轴承保持架

文档序号:863260 发布日期:2021-03-16 浏览:13次 >En<

阅读说明:本技术 轴承保持架 (Bearing retainer ) 是由 E·卢切塔 于 2019-07-09 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种用于涡轮分子泵的转子轴承的轴承保持架(13)。该轴承保持架包括多个轴承兜孔(14),其中每一个在使用中收容轴承滚珠(15),使得该轴承滚珠可操作地接合该转子轴承的内座圈和外座圈。该轴承保持架的每个轴承兜孔都具有用于收容该轴承滚珠的主腔室(17),并且每个轴承兜孔还包括贮槽(20)。(The invention provides a bearing cage (13) for a rotor bearing of a turbomolecular pump. The bearing cage includes a plurality of bearing pockets (14), each of which receives a bearing ball (15) in use such that the bearing balls operatively engage inner and outer races of the rotor bearing. Each bearing pocket of the bearing cage has a main chamber (17) for receiving the bearing ball and each bearing pocket further comprises a sump (20).)

轴承保持架

技术领域

本发明涉及一种轴承保持架,并且特别是涉及一种用于真空泵、特别是涡轮分子泵中的油润滑转子轴承中的轴承保持架。

背景技术

真空泵通常包括呈转子形式的叶轮,该转子安装在轴上,以便相对于周围的定子旋转。该轴通常由轴承布置结构来支撑,该轴承布置结构包括位于该轴的相应端部处或中间的两个轴承。可替代地,该轴可以是由位于该轴的一端处或中间的两个轴承支撑的悬臂。在两种布置结构中,一个或两个轴承可呈滚动轴承的形式。例如,上部轴承可以是被动磁浮轴承,并且下部轴承可以是滚动轴承。

参考图1,典型的滚动轴承(1)包括相对于真空泵(4)的轴(3)固定的内座圈(2)、外座圈(5)以及多个滚动元件(6),该多个滚动元件(6)通过轴承保持架(7)支撑,以便允许内座圈(2)和外座圈(5)的相对旋转。通常,外座圈(5)被固定地附接到轴承支撑阻尼器(8),该轴承支撑阻尼器(8)又被固定地附接到真空泵的壳体(9)。轴承支撑阻尼器(8)通常通过轴承支撑螺母(10)来保持就位。

滚动轴承(1)通常包括多个轴承滚珠(6),其可被油脂润滑或油润滑,以建立将处于滚动和滑动接触的轴承部件分开的承载膜,以便最小化摩擦和磨损。

如所论述的,滚动轴承(1)通常将包括轴承保持架(7)。如通过参考图2和图3更好地图示的,轴承保持架(7)可包括多个均匀间隔的轴承兜孔(30),轴承滚珠(6)被定位在这些轴承兜孔(30)内。因此,轴承保持架(7)确保了轴承滚珠(6)围绕内座圈(2)和外座圈(5)之间的通道的均匀间隔,并且有助于轴承内的油润滑剂分布。

滚动轴承(1)通常通过油润滑剂润滑,该油润滑剂在每个轴承滚珠(6)、其对应的轴承兜孔(30)以及内座圈(2)和外座圈(5)之间形成薄膜。形成在轴承滚珠(6)与轴承保持架(7)之间的润滑膜确保了轴承滚珠(6)能够在磨损最小并且由于摩擦引起的损耗减小的情况下旋转和转动。滚珠运动是复杂的,并且由于轴承的内部几何形状以及滚珠在高速操作期间所受到的力而可能包括围绕轴承轴线的滚动和围绕其他轴线的转动的组合。

图1示出了外部引导保持架设计,其中,来自油供应系统的油输送螺母(31)在内座圈(2)和轴承保持架(7)之间延伸。油润滑剂通过内座圈(2)与轴承保持架(7)之间的通道(32)而被供应到轴承滚珠(6)。

图1示出了处于竖直直立位置的涡轮分子泵,其中叶轮轴(3)的旋转轴线(A)处于基本上竖直的定向。当处于竖直直立位置时,转子室被定位成转子室入口处于转子室出口上方。

图2示出了如在处于竖直直立位置的涡轮分子泵的下部滚动轴承中见到的轴承保持架(7)和轴承滚珠(6)。如所示,轴承保持架(7)的旋转轴线(X)竖直定向,并且轴承保持架(7)被定位成使得每个轴承兜孔(30)的第一端处的开口(11)面向上。在重力的作用下,轴承保持架(7)将趋于就位,使得每个轴承滚珠(6)更加朝向其轴承兜孔(30)的第一端定位,因此在那里可形成油润滑膜。当处于该定向时,每个轴承滚珠(6)与其轴承兜孔(30)的开口(11)之间的相互作用会中断油润滑剂膜,并且由此,减少当真空泵处于操作中时的摩擦损耗。开口(11)通常是“夹式”保持架的特征,其中,存在开口侧,以在滚珠已预先组装在座圈之间的情况下,允许将保持架夹在滚珠上。可在深槽滚珠轴承中设置开口,这是因为在组装期间,滚珠可能会不均匀地隔开。在诸如铆接滚珠轴承或角接触滚珠轴承之类的替代设计中,可能没有开口侧。

