高速運行轉子用的軸承支承裝置的制作方法

專利名稱：高速運行轉子用的軸承支承裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于徑流式和軸流式高速運行轉子的軸承支承裝置，特別是用于支承渦輪增壓器軸的軸承支承裝置，其構成于至少一個設有一支承凸緣的軸承和該個，即用于該軸承部件的徑向支承裝置之間。
在高速運行的轉子上，例如渦輪增壓器軸上，作用有較大的軸向和徑向力，該力由相對應的結構及布置的軸向或徑向軸承承受。此外，為了無故障運行必須對轉子的徑向擺動及偶然的傾斜進行補償。
德國專利文獻DE-OS2628828公開了一種用于旋轉的機械部件，尤其是用于渦輪增壓器軸的支承裝置，在該支承裝置中，渦輪增壓器的壓氣機側上的軸向力借助于兩個串聯設置的球軸承承受。該球軸承的徑向和軸向支承裝置每個都是通過將各阻尼片捆束在一起而構成的。借助于該阻尼束的這種布置，該轉軸可輕巧地裝載于該軸承中。
然而，這一方案提供的是一種非線性彈性特性曲線，即所獲得的是一種難以確定的彈簧/阻尼特性。因此，在確定的工作條件時，該軸承力不允許太高。此外，在該軸作徑向運動時，在該軸向的阻尼片束中會產生一種不希望的損耗。上述缺點可導致該軸承結構的壽命減少。
歐洲專利EP-B1-0143950公開了另一種用于帶串聯滾動軸承的廢氣渦輪增壓器的支承裝置。在該方案中，借助于多個沿該軸承圓周布置的圓柱形彈簧棒可獲得一種線性彈簧特性曲線。此外，該支承裝置設有兩個單獨的阻尼系統，該兩阻尼系統的每一個都對徑向擺動形成一阻尼。因此，該第一阻尼系統構造用作帶有一相應的環形間隙的儲油阻尼器。該第二阻尼系統是一個帶有一設置于該滾動軸承外承圈的外端面上的阻尼環的及一在此與之相連的盤形彈簧的摩擦阻尼裝置。
借助于該方案，不但該滾動軸承的外承圈與支承凸緣的接觸表面存在損耗，而且更主要的是該盤形彈簧與該阻尼環的接觸位置存在損耗，因為轉子的軸向力主要是在此處傳遞給該軸承支承裝置的。因此徑向方向的阻尼已不再能保證是足夠的了，這可能導致軸承負荷增加，甚至增加到使該渦輪增壓器損壞之程度。此外，該支承裝置由許多部件構成，該些部件都必需精確地制造。因此這在一方面導致了相當高的制造成本。而在另一方面在裝配該支承裝置時又很費時間。
兩種方案都存在共同的缺點，即它們或者是不能消除或者只能極有限地補償軸的傾斜。
本發明試圖克服所有這些缺點，其任務在于提供一種用于高速運行的轉子的改進型支承裝置，借助于該支承裝置，該軸承裝置之壽命得到提高，而且其制造成本與裝配時間都得到降低。
本發明通過下述方案實現，即該支承裝置是分部分地根據權利要求1的前序部分所述裝置構造而成的。該支承裝置由一個與殼體相連的外凸緣，一萬向支架及一個內部的，即裝納該軸承的套筒構成。不但在該萬向支架和該外凸緣之間，而且在該萬向支架和該套筒之間都設置有一環形槽。該萬向支架通過兩個內部的及兩個外部的將各個的該環形槽隔斷的橋形接片與該套筒或該外凸緣相連。該儲油阻尼器的環形間隙構成于該套筒和殼體之間，并且相對該萬向支架軸向錯開地布置。在該外凸緣及該殼體的每個上設置一對中表面。該對中表面相互對應并相對所說的一個或多個軸承同心地設置。
本發明的主要優點在于，該支承裝置是只有一個部分構造成的。因此，在單個元件之間不存在摩擦，所以該支承裝置是完全無損耗的。此外，該支承裝置及各自的萬向支架具有一線性彈性特征曲線，即一精確限定的剛度。因此，以此類推可允許預先設定所產生的支承力，以致該支承裝置可滿足相應的要求。借此提高該支承裝置的壽命。由于該支承裝置只有一個部分組成，故其制造成本和裝配用時都大大地降低了。
當轉子轉動時，所有作用于該支承裝置上的力最終都通過該支承裝置傳遞給殼體。該支承裝置的必要的徑向及角向可縮性借助于該萬向支架實現。但起決定作用的是該萬向支架在軸向負荷作用可產生一徑向運動，而在該支承裝置的不同元件之間不會產生摩擦。因此該外凸緣與該殼體緊固地連接起來并借助于該對中表面進行相應的對中。最終，借助于本發明所設置的儲油阻尼器可保障獲得一無損耗的阻尼。
