CN102648358B - 球轴承保持架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有环形滚动体保持体的球轴承保持架，其具有在滚动体保持体的圆周上分布的、用于容纳球形滚动体的球兜孔。根据本发明，球兜孔如下方式地分布在圆周上，即，每两个相邻的球兜孔的间距从两个相邻的兜孔之间的最小间距开始沿着圆周方向至少在一个扇区中增加。

Description

球轴承保持架

技术领域

本发明在高效滚动轴承的领域中，尤其是用于支承以高转速回转的轴，所述滚动轴承例如在涡轮增压机中、但也在驱动装置中或在高速转动的涡轮机(例如燃气轮机)中用于支承在该处的轴。

背景技术

由DE112004002481T5公知一种这样的带有高效滚动轴承(角接触球轴承)的涡轮增压机。该涡轮增压机具有涡轮转子，该涡轮转子经由被可转动地受支承的轴驱动涡轮增压机的增压叶轮。该高速转动的轴的支承根据DE112004002481T5经由两个角接触球轴承实现，所述两个角接触轴承相对于位置固定的壳体支承该轴。

球轴承、例如角接触球轴承或深沟球轴承是众所周知的，并且一般具有内圈、外圈以及在内圈与外圈之间在圆周方向上布置的滚动体或者球。在使用球轴承保持架的情形下，所述球以在圆周上均匀分布的间距被保持。

不同实施方案的球轴承保持架(例如由不同的材料例如金属板、黄铜、轻金属、烧结铁、胶木制成的、以及不同的结构形式，例如窗型保持架、卡合保持架或铆接保持架，的金属板保持架或实心保持架)同样是公知的。

尤其地在快速转动的轴(例如涡轮机轴)的球轴承中，保持架出现不稳定，也就是说这样的快速转动的球轴承的保持架被激励，这导致保持架摆动、保持架振动、保持架的不稳定的或者混乱的运动和/或在保持架接触面处的冲击式的负荷。该效应尤其地在保持架的共振范围中的激励的情形中增强。该效应可导致如下其他后果，即，球轴承的过热、润滑剂分解或甚至导致球轴承的损坏。这样的保持架不稳定在大多情况下也伴随有提高了的、异常的轴承噪音。

由JP2006105273A公知一种带有“不对称地”布置的球的球轴承。在该“不对称的球轴承”的情形中(其应有助于球轴承的减震和降噪)，球如下方式地不对称地在球轴承的圆周上分布，即，在球轴承的圆周方向上在每两个相邻的球之间构造两个不同的间距。在此，第一个大的球间距(RL)是第二个小的球间距(RS)的一倍半大或者说RL＝3/2*RS。

发明内容

在该背景下，本发明的目的在于，创造一种可克服上面所提及的缺点以及可结构简单地且低成本地制造的球轴承。

该目的根据本发明的球轴承保持架来实现。

该球轴承保持架具有环形的滚动体保持体，所述保持体具有在滚动体保持体的圆周上分布的、用于容纳球形的滚动体的球兜孔。根据本发明，球兜孔以如下方式在圆周上分布，即，每两个相邻的球兜孔的间距在圆周方向上从两个相邻的兜孔之间的最小间距处开始至少在一个扇区中增加。

本发明基于如下想法，即，通过兜孔的、在保持架圆周上的根据本发明所建议的“不对称的”分布达到保持架上的有意识的不对称的质量分布，并且由此实达到持架的有意识的或者说受控制的偏心率和不平衡。保持架的质量中心线的移位也如此地与此相联系，使得该质量中心线偏离于保持架的几何的中心线。

保持架的该受控制的偏心率在保持架的回转运动中产生定义的力，该定义的力反作用于上面所描述的保持架不稳定性。保持架在其回转运动中有意识地贴靠在接触面处，并且由此避免在接触面处的冲击式的负荷，保持架的共振范围推移到通常的激励频率的范围之外的频率，并且由此阻止保持架在运行中的摇摆。

