專利名稱：推力軸承裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其是用于高轉(zhuǎn)速的推力軸承裝置，具有一個位置 固定的支撐面和一個設(shè)置在要支承的軸上的推力軸承凸肩，它具有用于 軸向支撐在支撐面上的軸承面。
背景技術(shù)：
開頭所述類型的推力軸承裝置很久以來已經(jīng)為人所知?，F(xiàn)有技術(shù)中的一個已知的推力軸承裝置的示例a在圖4中示出，其中推力軸承裝置 a的上半部分以沿著旋轉(zhuǎn)軸線R的縱向截面示出。推力軸承裝置a具有一個位置固定的支撐面b，它例如設(shè)置在推力 軸承裝置a的一個軸承殼中。軸c為了進行軸向支承設(shè)有推力軸承凸肩 d。推力軸承凸肩d具有與軸c的旋轉(zhuǎn)軸線R成直角地延伸的軸承面e, 通過它當(dāng)軸c沿軸向相對于支撐面b預(yù)張緊時軸承凸肩d支承到支撐面 b上。
在使用如圖4所示的推力軸承裝置a的情況下，已經(jīng)證明在軸c的 高轉(zhuǎn)速下尤其是在轉(zhuǎn)速為每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)時，出現(xiàn)推力軸承凸肩d的變形， 此時推力軸承凸肩d以不斷增大的間距離開旋轉(zhuǎn)軸線R地彎曲，如圖4 中通過虛線表示的推力軸承凸肩d為了更好地理解而沒有按照比例示出 的那么。此時在支撐面b和軸承面e之間的軸向偏壓隨著與旋轉(zhuǎn)軸線R 的徑向距離的增大而減小。推力軸承裝置a的不均勻的偏壓導(dǎo)致不僅在 支撐面b上而且在軸承面e上的不均勻的磨損。此外軸c必須以更高的 預(yù)緊力沿軸向預(yù)張緊，以便保證具有用于支承的足夠的軸向偏壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是改進開頭所述類型的推力軸承裝置，尤其是這樣地 改進，使得在較低的費用下減小支撐面和推力軸承裝置的軸承面之間的 磨損。按照本發(fā)明,該任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1的特征的推力軸承裝 置解決，并且尤其是這樣地解決，即旋轉(zhuǎn)對稱的推力軸承凸肩在徑向上 看相對于軸承面具有一種質(zhì)量分布，通過這種質(zhì)量分布在高的轉(zhuǎn)速下在 推力軸承凸肩中形成一個在軸承面的方向上作用的彎曲力矩，它抵制推 力軸承凸肩的軸承面由于高的轉(zhuǎn)速引起的在從支撐面離開的方向上的變形。如試驗證明的那樣，可以通過在推力軸承凸肩中的專門的質(zhì)量分布 產(chǎn)生確定的彎曲力矩，其抵制推力軸承凸肩的軸承面由于高的轉(zhuǎn)速引起 的與支撐面離開的變形。與不希望的變形的程度一樣，彎曲力矩本身也 取決于轉(zhuǎn)速。通過在推力軸承凸肩中的相應(yīng)的質(zhì)量分布，其例如可以應(yīng) 用有限元法精確地確定，可以這樣地調(diào)節(jié)彎曲力矩，使得在幾乎所有轉(zhuǎn) 速下能夠防止或總是能夠減小軸承面的不希望的變形。因此可以將推力 軸承凸肩依據(jù)質(zhì)量分布從旋轉(zhuǎn)軸線開始設(shè)想地劃分成一些具有不同質(zhì) 量的部段，例如一個與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大徑向間距的部段和一個連 接在該部段上的與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較小徑向間距的部段。通過對各個 部段分配不同的質(zhì)量，從軸向上看，與各個部段分別相配的重心也發(fā)生 了一種與質(zhì)量相關(guān)的位移。質(zhì)量分布優(yōu)選這樣地實現(xiàn)，即各個部段的重 心在軸向上看如這樣地相互相對地錯開，使得與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大 徑向間距的部段的重心比連接在其上的與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較小徑向 間距的部段的重心具有與軸承面之間的更大的軸向間距。