[发明专利]改进的轴颈轴承设计

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2009年1月12日提交的，名为“轴颈轴承设计”的美国临时申请的权益，将其全文合并于此。

技术领域

本公开总体地涉及用于旋转装备的轴承。额外地，本公开涉及用于轴颈轴承的改进的设计。

背景技术

通常在旋转装备中使用轴承，以允许两个零件之间的相对运动。示例性地，可将球轴承或滚珠轴承用来允许轴在固定的壳体内的旋转。轴颈轴承是用于旋转轴的简单轴承。在轴颈轴承中，“轴颈”指的是轴的一部分，而“轴衬”是围绕在轴颈周围的中空圆柱体。将轴衬设置在壳体或其他可称为“轴颈箱”的壳体内。

通常地，轴颈和轴衬两者都为平滑抛光的圆柱体。可将轴颈和轴衬之间的空隙称作轴承的“间隙”。在轴颈轴承中，将润滑剂添加在轴颈和轴衬之间的间隙内。润滑剂通常地具有足够的粘性，以在旋转轴颈和静态轴衬之间提供缓冲。

图1示出了包括旋转设备1的现有技术系统的示例。旋转设备1可包括任何种类的旋转装备(诸如，电机、泵等)。旋转设备1包括具有端面帽12和轴颈箱14的静态壳体10.旋转设备1也包括具有旋转元件22和轴颈箱24的旋转轴20.旋转元件22可包括旋转设备1的任何构件(诸如，转子、推进器等)。

图2A-2D示出了现有技术轴颈轴承24的多个角度。图2A示出了具有轴衬内侧表面28的轴衬26的纵向横截面。轴衬26是配置为用来收纳轴颈27的中空圆柱体。图2B示出了具有轴颈内侧表面29的轴颈29。如图2C所示，轴颈27保持在壳体26内，以形成轴承24。

图2D示出了沿图2C示出的线2D-2D的轴承24的横截面，其中箭头30示出了旋转轴20和轴颈27的旋转方向。轴衬26和轴颈27之间的空隙是间隙34。将润滑剂引入间隙34内。轴颈27在轴衬26内的旋转造成了由润滑剂32构成的“楔形物”(Wedge)。轴颈27依靠在由润滑剂32构成的“楔形物”上，而不和轴衬26发生接触。

在一些应用中，将润滑剂穿过旋转设备1的内侧和任意轴承24循环，以同时移除热量以及提供润滑。在通常的屏蔽电机应用中，足够冷却轴承24的润滑剂32的量小于足够冷却电机和/或其构件的润滑件32的量。在这些应用中，润滑剂32的一些部分绕开轴承24，以避免在穿过间隙34之后形成的压力降-流经许多轴颈轴承的间隙34时存在高的阻力。紧密间隙轴颈轴承的设计显著地受限于润滑剂的压力降和最小允许流动速率之间的平衡。此外，随着旋转设备1的旋转速率的增加，流经间隙34的阻力也随之增加。一些轴颈轴承包括位于轴承表面内的一个或多个沟槽-以减少流经间隙的阻力。

发明内容

根据一些实施例，本公开涉及轴颈轴承。示例性地，本公开提供了用于轴颈轴承的轴衬。轴衬可包括限定了内侧轴承表面的圆柱形内侧、纵向轴线和内侧直径(ID)、沿纵向轴线高度为H的内侧轴承表面的沟槽区域和位于内侧轴承表面的沟槽区域内的一组沟槽，其中N是该组沟槽中的沟槽的数目。可将每一个沟槽设置为从轴衬的纵向轴线偏离螺旋角度(θ)。螺旋角度可大致和由下列公式给出的角度相等：

tangent(θ)＝(πx ID)/(N x H)。

作为另一个示例，本公开提供了用于轴颈轴承的轴衬。轴衬可包括限定了内侧轴承表面的圆柱形内侧、延伸经过圆柱形内侧的中心的纵向轴线、沿纵向轴线高度为H的内侧轴承表面的沟槽区域和位于内侧轴承表面的沟槽区域内的一组螺旋沟槽。此外，任何沿内侧轴承表面的沟槽区域以平行于纵轴的方向延伸的直线可和螺旋沟槽组中的一个且仅一个沟槽相交。

作为另一个示例，本公开提供用于旋转装备的轴承。轴承可包括具有限定了内侧轴承表面的圆柱形内侧的轴衬、该轴衬具有纵向轴线和内侧直径(ID)、安装在旋转轴上，且被配置为在轴衬内旋转的轴颈，所述轴颈包括限定了外侧轴承表面的圆柱形外侧、沿轴衬的纵向轴线高度为H的轴衬的内侧轴承表面的沟槽区域，以及位于轴衬的内侧轴承表面的沟槽区域内的一组沟槽，其中N为该组沟槽中的沟槽的数目。可将每一个沟槽都设置为和轴衬的纵轴成螺旋角度(θ)。此外，螺旋角度可大致相当于由下列公式给出的角度：

tangent(θ)＝(πx ID)/(N x H)。