随着质量在(在其原有的配置中，例如在直径、宽度上不变的)保持架中的有意识的移置伴随有如下，即，这可在无额外的质量引入的情形中在保持架中进行。保持架的重量也在兜孔的根据本发明的不对称的分布的情形中总体上保持不变。

此外进一步有利的是，兜孔的不对称的分布在保持架制造中也是可批量生产的。这样的根据本发明的保持架的较大的批量可在相同的或者在近似可比的成本的情形中来制造，这是因为在本发明中不需要昂贵的且成本密集的单件生产或者单件加工。尤其地在本发明中不再需要通常的用于不平衡补偿(“平衡化”)的后处理，这节省了成本。

在本发明的中进一步有利地证实，在球轴承的情形中的运输损坏可减少。如果轴承尤其地经过较大的距离运输并且在运输期间尤其是遭受冲击式的负荷，则可能在滚动轴承的滚道中构成滚动体的或者沟槽的“压痕”，之所以如此，尤其是因为，在兜孔的对称的布置的情形中或者滚动体的对称的分布的情形中，其总是处在关于滚道在相等或者相等偏移的位置处。兜孔的不对称的布置或者滚动体的不对称的分布反作用于该效应。滚动体总是处在关于滚道的不同的位置处，并且可由此反作用于压痕形成。

为了给定或者测定两个兜孔的间距，可设置多种可能性。因此，例如两个相邻的兜孔的兜孔间距可通过角度来测量，该角度由保持架的旋转中心分别与两个相邻的兜孔的保持架中心相联系地构成。换而言之，这里通过在两个兜孔中心之间围成的圆周角度给定兜孔间距。

此外，测定可通过关于保持架圆周的长度给定进行。这样的测定可关于两个相邻的兜孔的兜孔中心来给定。此处，分开的、每两个兜孔的接片(接片宽度)的长度给定也是可能的。

总之，本发明提供一种带有环形滚动体保持体的球轴承保持架，该球轴承保持架具有在所述滚动体保持体的圆周上分布的用于容纳球形滚动体的球兜孔，其特征在于，所述球兜孔以如下方式在圆周上分布，即，至少在一个扇区中，每两个相邻的球兜孔的间距从两个相邻的兜孔之间的最小间距处开始沿圆周方向增加，并且至少在另一扇区中，每两个相邻的球兜孔的间距还在反向圆周方向上从两个相邻的球兜孔之间的最小间距处开始增加，从而达到所述球轴承保持架上的不对称的质量分布。

本发明具有优选的改进方案。

在一种优选的改进方案中可作如下设置，即，间距中的至少一些在扇区中以相等的绝对值增加。如果例如根据围成的圆周角度来测定兜孔间距，则此处可作如下设置，即，兜孔间距分别以确定的角度例如1°、2°或3°通常y°增加(线性增加)，因此例如通常第一间距x°、第二间距(x+y)°、第三间距(x+2y)°、第四间距(x+3y)°，或者特别是第一间距x°、第二间距(x+1)°、第三间距(x+2)°、第四间距(x+3)°。也可设想兜孔间距的渐进的增加，例如第一间距x°、第二间距(x+1)°、第三间距(x+3)°、第四间距(x+6)°。混合形式同样是可能的，例如第一间距x°、第二间距(x+1)°、第三间距(x+2)°、第四间距(x+2)°。

在另一构造方案中可作如下设置，即，球兜孔如下方式地在圆周上分布，即，球轴承保持架关于穿过球轴承保持架的旋转中心的轴线轴对称。在该情况中会设置180°的扇区。

也可改进地作如下设置，即，每两个相邻的球兜孔的间距也在(反向于圆周方向布置的)反向圆周方向上在两个相邻的球兜孔之间的最小的间距处开始至少在另一扇区中增加。

在另一优选的设计方案中可作如下设置，即，球兜孔的数量至少六个、尤其是八个和/或偶数个。

本发明可以优选地为球轴承保持架提供不同的实施方式(例如，作为金属板保持架或实心保持架)、不同材料(例如钢板、黄铜、轻金属、烧结铁、胶木)、以及不同结构形式(例如在窗型保持架、卡合保持架或铆接保持架)。特别优选地作如下设置，即，球轴承保持架构造为实心保持架、尤其是黄铜实心保持架。

