都具有依照本发明的轴承25，26。上部3和下部5各自支撑两个吊耳11、12内的铰链销7、8。销7、8可旋转地支撑在吊耳9、10、11和12中，并安置于衬套17、18、19和20内。销7、8还经由剪切垫片21、21′和滑动部件或锁定部22、23而安置于壳体13内。剪切垫片21、21′受到施加在万向接头1的负载支承部14、15上的负载的压缩，该负载例如总计可达数百吨或更多。一旦壳体13相对于上部3或下部5成一小角度，例如5度铰接，剪切垫片21、21′将在销7、8没有旋转的情况下发生变形。
如图4所示，在轴承25中，销7的中心线形成旋转轴27，该旋转轴27垂直于图面延伸。滑动部件或者锁定部22可旋转地支撑在销7上。锁定部22可沿着圆周轨道T滑动，剪切垫片21置于该圆周轨道T中。锁定部22包括两个邻接表面28、29，在锁定部22旋转时，该邻接表面28、29可与剪切垫片21的邻接表面30、32接合。邻接表面28-32沿着径向延伸，在中心线27的横向。
剪切垫片21包括外层33，该外层33经由锁定销37固定到壳体13上。
剪切垫片21的内层34经由锁定销39固定到销7上，锁定部22经由锁定销40固定到壳体13上。剪切垫片20的内层35和36以这种方式连接到外层33、34上，即该内层35、36可沿圆周方向位移。剪切垫片20的层33-36可由如美国专利US3930691中所述的那种金属和弹性层形成，该专利的全部内容在此加入，以供参考，层33和35例如由金属形成，层34和36例如由硫化橡胶形成。
如图5和6中可详细看出，在壳体13进行小的旋转的情况下，外层33就沿着圆周轨道T位移，而销7和剪切垫片21的内层34的角位置没有改变。中间层35、36被剪切。在锁定部22的邻接表面28紧靠一层或多层33-34时，在壳体13进一步旋转时，就沿着圆周管道T推动剪切垫片21，其中，所述锁定部22在这个实施例中作为单独的部件示出，但是其可形成为壳体13的一体部件。由此，旋转力从壳体13经由剪切垫片21的邻接表面30传递给销7，所述销然后将与壳体13一同旋转。
在图7和8所示的实施例中，衬套50、51置于销7、8周围。剪切垫片21′、21″与销7、8的长度相比相对较短，并安置于吊耳9、10中。销8、9的中心部安置于衬套50、51中。一旦磨损，可在维护壳体13和销7、8的同时置换衬套50、51。衬套50、51优选由低摩擦材料制成，而壳体13和销7、8优选由钢制成。
在图9和10示出的实施例中，衬套61、61′相对较短，并支撑剪切垫片21′、21″，该剪切垫片21′、21″安置于吊耳9、10中。销8可拆卸地配合或夹紧在壳体13内。
图11示出海上结构62，如钻井驳船/修井船，其具有甲板结构63，所述甲板结构支撑在船的井孔64之上。甲板结构63由杆64、65支撑，所述杆64、65连接到枢转臂66、67上。甲板结构63例如承载有井喷防护装置或者一个或多个采油树(production trees)，或者经由钻杆柱和/或一个或多个立管68可连接到海底。枢转臂66、67经由轴承70置于支架69上，该轴承70可包括依照本发明的轴承。在臂66的端部连接有如图1-10中任一图中所示的万向接头71，以容许臂64、65绕平行于甲板结构63的宽度方向的轴线和垂直于图面的轴线枢转。甲板结构63的重量可达几百吨。
权利要求
1.一种轴承(25，26)，其包括旋转轴(27)、旋转体(7，8，61，61′)、弯曲的滑动部件(22，23，23′)、剪切元件(21，21′，21″)和壳体部(13)，其中，所述旋转体(7，8，61，61′)与所述旋转轴(27)同心并可绕其旋转，该旋转体绕所述旋转轴(27)限定形成圆周轨道(T)，所述弯曲的滑动部件(22，23，23′)支撑在旋转体(7，8，61，61′)上并可沿着所述圆周轨道(T)沿所述旋转体滑动，该滑动部件(22，23，23′)包括基本上沿着横向于旋转轴(27)的方向延伸的邻接表面(28，29)，所述剪切元件(21，21′，21″)沿着一部分圆周轨道支撑在旋转体(7，8，61，61′)上，并包括绕旋转轴(27)可彼此相对移动的外层(33)和内层(34)以及沿着横向方向延伸的邻接表面(30，32)，该内层(34)固定地连接到旋转体，所述壳体部(13)可绕所述轴(27)旋转，并固定地连接到滑动部件(22，23，23′)和剪切元件(21，21′，21″)的外层(33)上，其特征在于，在壳体(13)绕所述轴(27)旋转时，滑动部件沿着圆周轨道移动，直到滑动部件的邻接表面(28，29)与剪切元件的邻接表面(30，32)接触，并且旋转力经由邻接表面(28，29，30，32)从壳体(13)传递给内层(34)。
2.如权利要求1所述的轴承(25，26)，其特征在于，所述剪切元件(21，21′，21″)包括至少一个金属层和一个弹性层。
3.如权利要求1所述的轴承(25，26)，其特征在于，壳体(13)至少基本上环绕在滑动部件(22，23，23′)周围。
4.如前述权利要求任一项所述的轴承(25，26)，其特征在于，旋转体包括支撑在一根轴上的衬套(51，61，61′)。
5.如权利要求1到3任一项所述的轴承(25，26)，其特征在于，旋转部件包括圆柱轴(7，8)。
6.如前述任一权利要求所述的轴承(25，26)，其特征在于，大于1000kg的负载附加给壳体(13)，将压缩力施加在剪切元件(21，21′，21″)上。
7.一种万向接头(1)，其包括依照前述任一权利要求所述的两个相互垂直的轴承(65，66)。
8.一种海上结构(62)，其包括浮体、浮体上的至少两个支撑臂(65，66)，各个支撑臂具有基部(69)和横向臂(66)，该横向臂(66)在第一铰链接头(70)处枢转连接到基部上，该横向臂经由支撑部件(64)承载甲板结构，经由第二铰链接头(71)连接到支撑臂(65，66)上，其特征在于，第一和第二铰链接头(70，71)中的至少一个包括如权利要求1到6中任一权利要求所述的轴承。
全文摘要
本发明涉及一种轴承元件、包括这种轴承元件的万向接头和海上结构。轴承元件包括旋转轴、旋转体、弯曲的滑动部件、剪切元件和壳体部，其中，该旋转体与所述旋转轴同心并绕其旋转，该旋转体绕所述旋转轴限定形成圆周轨道，该弯曲的滑动部件支撑在旋转体上并沿着圆周轨道沿所述旋转体旋转，滑动部件包括大致沿着横向于旋转轴的方向延伸的邻接表面，该剪切元件沿着一部分圆周轨道支撑在旋转体上，并包括绕旋转轴彼此相对旋转的外层和内层和延伸在横向方向上的邻接表面，该内层固定地连接到旋转体，该壳体部可绕所述轴线旋转，并固定地连接到滑动部件和剪切元件的外层上，其特征在于，在壳体绕所述轴线旋转时，滑动部件沿着圆周轨道移动，直到滑动部件的邻接表面接触到剪切元件的邻接表面并且旋转力经由邻接表面从壳体传递给内层。
文档编号F16C11/04GK1910375SQ200580002415
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月14日 优先权日2004年1月14日
发明者J·波拉克, N·德米安 申请人:信号系泊浮筒公司