如果內橋形接片相互錯開大約180°而外橋形接片相對該內橋形接片每個都相互錯開90°設置，這是特別適合的。因此，該萬向支架具有極好的徑向伸縮性并極小的剛性。因此，在相應的負荷下，該萬向支架可允許在徑向產生最大之變形，而不喪失其彈性。
更進一步的優點在于該套筒由一個通過該橋形接片與該萬向支架或外凸緣相連的第一套筒件和一個沿其自身軸向延伸的第二套筒件構成，此時，該環形間隙設置于該第二套筒件和殼體之間。因此，其環形間隙必須布置于一擺動件和一靜止件之間的儲油阻尼器可以用相當簡單的方式實現。
該萬向支架在其整個圓周范圍之厚度是相等的。因此可保證制造上非常簡單，同時具有良好的效果。此外，作為替換，在該橋形接片區域內，該萬向支架的厚度可加大。根據這一方式，可允許對在該區域內產生的壓力進行優化。
在本發明的第一實施方式中，軸承徑向地設置于該儲油阻尼器下方，但在第二實施方式中，軸承直接設置于萬向支架下方。利用該兩種變型可產生不同的安裝可能性。如果阻尼力比彈性力大，此時主要應采用第一實施方式。相比之下，當力之分布相反時采用第二實施方式。
用于向該儲油阻尼器輸送潤滑油的供油通道由一壓力油接口及一連接孔構成，該接口和連接孔兩者均設置于該殼體內。這一方案特別適合用于具有足夠的結構空間的裝配情況，此時較有利的是不必需要附加的孔及密封。當徑向空間不夠，即該殼體不能使用時，可將該連接孔設置于殼體中而將該壓力油接口設于外凸緣中。
最后，該外凸緣是與該殼體可方便地拆卸地連接的。因此，使得更換一個或多個軸承所必要的工作時間進一步縮短。
附圖中，借助于用于廢氣渦輪增壓器的并按串聯布置設置的軸向/徑向軸承的壓氣機側軸承支承裝置示出了本發明的兩個實施例，其中

圖1表示在該軸承支承區域的廢氣渦輪增壓器的局部縱剖視圖；圖2表示對應于圖1之軸承支承之縮小正視圖；圖3表示相應于圖2之圖，其中表示稍稍作了一點改變之形式；圖4表示相應于圖1之圖，但該圖表示一第二實施例。
為了便于了解本發明，這里只示出了本發明的主要元件，但該廢氣渦輪增壓器的壓氣機及渦輪沒被本發明的裝置體現出。
廢氣渦輪增壓器主要由一帶有一壓氣機葉輪、一渦輪及一共同的軸1之轉子，以及一壓氣機殼體，一渦殼和在壓氣機側或渦輪側每側作為支承殼體形成的殼體2構成。軸1之軸承設置于壓氣機側，具有兩個串聯布置的由球軸承構成的軸向/徑向軸承3，該軸承3每個都由一外承圈4，一保持架5，一內承圈6及一定數量的滾珠7構成。
該兩球軸承3借助于一螺母8固定在該軸1上，并壓靠在一軸環9上。在支承殼體2和球軸承3之間設置一分段軸承支承裝置10。該軸承支承裝置10由一個與該軸承殼體2相連的外凸緣11，一萬向支架12及一內部裝載有該球軸承3的套筒13構成。因此，不僅在該萬向支架12與該外凸緣11之間而且在該萬向支架12與該套筒13之間每個都設有一環槽14，15(圖1)。該萬向支架12通過兩個內部的及兩個外部的將環形槽14，15隔斷的橋形接片16、17與該套筒13或外凸緣11相連。此時該萬向支架12的兩內橋形接片16相互錯大約180°，而兩外橋形接片17相對該內橋形接片16錯開大約90°布置。
該萬向支架12沿其圓周方向是等厚的，并且環形槽14、15之槽寬(圖2)為常數。另外，在橋形接片16，17之區域內的萬向支架的厚度可加大，從而在該區域的環形槽14、15之槽寬可減少(圖3)。該環形槽14，15之實施可根據制造要求設計為常數(用虛線畫出的)，或者可在該橋形接片16，17之區域加大(未示出)。
不但在該軸承支承裝置10的支承殼體2中而且在其外凸緣11中都設置有在裝配狀態彼此對應的螺孔18或固定孔19。該軸承支承裝置10借助于在其外凸緣11區域內多個內裝有螺釘20的孔18，19固定于該支承殼體2上并通過一圓柱形裝配裝置21進行對中。因此每個裝配裝置21在該外凸緣11和該支承殼體2上都設有一對中表面22，23。該兩對中表面22，23相對該球軸承3的外表面24是同心設置的(圖1)。
在該套筒13和支承殼體2之間并與該萬向支架12錯開地設置一由環狀間隙構成的儲油阻尼器25。此時該套筒13由一個通過該橋形接片16，17與該萬向支架12或外凸緣11相連的第一套筒件26和一沿自身軸向延伸的第二套筒件27構成，從而在該第二套筒件27和該支承殼體2之間形成該環形間隙25。在該支承殼體2中設有一由壓力油接口28，一連接孔29及一環形通道30構成的供油通道31，此時該環形通道30設置于該環形間隙25的軸向外部區域內。后者與該環形通道30相連并且在兩端由一活塞環32與外界密封。