此外可作如下设置，即，在角接触球轴承、深沟球轴承或主轴轴承中使用根据本发明的球轴承保持架。特别优选地，根据本发明的球轴承保持架可被应用于高效滚动轴承中，该高效滚动轴承用于尤其是在涡轮增压机、驱动装置中或在涡轮机、尤其是燃气轮机中支承以高转速回转的轴。

附图说明

下面，借助附图对本发明的实施例进行描述。其中：

图1：示出根据实施例的在涡轮增压机中的轴支承结构的滚动轴承布置的剖面，

图2：示出根据实施例的球轴承的保持架，

图3：示出用于说明兜孔的不对称的分布的和其对保持架的效应的保持架的示意性的图示，

图4：示出用于说明保持架的质量偏心的根据本发明的效应的根据图1的滚动轴承布置方案的部分截取图。

具体实施方式

由图1得知在涡轮增压机中的轴支承结构的滚动轴承布置方案的剖面。该涡轮增压机具有涡轮转子(未示出)，该涡轮转子经由可转动地受支承的轴3驱动涡轮增压机的增压叶轮(未示出)。该高速转动的轴3的支承经由两个以O形结构布置的角接触球轴承1进行，所述角接触球轴承相对位置固定的壳体或者轴承座5支承轴3。

两个角接触球轴承1的不仅内滚道3而且外滚道3直接引入到轴3中或者到轴承座5中。在两个角接触球轴承1的各自的内滚道3与所属的外滚道3之间在两个球列中布置有滚动体2(在该情况中为球2)。

为了间隔地保持球2，两个角接触球轴承1的球列相应地布置在实心保持架6(以下标称保持架6)中。

在图2中详细示出了该角接触球轴承1的保持架6。如图2显示的那样，保持架6具有在保持架6的圆周上分布的兜孔7(在该情况中8个兜孔7)用于容纳球2。

在此，兜孔7在保持架6的圆周上的分布非对称地实现，也就是说兜孔7的间距(21,22,23,24,21',22',23',24')与通常的球轴承保持架相反不是相等的而是变化的。

图3以示意性的图示显示该保持架6的兜孔7的不对称的分布。

如由图3得知，保持架6具有8个在保持架6的圆周上分布的兜孔7，所述兜孔中的每两个相邻的兜孔7通过接片15分开。为了说明或者为了描述兜孔7的不对称的布置，根据图3保持架6如下方式地定向，即，第一兜孔7或者该兜孔的中心处在零点位置或者说十二点位置。

在顺时针方向12上，该第一兜孔7跟随有第二、第三和第四兜孔以及第五兜孔7，所述第五兜孔或者说所述第五兜孔的中心处在六点位置。逆着顺时针方向，同样地在第一兜孔7处开始，跟随有第六、第七和第八兜孔以及(然后又是)第五兜孔7。

如图3进一步显示地，第一与第二兜孔7之间的(在该情况中总是表示为(中间)圆周角度)的间距21或者第一与第六兜孔7之间的间距21'分别为43°。第二与第三兜孔7之间的间距22或者第六与第七兜孔7之间的间距22’分别为44°。第三与第四兜孔7之间的间距23或者第七与第八兜孔7之间的间距23’分别为44°。第四与第五兜孔7之间的间距24或者第七与第五兜孔7之间的间距24'分别为48°。

根据兜孔7的所描述的不对称的布置，保持架6关于反射镜轴轴对称，所述反射镜轴通过第一兜孔6的兜孔中心、保持架6的旋转中心以及第五兜孔6的兜孔中心来限定。

此外，兜孔6的这种不对称的布置导致，接片宽度从第一兜孔6处开始不仅在圆周方向12上而且在反向圆周方向13上增加，相比常规的带有在圆周上相等地分布的兜孔的保持架，这导致到或者在第四、第五和第七兜孔7的区域中的材料推移或者材料聚集和质量推移。