通過錯開地設(shè) 計重心，在軸的高的轉(zhuǎn)速下在推力軸承凸肩中形成一種彎曲力矩，它在 軸承面的方向上作用和抵制往常出現(xiàn)的變形，如這種變形在現(xiàn)有技術(shù)的 推力軸承裝置中已知的那樣。通過這種簡單和完美的方式即使在高的和最高轉(zhuǎn)速下也能夠?qū)ｉT地抵制在現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的推力軸承凸肩的彎曲。此時要補償說明的是，推力軸承凸肩可以與軸整體地構(gòu)造或者備選地以已知的方式防轉(zhuǎn)動地和軸向不能夠移動地例如通過軸倒棱和壓配合與軸固定連接。本發(fā)明的其它的擴展方案由說明書、從屬權(quán)利要求以及附圖給出。因此在按照本發(fā)明的推力軸承裝置的 一 個特別優(yōu)選的實施形式中建議，與推力軸承凸肩的 一個連接在一個部段上的沿徑向更向內(nèi)設(shè)置的部段相比，使推力軸承凸肩的與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的該部段具有一種質(zhì)量分布，用于實現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速下形成希望的彎曲力矩。此時在此 處與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的部段的形成的重心在它的位置上是這樣地設(shè)計的，即使得它在軸向上看比連接在其上的部段的重心更遠離
軸承面地設(shè)置，由此，如已述的那樣，形成在高轉(zhuǎn)速下的希望的彎曲力矩。為了在推力軸承凸肩中實現(xiàn)希望的質(zhì)量分布，在按照本發(fā)明的推力 軸承裝置的 一個特別優(yōu)選的實施形式中，在推力軸承凸肩的更向內(nèi)設(shè)置 的部段的與軸承面背離的背側(cè)上與軸的旋轉(zhuǎn)軸線同心地設(shè)置有至少一 個環(huán)繞的環(huán)形槽。通過環(huán)槽實現(xiàn)在該部段中的質(zhì)量減少，同時重心朝著 軸承面的方向移動，從而一方面實現(xiàn)希望的質(zhì)量分布和同時重心的要求 的位移。此外在該實施形式中的一個主要的優(yōu)點在于，通過特定地設(shè)計 槽的深度和寬度以及它至旋轉(zhuǎn)軸線的間距可以非常確定地依據(jù)預(yù)定的 轉(zhuǎn)速預(yù)先確定彎曲力矩和必要時進行再修正。如果推力軸承裝置以不同 的高的最大允許的轉(zhuǎn)速運行，它們可以由相同的基本部件建造，其中在 制造推力軸承凸肩時可以僅僅通過槽的相應(yīng)的設(shè)置和構(gòu)造考慮不同的 最大允許的轉(zhuǎn)速和預(yù)先確定用于它們的優(yōu)化的彎曲力矩。其中特別有利 的是，推力軸承凸肩構(gòu)造成單獨的構(gòu)件，它以后與要支承的軸固定地連 接。推力軸承凸肩的背側(cè)到環(huán)形槽中的過渡部分優(yōu)選構(gòu)造成具有一定 的半徑，從而形成的彎曲應(yīng)力，其尤其是在環(huán)槽的區(qū)域中產(chǎn)生，可以進 入材料中和表面在材料中形成應(yīng)力峰值。其中特別有利的是，環(huán)形槽的 槽緣邊到其槽底部中的過渡部分構(gòu)造半徑部分。此外在該實施形式中有利的是，使沿徑向更向外設(shè)置的槽緣邊在40°至75°的范圍中的一個角度下相對于旋轉(zhuǎn)軸線傾斜地過渡到槽底部 中，由此同時有利地影響在高轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力分布。此外也可以例如通過 應(yīng)用有限元法由槽緣邊的形狀和長度確定地預(yù)先給定推力軸承凸肩的 彎曲特性。對于具有槽的該實施形式附加地或作為可替代的實施形式,建議為 推力軸承凸肩的與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的部段配置一個附加的質(zhì)量，用于形成希望的彎曲力矩。為此在該實施形式的一個特別優(yōu)選的擴展方案中，該附加的質(zhì)量通 過 一 個在軸向上突出于推力軸承凸肩的與支撐面背離的背側(cè)的凸肩形 成。該凸肩的形狀和長度此時優(yōu)選這樣地設(shè)計，即在這里也可以考慮不 同的最大允許的轉(zhuǎn)速和預(yù)先給定在不同的轉(zhuǎn)速下的不同的彎曲力矩。為此備選地或附加地建議,該附加的質(zhì)量通過至少一個由一種密度