由該環形間隙25的尺寸，即其寬度和高度可獲得該軸承支承裝置10所具有的阻尼性能。當然，該壓力油接口28也可設置于該軸承支承裝置10的外凸緣11中。該環形間隙25與外界保持的密封也可只用一個活塞環32取得。不言而喻，作為替換方案，采用O形環密封也是合適的。
相應于具體工作條件，所用的軸承3的種類和/或數量是不同的。例如該部件可由唯一的一個或由三個軸承3支承，此時該軸承可設計為簡單的球軸承或滾動軸承，但也可為滑動軸承。此外一個這樣的軸承支承件10也可借助該軸1的未示出的渦輪側的支承裝置而安裝。
在本發明的第一實施例中，球軸承3徑向設置于該儲油阻尼器25之下。因此該第二套筒件27徑向地設置于該支承殼體2和球軸承3之間。該第二套筒件的內直徑比第一套筒件26的稍小一點，并在渦輪側端區域內接納一內螺紋33。該第一套筒件26具有一軸向凸肩34，球軸承3由一個與該第二套筒件27擰緊的螺母35壓靠在該軸向凸肩34上。因此，在該軸承支承裝置10和該球軸承3之間形成一合理的連接，該連接使該兩者之間不會存在相對移動。
在該廢氣渦輪增壓器工作時，所產生的軸向力36合理地從軸環9作用于該球軸承3上并從該球軸承3處通過凸肩34作用于套筒13上。由于該軸承支承裝置10是分段結構的，因此軸向力36可通過萬向支架12、橋形接片16、17及外凸緣11完全無損耗地傳遞給支承殼體2。此時該萬向支架12構造得在軸向可能是最堅挺的，即帶有一足夠的長度37，所以該萬向支架12可承受該廢氣渦輪增壓器工作時所產生的軸向力36而不產生值得注意的變形。原則上講，由于該外凸緣11，萬向支架12及套筒13的第一套筒件26的長度37都增加，則可使該軸承支承裝置10的軸向剛度增加，并且可增加對軸向力36的承受力。因該軸1的傾斜所產生的徑向力38可按該軸向力36類似的方式承受。
因此，首先有可能的是，該四個每個相互錯開大約90°的橋形接片16，17可形成該萬向支架12足夠的徑向可縮性。至于傾斜，是因為該萬向支架12最有可能是軟的，即在徑向方向構成得相當薄。因此通過彈性扭轉及扭曲該萬向支架12可彌補該軸1的不同角位置。此外，該萬向支架12具有一準確地限定的徑向線性剛度，從而獲得該支承的理想彈簧阻尼特性。利用一個在該橋形接片16，17之區域內加厚的萬向支架12與一具有等厚度的萬向支架12所可能產生的壓力相比可更好地減少在該區域內所產生的壓力。
借助于例如將潤滑油從與該廢氣渦輪增壓器相連的內燃機中經一未示出的油泵泵出，流過該壓力油接口28，連接孔29及環形槽30而將潤滑油供給該儲油阻尼器25。最后，該潤滑油均勻地分布于該圓周上。所以該環形間隙25供應有足夠的壓力潤滑油。該環形間隙25兩端是用活塞環32密封的。這樣，為了獲得阻尼而消耗的潤滑油量可保持很少，因此相比較地，其冷卻作用就是很小的。與之相反，如只在一側對該環形間隙25進行密封，則將成10倍地提高該潤滑油之消耗量，但可獲得更好的冷卻效果。該儲油阻尼器25和該球軸承3分別供給潤滑油。自然地，該儲油阻尼器25的潤滑油供給也可與一傳統的未示出的且該球軸承3自有的或外加的潤滑油結合起來進行。
在本發明的第二實施例中，該軸承3相對第一實施例是如此錯開的，即該軸承3直接設置于該萬向支架12之下方。因此存在另一種可能的安裝，該種可能性可借助相應的條件得以應用。
零部件清單1 軸；2 殼體，支承殼體；3 軸承，軸向/徑向軸承，球軸承；4 外承圈；5 保持架；6 內承圈；7 滾珠；8 螺母；9 軸環；10 軸承支承裝置；11 軸承支承裝置10的外凸緣；12 軸承支承裝置10的萬向支架；13 軸承支承裝置10的套筒；14 環形槽；15 環形槽；16 內橋形接片；17 外橋形接片；18 殼體2的螺孔；19 外凸緣11的固定孔；20 螺釘；21 圓柱形裝配裝置；22 外凸緣11的對中表面；23 殼體2的對中表面；24 軸承3的外表面；25 儲油阻尼器(Quetschoeldaemper)，環形間隙；26 第一套筒件；27 第二套筒件；28 壓力油接口；29 連接孔；30 環形通道；31 供油通道；32 活塞環；33 第二套筒27的內螺紋；34 第一套筒件26的凸肩；35 第二套筒27的螺母；36 軸向力；37 萬向支架12的長度；38 徑向力