由于操作原因,包括涡轮分子泵的真空泵可能需要在上述竖直直立位置以外的定向上使用,例如其中叶轮的轴线水平、竖直倒置(也就是说,其中转子室出口处于入口上方)或者处于它们之间的任何角度。然而,已经观察到,当真空泵以竖直直立位置以外的位置定向时,则对于给定的转子速度的操作温度可能会升高,从而减小真空泵的操作范围,并且以给定的转子速度运行真空泵所需的功率可能会增加,或者反之亦然,其中,增加的功率损耗导致轴承内的温度升高。已经发现,当泵被布置在竖直倒置位置时,这些称为寄生损失的问题特别严重。由于轴承内的摩擦而导致的功率损耗已被测量为在某些定向上会增加多达100%。

因此,仍然需要具有减小的寄生损失的真空泵,并且特别是,包括润滑的油的真空泵,其中功率损耗与装置的定向无关。

本发明人已经发现,这些问题的原因是下部油润滑滚动轴承(即,位于涡轮分子泵的转子室出口端处的滚动轴承)的轴承保持架中的粘滞损失。

图3示出了如在处于竖直倒置位置的涡轮分子泵的下部滚动轴承中见到的轴承保持架(7)和轴承滚珠(6)。如所示,轴承保持架(7)的旋转轴线(X)是竖直的,然而,与图1和图2中所示的布置结构相比,轴承保持架(7)是倒置的。在该位置,轴承保持架(7)被定位成使得轴承兜孔(30)的开口(11)面向下。

已经发现,在该位置,在重力的作用下,轴承保持架(7)可趋于就位,使得每个轴承滚珠(6)更加朝向其轴承兜孔(30)的第二封闭端(12)定位。结果,与处于竖直直立位置时相比,轴承兜孔(12)的封闭端的表面被定位成显著更加靠近轴承滚珠(6)。因此,油润滑厚度在轴承兜孔(30)的封闭端(12)处减小,并且不会被轴承兜孔的开口(11)中断,从而导致更高的粘滞损失。

尽管程度较小,但类似的问题也可能会发生在其他非竖直定向上。

本发明解决现有技术的油润滑轴承系统的这些和其他问题。

发明内容

因此,在第一方面,本发明提供了一种用于涡轮分子泵的油润滑转子轴承的轴承保持架。该轴承保持架包括多个轴承兜孔,其中每一个在使用中收容轴承滚珠,使得该轴承滚珠可以可操作地接合该转子轴承的内座圈和外座圈。每个轴承兜孔具有用于收容该轴承滚珠的主腔室,其中,每个轴承兜孔还包括油贮槽。

出于本发明的目的,贮槽具有其正常含义。通常,为在使用中润滑液体油可从该主腔室流入到其中的凹陷处。已知油脂润滑轴承具有油脂贮槽,其构造成用于容纳基本上为固体的油脂,但是本发明不用于与这样的油脂润滑轴承一起使用。

通常,该贮槽位于该兜孔的与第一端相对的第二端处。通常,每个兜孔的该第一端包括开口。该开口的宽度通常与该贮槽的开口的宽度相同或比之更宽。通常,该开口的宽度比该轴承滚珠的直径要窄。

通常,处于每个兜孔的第一端处的开口被限定在该轴承保持架的基本上环形的表面中。

本发明人已发现,在每个轴承兜孔中设置油贮槽会减小粘滞损失,特别是在轴承保持架被定向成使得轴承兜孔开口面向下时。有利地,当在涡轮分子泵中的油润滑下部滚动轴承中采用根据本发明的轴承保持架时,与采用标准的轴承保持架时相比,当泵在竖直倒置位置操作时,寄生损失显著降低。另外,并且有利地,已发现在操作期间保持架振动的幅度减小。

该主腔室可至少部分地由基本上弧形的表面限定,该表面包围收容在该主腔室中的轴承滚珠的一部分。该主腔室可包括两个或更多个弧形表面。通常,该弧形表面具有由周界假想圆限定的弧。在该主腔室包括两个或更多个弧形表面的情况下,它们由相同假想圆的周界限定。