較高的材料制成的優(yōu)選是環(huán)的重量元件提供，其靠近或在推力軸承凸肩 的背側(cè)上被安置或固定在與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的部段中或者 例如通過焊接或通過壓配合固定在其上。


以下參照附圖依據(jù)三個實施例對本發(fā)明進行詳細描述。附圖中所示的，圖1是沿著按照本發(fā)明的推力軸承裝置的第一實施例的旋轉(zhuǎn)軸線的 縱截面的上半部分，其中在推力軸承凸肩的與軸承面背離的背側(cè)上設(shè)有一個槽；圖2是沿著按照本發(fā)明的推力軸承裝置的第二實施例的旋轉(zhuǎn)軸線的 縱截面的上半部分，其中推力軸承凸肩的沿徑向布置在最外側(cè)上的部段 在與軸承面背離的背側(cè)上設(shè)有一個軸向突出的凸肩；圖3是沿著按照本發(fā)明的推力軸承裝置的第三實施例的旋轉(zhuǎn)軸線的 縱截面的上半部分，其中在推力軸承凸肩的與軸承面背離的背側(cè)上靠近 其外周面設(shè)有一個由更高密度的材料制成的環(huán);和圖4是沿著在現(xiàn)有技術(shù)已知的推力軸承裝置的旋轉(zhuǎn)軸線的縱截面的 上半部分，其中示出了在高的轉(zhuǎn)速下推力軸承凸肩的變形。
具體實施方式
在圖1中示出了是沿著按照本發(fā)明的用于軸向支承一個軸12的的 旋轉(zhuǎn)軸線R的縱截面的上半部分。推力軸承裝置10具有位置固定的設(shè) 置在外殼中的支撐面14,其位于一個與旋轉(zhuǎn)軸線R成直角延伸的平面 中。軸12在其自由端上設(shè)有徑向向外突出的推力軸承凸肩16。推力軸 承凸肩16在橫截面上具有矩形的基本形狀并且在形成自由切痕下過渡 到軸12的周面中。推力軸承凸肩16具有一個也是與旋轉(zhuǎn)軸線R成直角 延伸的軸承面18,通過它將軸承凸肩16預(yù)張緊在支撐面14上以進行軸 向支秀〈。推力軸承凸肩16在它與軸承面18背離的背側(cè)20上與它的周面22 的一定間距處設(shè)有槽24。槽24具有一個與旋轉(zhuǎn)軸線R平行延伸的槽緣 邊26,它在形成一個半徑28下過渡到平的槽底部30中，后者相對于軸承面18在大約3。的角度下稍微傾斜。槽底部30在形成一個第二半徑32 下過渡到一個第二槽緣邊32,后者在大約45。的角度下相對于軸12的旋 轉(zhuǎn)軸線R傾斜地延伸。為了更好地理解，推力軸承凸肩16被劃分成在一個與旋轉(zhuǎn)軸線R 具有較大徑向距離的假想的部段36和一個與該部段連接的其中構(gòu)造了 槽24的假想的部段38 (通過虛線表示)。由于在部分38中構(gòu)造的槽， 在兩個部段36和38之間的質(zhì)量分配在軸向上看是不同的，從而兩個部 段36和38在它們的重心或質(zhì)量中心40和42的位置上是相互不同的。 此時與旋轉(zhuǎn)軸線R具有較大徑向距離的部段36的重心40在軸向上看比 連接在其上的部段38的重心42更遠地與軸承面18相間隔。如果現(xiàn)在軸12在高的轉(zhuǎn)速下，尤其是數(shù)千轉(zhuǎn)每分鐘進行運轉(zhuǎn)，那 么兩個部段36和38的重心40和42的錯開的設(shè)置使得在部段38中通 過在部段36上作用的向心力產(chǎn)生一個在支撐面14方向上作用的彎曲力 矩，它的大小這樣地確定，使得在相反的方向上往常出現(xiàn)的推力軸承凸 肩16的變形，如其在現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)的那樣(參見圖4),被抵消和軸承 面18顯示為在一個與旋轉(zhuǎn)軸線R成直角延伸的平面中的至少近似平面 的分布。