權利要求
1.高速運行轉子用軸承支承裝置，尤其是用于支承渦輪增壓器軸的軸承支承裝置，該裝置設置于一殼體(2)中，并且至少一個軸承(3)徑向地對著該殼體(2)支承著，此時在該殼體(2)和該軸承支承裝置(10)之間設有一個與一供油通道(31)相連并用作儲油阻尼器的環形間隙(25)，其特征在于，a)該軸承支承裝置(10)是只有一個部分構成的，b)該軸承支承裝置(10)由一個與該殼體(2)相連的外凸緣(11)，一個萬向支架(12)及一個內裝有比如軸承(3)的內套筒(13)構成；c)不但在該萬向支架(12)和該外凸緣(11)之間，而且在該萬向支架(12)與該套筒(13)之間都設有一環形槽(14，15)；d)該萬向支架(12)借助于兩個內部的及兩個外部的將各自的該環形槽(14，15)隔斷的橋形接片(16，17)與該套筒(13)或該外凸緣(11)相連；c)環形間隙(25)構成于該套筒(13)和該殼體(2)之間，并相對該萬向支架(12)軸向地錯開地設置；f)不但在該外凸緣(11)上，而且在殼體(2)上每個至少設有一個與所說的一個或多個軸承(3)同心的并相互對應的對中表面(22，23)。
2.如權利要求1所述支承裝置，其特征在于該內橋形接片(16)相互錯開大約180°，而該外橋形接片(17)相對該內橋形接片(16)每個錯開大約90°。
3.如權利要求1或2所述支承裝置，其特征在于該套筒(13)由一個通過該橋形接片(16，17)與該萬向支架(12)或外凸緣(11)相連的第一套筒件(26)和一個沿其自身軸向延伸的第二套筒件(27)構成，此時該環形間隙(25)構成于該第二套筒件(27)和該殼體(2)之間。
4.如權利要求3所述支承裝置，其特征在于該萬向支架(12)在其整個圓周上是設置成等厚度的。
5.如權利要求3所述支承裝置，其特征在于該萬向支架(12)在其橋形接片(16，17)的區域內是設置成徑向加厚的。
6.如權利要求4或5所述支承裝置，其特征在于所說一個或多個軸承(3)徑向地設置于該萬向支架(12)的下方。
7.如權利要求4或5所述支承裝置，其特征在于所說一個或多個軸承(3)徑向地設置于該儲油阻尼器(25)下方。
8.如權利要求1至7中任一所述支承裝置，其特征在于為該環形間隙(25)輸送潤滑油的供油通道(31)設置于殼體(2)中并由一壓力油接(28)，一連接孔(29)及一環形通道(30)構成。
9.如權利要求1至7中任一所述支承裝置，其特征在于為該環形間隙(25)輸送潤滑油的供油通道(31)由一壓力油接口(28)，一連接孔(29)及一環形通道(30)構成，此時該壓力油接口(28)設置于該外凸緣(11)中，而該連接孔(29)及環形通道(30)設置于該殼體(2)中。
10.如權利要求1至9中任一所述支承裝置，其特征在于該外凸緣(11)與該殼體(2)是可方便地拆卸地連接的。
全文摘要
本發明提供一種高速運行轉子用的軸承支承裝置,其為只有一個部分構成的,并由一個與該殼體(2)相連的外凸緣(11),一萬向支架(12)及一內裝有軸承(3)的套筒(13)構成;在該萬向支架(12)與該套筒(13)之間及該萬向支架(12)與該凸緣(11)之間都設有一環形槽(14,15);該萬向支架(12)由兩個內部的和兩個外部的將該環形槽隔斷的橋形接片(16,17)與該套筒(13)相連;環形間隙(25)設于該套筒(13)和殼體(2)之間并相對該萬向支架(12)軸向地錯開;該外凸緣(11)和殼體(2)上都設有至少一個與該軸承(3)同心并相互對應的對中表面。
文檔編號F04D29/059GK1172914SQ97109640
公開日1998年2月11日 申請日期1997年4月4日 優先權日1996年4月4日
發明者J·巴蒂 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司