在实施例中,限定该主腔室的基本上弧形的表面可呈假想圆柱体的外表面的一部分的形式,该假想圆柱体具有与该轴承保持架的旋转轴线径向对准的中心轴线。限定该主腔室的基本上弧形的表面的半径可以是该轴承滚珠的半径加上小的间隙,以允许轴承滚珠旋转并且允许形成油润滑层。限定该主腔室的基本上弧形的表面的半径可为从大约0.25mm至大约6 mm,优选为从大约1 mm至大约5 mm。

该贮槽可呈从限定该主腔室的基本上弧形的表面径向向外延伸的辅助腔室的形式。

通常,每个兜孔在该第一端处包括开口,该开口限定在该轴承保持架的基本上环形的表面中。通常,每个兜孔包括两个兜孔爪(pocket jaw),其在该兜孔的第一端处限定了该开口。该基本上弧形的表面和该环形的表面可以是相连的。通常,该兜孔爪包括该基本上弧形的表面和该环形的表面相交的边缘。

这些轴承兜孔可在周向上基本上均匀地分开。

在使用中,每个轴承兜孔内可收容轴承滚珠,使得该轴承滚珠至少部分地被包围在该主腔室内。油润滑剂可位于轴承滚珠的外表面和该主腔室的表面之间,以及位于该贮槽内。通过支撑轴承滚珠并使其与轴承保持架、内座圈和外座圈分离,该油润滑剂起到减少轴承部件的摩擦和磨损的作用。另外,该油润滑剂防止轴承滚珠的氧化和/或腐蚀,充当污染物的屏障,并且将热从轴承传导出去。通常,该油润滑剂可从该贮槽中流出,以基本上防止滚珠和贮槽表面之间的油润滑剂膜的压缩。

在使用中,油润滑剂可通过油输送螺母来供给到轴承。油润滑剂可从毛毡油储存器经由油芯来输送到该油输送螺母。

通常,该第一端为转子侧端,并且该第二端为泵出口侧端。

该贮槽可延伸至该轴承保持架的外座圈侧表面。附加地或替代地,该贮槽可延伸至该轴承保持架的内座圈侧表面。

在实施例中,该贮槽是开放式的(open-sided)。“开放式”是指如下构造,即:其中,该贮槽不中断地延伸轴承保持架壁的宽度。有益地,开放式贮槽易于制造。

在实施例中,该贮槽可不延伸该轴承保持架的整个宽度。例如,该贮槽可仅在内座圈侧或外座圈侧中的一个上开口。该贮槽可在内座圈侧和/或外座圈侧上由从该贮槽的基部纵向延伸的壁限定。取决于轴承的尺寸和设计,该壁的厚度可在大约1mm和大约6mm之间。

该纵向延伸的壁可包括轴承滚珠侧表面,其形成限定该主腔室的基本上弧形的表面的一部分。

有利地,不延伸轴承保持架壁的整个宽度的贮槽在使用期间更好地保留油润滑剂。在不希望被理论束缚的情况下,据信采用壁限制了油润滑剂在使用中时由于作用在该油润滑剂上的离心力而从该贮槽中向外的移动。

在实施例中,该贮槽可由基本上弧形的表面限定。通常,为单个基本上弧形的表面。该基本上弧形的表面可跨该贮槽的宽度具有基本上一致的半径。因此,该基本上弧形的表面可呈假想圆柱体的外表面的一部分的形式,该假想圆柱体具有与轴承的旋转轴线径向对准的中心轴线。可替代地,该贮槽的基本上弧形的表面的半径可跨该贮槽的宽度变化。所述弧通常将形成跨贮槽的宽度的假想圆的一部分,即所述弧的半径可跨贮槽的宽度变化,但可能绕贮槽的周界不变化。

该贮槽的基本上弧形的表面的半径通常为从大约0.5 mm至大约10 mm,优选为从大约0.75 mm至大约2 mm,一个示例为0.9 mm。如同本文中限定的其他具体尺寸一样,技术人员将会理解,本发明可被应用于许多不同的轴承尺寸,并且虽然这些尺寸是优选的,但它们不是限制性的。

通常,尽管非排他性地,限定贮槽的基本上弧形的表面可具有如下半径,即:该半径小于限定主腔室的基本上弧形的表面的半径。

限定该主腔室的基本上弧形的表面的半径可为从大约0.25 mm至大约6 mm。

通常,限定该贮槽的基本上弧形的表面和限定该主腔室的表面、例如一个或多个基本上弧形的表面是相连的。限定该主腔室的表面和限定该贮槽的表面可在边缘处相交。可替代地,限定该主腔室的表面与限定该贮槽的表面之间的相交处可倒圆角。