圖2示出了一個對應(yīng)于圖1的通過按照本發(fā)明的推力軸承裝置50 的第二實施例的縱截面。推力軸承裝置50的結(jié)構(gòu)基本上對應(yīng)于推力軸 承裝置10的結(jié)構(gòu)。惟一的區(qū)別在于推力軸承凸肩52的結(jié)構(gòu)。推力軸承 凸肩52沒有在第一實施例的推力軸承凸肩16上構(gòu)造的槽24而是具有 一個從推力軸承凸肩52的背側(cè)54突出的凸肩56,其平齊地過渡到推力 軸承凸肩52的周面58中。通過凸肩56,其是與旋轉(zhuǎn)軸線R具有較大徑 向距離的部段60的組成部分，部段60的重心62在軸向上看比比連接 在其上的部段68的重心66更遠地與推力軸承凸肩52的軸承面64相間 隔。在這里也是通過兩個部l殳62和68的相互相對偏移的重心60和66 達到在高的轉(zhuǎn)速下形成一個彎曲力矩，通過它使推力軸承凸肩52在支 撐面70的方向上變形，從而支撐面64即使在高的轉(zhuǎn)速下也顯示為至少 近似平面的分布。圖3示出了推力軸承裝置80的一個第三實施例，其相對于圖2所 示的推力軸承裝置50的區(qū)別在于，在推力軸承凸肩84的周面82的過 渡部分上沒有采用凸肩56而是在它的背側(cè)86中構(gòu)造一個凹部88，其中
設(shè)置由 一 種材料制成的環(huán)9 0,該材料的密度高于用于制造推力軸承凸肩 84的其余材料的密度。環(huán)卯通過壓配合保持在凹部88中。通過環(huán)90使得與旋轉(zhuǎn)軸線R具有較大徑向距離的部段94中的重心 92在軸向上與軸承面96相偏離和相對于該部段連接的部段100的重心 98移位。在高的轉(zhuǎn)速下這也導(dǎo)致形成在軸承面96的方向上的彎曲力矩， 通過它使得往常出現(xiàn)的推力軸承凸肩84的變形被抵消和軸承面96顯示 為一個至少近似平面的分布。在圖1至3中示出的實施例只是多種可能的構(gòu)造中的三個。例如這 三個基礎(chǔ)的實施例也可以相互組合，例如使用 一 個用密度高于推力軸承 凸肩的材料的材料制成的環(huán)，其在軸向上延伸超過背側(cè)。在圖2和3中 示出的實施例在背側(cè)上附加地設(shè)置一個或多個與旋轉(zhuǎn)軸線R同心地延 伸的環(huán)槽也處在本發(fā)明的范圍內(nèi)。附圖標(biāo)記表a 推力軸承裝置b 支撐面c ^由d 推力軸承凸肩e ^由7fc面10推力軸承裝置12 軸14 支撐面R 旋轉(zhuǎn)軸線16 推力軸承凸肩18 軸《義面20 背側(cè)22 周面24 槽26第一槽緣邊28 第一半徑30 槽底部 32第二半徑 34第二槽緣邊36 與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的部段38 沿徑向更靠近內(nèi)部的部段40 重心42 重心50推力軸承裝置52 推力軸承凸肩54 背側(cè)56 凸肩58 周面60 與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的部段62 重心64 誅由7f義⑤66 重心68 沿徑向更靠近內(nèi)部的部段70 支撐面80推力軸承裝置82 周面84 推力軸承凸肩86 背側(cè)88 凹部90 環(huán)92 重心94 與旋轉(zhuǎn)軸線之間具有較大間距的部段96 軸承面98 重心100沿徑向更靠近內(nèi)部的部段。
權(quán)利要求
1. 一種尤其是用于高轉(zhuǎn)速的推力軸承裝置，具有一個位置固定的支撐面(14)和一個設(shè)置在要支承的軸(12)上的推力軸承凸肩(16；52；84)，它具有用于軸向支撐在支撐面(14)上的軸承面(18；64；96)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)對稱的推力軸承凸肩(16；52；84)在徑向上看相對于軸承面(18；64；96)具有一種質(zhì)量分布，通過這種質(zhì)量分布在高的轉(zhuǎn)速下在推力軸承凸肩(16；52；84)中形成一個在軸承面(18；64；96)的方向上作用的彎曲力矩，它抵制推力軸承凸肩(16；52；84)的軸承面(18；64；96)由于高的轉(zhuǎn)速引起的在從支撐面(14)離開的方向上的變形。