这又(如同在图3中说明地)导致如下，即，(同样地区别于常规的保持架)质量分布的中心线11在该质量推移的方向上推移，并且由此偏离于保持架6的几何的中心线10。

与兜孔7在保持架圆周上的该“不对称的”分布相联系的并且保持架上的有意识的不对称的质量分布相联系的是保持架6的有意识的或者受控制的偏心和不平衡。

保持架的这种受控制的偏心在保持架6的回转运动中产生限定的力F9(不平衡F9)，该力在数学上可如下描述并且抵消保持架不稳定性：F＝ω2*保持架质量*偏心率(其中，ω＝回转速度)。

如图4显示地，保持架6在其回转运动中有针对性地贴靠在接触面8处，且由此避免在接触面8处的冲击式的负荷。

附图标记

1角接触球轴承

2滚动体，球

3滚道

4轴

5轴承座，壳体

6保持架

7兜孔

8(保持架6的)接触面

9由质量偏心造成的力矢量

10几何的中心线

11质量分布的中心线

12圆周方向

13反向圆周方向

14兜孔中心

15接片

21-24在两个相邻的兜孔7之间的(圆周)角度

21'-24’在两个相邻的兜孔7之间的(圆周)角度

Claims (18)

1.一种带有环形滚动体保持体的球轴承保持架，该球轴承保持架具有在所述滚动体保持体的圆周上分布的用于容纳球形滚动体的球兜孔，

其特征在于，所述球兜孔以如下方式在圆周上分布，即，至少在一个扇区中，每两个相邻的球兜孔的间距从两个相邻的兜孔之间的最小间距处开始沿圆周方向增加，并且

至少在另一扇区中，每两个相邻的球兜孔的间距还在反向圆周方向上从两个相邻的球兜孔之间的最小间距处开始增加，从而达到所述球轴承保持架上的不对称的质量分布。

2.根据权利要求1所述的球轴承保持架，其中，所述扇区为180°。

3.根据权利要求1或2所述的球轴承保持架，其中，至少一些所述间距在所述扇区中以相等的绝对值增加。

4.根据权利要求1或2所述的球轴承保持架，其中，所述球兜孔以如下方式在所述圆周上分布，即，所述球轴承保持架关于穿过所述球轴承保持架的旋转中心的轴线是轴对称的。

5.根据权利要求1或2所述的球轴承保持架，其中，所述球兜孔的数量至少是六个。

6.根据权利要求1或2所述的球轴承保持架，其中，所述球轴承保持架是金属板保持架。

7.根据权利要求1或2所述的球轴承保持架，其中，所述球轴承保持架是实心保持架。

8.根据权利要求1或2所述的球轴承保持架，其中，所述球轴承保持架是窗型保持架、铆接保持架或卡合保持架。

9.根据权利要求5所述的球轴承保持架，其中，所述球兜孔的数量是八个。

10.根据权利要求5所述的球轴承保持架，其中，所述球兜孔的数量是偶数个。

11.根据权利要求6所述的球轴承保持架，其中，所述球轴承保持架是黄铜金属板保持架。

12.根据权利要求7所述的球轴承保持架，其中，所述球轴承保持架是黄铜保持架、钢保持架、轻金属保持架、烧结铁保持架、胶木保持架或塑料保持架。

13.一种根据前述权利要求中任一项所述的球轴承保持架在角接触球轴承中或深沟球轴承中的应用。

14.一种根据前述权利要求1-12中任一项所述的球轴承保持架在用于支承以高转速旋转的轴的高效滚动轴承中的应用。

15.一种根据前述权利要求1-12中任一项所述的球轴承保持架在涡轮增压机中的用于支承以高转速旋转的轴的高效滚动轴承中的应用。

16.一种根据前述权利要求1-12中任一项所述的球轴承保持架在驱动装置中的用于支承以高转速旋转的轴的高效滚动轴承中的应用。

17.一种根据前述权利要求1-12中任一项所述的球轴承保持架在涡轮机中的用于支承以高转速旋转的轴的高效滚动轴承中的应用。

18.一种根据前述权利要求1-12中任一项所述的球轴承保持架在燃气轮机中的用于支承以高转速旋转的轴的高效滚动轴承中的应用。