在实施例中,该贮槽可包括与该轴承保持架的旋转轴线基本上相切的表面,例如基部。该贮槽例如可具有平面基部。该贮槽的基部可通过一个或多个侧壁来连结到主腔室。通常,该侧壁将以85度或更大、通常为90度或更大的角度与该基部相交。90度为一个示例。可替代地,这些侧壁可在该贮槽的基部处彼此相交。

通常,在使用中,轴承滚珠的一部分可延伸穿过该轴承兜孔的开口和/或进入到该贮槽中。优选地,贮槽被构造成使得防止轴承滚珠接合限定该贮槽的表面。这确保了在轴承滚珠的表面和主腔室的表面之间形成的油润滑剂层保持中断。

通常,该轴承保持架可被构造成包括从六个至十一个轴承兜孔,优选地包括六个轴承兜孔。每个轴承兜孔通常收容单个轴承滚珠。

在另一方面,本发明提供了一种用于涡轮分子泵的油润滑滚动轴承,该油润滑滚动轴承包括内座圈、外座圈、多个轴承滚珠以及如本发明的前述方面所公开的轴承保持架。有益地,这样的滚动轴承可被改装到包括轴承油润滑系统的涡轮分子泵。

通常,在使用中,该滚动轴承被定向成使得该滚动轴承的旋转轴线与该涡轮分子泵的转子的旋转轴线基本上相同。通常,该滚动轴承是该涡轮分子泵的下部轴承。

在另一方面,本发明提供了一种包括油润滑滚动轴承的涡轮分子泵,该油润滑滚动轴承包括根据本发明的前述方面的轴承保持架。有益地,这样的油润滑涡轮分子泵可在任何定向上使用。

在另一方面,本发明提供了一种改装包括油润滑轴承的涡轮分子泵的方法,该油润滑轴承用于竖直直立以外的位置,优选地用于竖直倒置位置,该方法包括以下步骤:移除该滚动轴承;用包括轴承保持架的滚珠轴承来替换该滚动轴承,该轴承保持架包括多个轴承兜孔,该多个轴承兜孔各自包含轴承滚珠,其中,每个轴承兜孔包括贮槽。

在又一方面,本发明提供了将包括根据本发明的前述方面的轴承保持架的油滚动轴承用于涡轮分子泵中的用途。

附图说明

现在将参考附图借助于示例来描述本发明的优选特征,附图中:

图1示出了处于涡轮分子泵中原位的现有技术的油润滑轴承。

图2示出了处于竖直直立定向的现有技术的油润滑轴承。

图3示出了在竖直倒置定向上对准的现有技术的油润滑轴承。

图4和图5示出了根据本发明的轴承保持架。

图6示出了根据本发明的替代性轴承保持架。

图7和图8示出了根据本发明的替代性轴承保持架。

具体实施方式

本发明提供了一种用于涡轮分子泵中的油润滑转子轴承的轴承保持架。

参考图4,在一个示例中,轴承保持架(13)包括多个轴承兜孔(14),其中每一个都被构造成收容轴承滚珠(15)。轴承兜孔(14)在周向上均匀地分离,并且在使用中,轴承保持架(13)维持轴承滚珠(15)的周向均匀分离。

轴承保持架(13)是基本上圆柱形的管。优选地,该轴承保持架具有从大约2.5 mm至大约6.5 mm的内半径(r)。3.5 mm为一个示例。通常,该轴承保持架具有从大约1 mm至大约6 mm的壁厚度(t)。

轴承保持架(13)具有从轴承保持架(13)径向向外延伸的引导凸缘(16)。在使用中,该引导凸缘(16)可滑动地接合轴承(未示出)的外座圈,以维持轴承保持架(13)绕涡轮分子泵的转子轴的旋转轴线的径向位置。

该轴承保持架可由任何合适的材料制成,所述合适的材料通常为选自包括酚醛树脂、聚酰胺-酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)和聚四氟乙烯(PTFE)的列表的高性能聚合物。包括兜孔和贮槽(sump)的轴承保持架可通过加工、注射成型,通过增材制造技术或者通过它们的组合来制造。

每个轴承兜孔(14)包括主腔室(17)。该主腔室具有在轴承保持架(13)的环形表面(32)中限定的开口端(18)。主腔室(17)由基本上弧形的表面(19)限定,该表面(19)包围收容在其中的轴承滚珠(15)的一部分。如所示,每个轴承滚珠都从该轴承保持架径向向外突出,使得其可以可操作地接合外座圈。类似地,每个轴承滚珠都径向向内突出,使得其可以可操作地接合内座圈。每个轴承滚珠还突出穿过其兜孔的开口并进入到油贮槽中。该轴承滚珠沿任何方向突出的量可能在使用中变化,例如,这取决于轴承的定向。