2. 按照權(quán)利要求1所述的推力軸承裝置，其特征在于,與推力軸承 凸肩(16; 52; 84)的一個連接在一個部段(36; 60; 94)上的沿徑向 更向內(nèi)設(shè)置的部段(38; 68; 100)相比推力軸承凸肩(16; 52; 84) 的與旋轉(zhuǎn)軸線(R)之間具有較大間距的該部段(36; 60; 94)具有一 種質(zhì)量分布，通過這種質(zhì)量分布該具有較大間距的部段(36; 60; 94) 的重心(40; 62; 92 )在軸向上看比連接在其上的部段(38; 68; 100) 的重心(42; 66; 98)距工作面(18; 64; 96)的距離更遠。
3. 按照權(quán)利要求2所述的推力軸承裝置，其特征在于，在推力軸承 凸肩(16)的更向內(nèi)設(shè)置的部段(38)的與軸承面(18)背離的背側(cè)(20) 上與軸(12)的旋轉(zhuǎn)軸線(R)同心地設(shè)置有至少一個環(huán)繞的環(huán)形槽(24)。
4. 按照權(quán)利要求3所述的推力軸承裝置，其特征在于,背側(cè)(20) 到環(huán)形槽(2)中的過渡部分以一定的半徑地進行構(gòu)造。
5. 按照權(quán)利要求3或4所述的推力軸承裝置，其特征在于，環(huán)形槽 (24)的槽緣邊(26; 34)到其槽底部(30)中的過渡部分以一定的半徑進行構(gòu)造。
6. 按照權(quán)利要求3， 4或5所述的推力軸承裝置，其特征在于，沿 徑向更向外設(shè)置的槽緣邊(34 )在40。至75。的范圍中的一個角度下相對 于旋轉(zhuǎn)軸線(R)傾斜地過渡到槽底部(30)中。
7. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的推力軸承裝置，其特征在于，推 力軸承凸肩(52; 84 )的與旋轉(zhuǎn)軸線(R)之間具有較大間距的部段(60; 94)配置有一個附加的質(zhì)量(56; 90)。
8. 按照權(quán)利要求7所述的推力軸承裝置，其特征在于，該附加的質(zhì) 量通過一個在軸向上突出于推力軸承凸肩(52)的與支撐面背離的背側(cè) 的凸肩(56)形成。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的推力軸承裝置，其特征在于，該附加 的質(zhì)量通過至少一個由一種密度較高的材料制成的優(yōu)選是環(huán)(90)的重 量元件形成，其靠近或在背側(cè)(86)上被安置或固定在與旋轉(zhuǎn)軸線(R) 之間具有較大間距的部段(94)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是用于高轉(zhuǎn)速的推力軸承裝置，具有一個位置固定的支撐面(14)和一個設(shè)置在要支承的軸(12)上的推力軸承凸肩(16)，它具有用于軸向支撐在支撐面(14)上的軸承面(18)。按照本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)對稱的推力軸承凸肩(1)在徑向上看相對于軸承面(18)具有一種質(zhì)量分布，通過這種質(zhì)量分布在高的轉(zhuǎn)速下在推力軸承凸肩(16)中形成一個在軸承面(18)的方向上作用的彎曲力矩，它抵制推力軸承凸肩(16)的軸承面(18)由于高的轉(zhuǎn)速引起的在從支撐面(14)離開的方向上的變形。
文檔編號F16C33/58GK101392797SQ20081021509
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者D·武茨, G·里德 申請人:曼柴油機歐洲股份公司