每个轴承兜孔(14)还包括油贮槽(20)。所示的油贮槽(20)呈辅助腔室的形式,其与开口端(18)相对从限定了主腔室(17)的基本上弧形的表面(19)径向向外延伸。

在所示示例中,贮槽(20)的宽度(w)小于该开口的宽度(v)。优选地,该贮槽的宽度(w)小于收容在主腔室中的轴承滚珠的直径。

所示贮槽(20)具有矩形剖面。贮槽可具有任何剖面,但是优选为矩形、锐角梯形(acute trapezoid)、三角形或弧形(例如,圆形或椭圆形)的剖面。

图4和图5中的贮槽(20)具有由表面(21)限定的基部,该表面(21)与旋转轴线(X)基本上相切(径向于该旋转轴线)。贮槽(20)还由一对侧壁表面(22、23)限定,该对侧壁表面(22、23)呈基本上面对面的定向,该定向基本上垂直于与旋转轴线相切的表面(21)。侧壁表面(22、23)在与旋转轴线相切的表面(21)和限定主腔室(17)的基本上弧形的表面(19、33)之间纵向延伸。在该实施例中,基本上弧形的表面(19、33)和侧壁表面(22、23)之间的相交处由边缘限定。如果优选,则这些相交处可倒圆角。

所示的贮槽(20)延伸到轴承保持架(13)的内座圈侧表面(24)和外座圈侧表面(36)两者。因此,贮槽(20)是开放式的。

图4示出了处于竖直倒置位置的轴承保持架(13):旋转轴线(X)是竖直的,并且贮槽(20)竖直地定位在开口端(18)上方。在该构造中,重力作用在轴承保持架(13)上的效果是使得轴承滚珠(15)部分地延伸到贮槽(20)中。该轴承滚珠不与基本上与旋转轴线相切的表面(21)或侧壁(22、23)接合。有利地,贮槽(20)的存在中断了在轴承滚珠(15)和主腔室(17)之间形成的润滑剂层。这使得可归因于轴承保持架(13)的功率损耗基本上与轴承定向无关。如此,包括如图所示的轴承保持架(13)的任何真空泵均不被轴承保持架限于任何特定定向。

图5从不同的视角示出了图4的轴承保持架(13)。

图6示出了图4和图5中所示的轴承保持架的替代性轴承保持架(13)。在这种情况下,贮槽(20)在内座圈侧上还包括壁(25)并由该壁(25)限定,该壁(25)从该贮槽(20)的基部纵向延伸。壁(25)跨贮槽(20)的整个宽度延伸。

在该实施例中,纵向延伸的壁(25)具有轴承滚珠侧表面(26),其形成限定主腔室(17)的基本上弧形的表面(19)的一部分。在该实施例中,纵向延伸的壁(25)和限定主腔室(17)的基本上弧形的表面(19)是相连的,具有基本上恒定的半径。该半径跨该主腔室的宽度是恒定的。

图7图示了另一替代性轴承保持架(13)。贮槽(20)类似地呈辅助腔室的形式,其与轴承保持架兜孔(14)的开口端(18)相对从限定主腔室(17)的基本上弧形的表面(19)径向向外延伸。贮槽(20)是开放式的,并且由基本上弧形的表面(26)限定。

限定贮槽(20)的基本上弧形的表面(26)通常具有如下半径,即:该半径小于限定主腔室(17)的基本上弧形的表面(19)的半径。在该示例中,限定贮槽(20)的基本上弧形的表面(26)的假想圆的直径(27)为限定了限定该主腔室的基本上弧形的表面的假想圆的直径的0.7倍。通常,从大约0.5至大约0.9的比例是优选的。

如所示,限定主腔室(17)的基本上弧形的表面(19)和限定贮槽(20)的基本上弧形的表面(26)是相连的,并且它们的相交处(28)由边缘限定。如果期望,则该相交处可倒圆角。

图8图示了从替代视角观察的图7的轴承保持架(13)。轴承保持架(13)包括内部引导凸缘(29),其从轴承保持架(24)的内表面朝向旋转轴线径向向内延伸。该内部引导凸缘(29)被构造成在使用中与轴承的内座圈可滑动地接合,以维持轴承保持架绕旋转轴线的径向位置。

要注意的是,本文所公开的发明可与外部引导设计或内部引导设计的轴承保持架等同地使用。

将认识到的是,在不脱离由根据专利法解释的所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可对所示实施例进行各种修改。

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