专利名称：闸门用球面轴承和具有此球面轴承的闸门的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球面轴承，用于水闸的闸门，以便打开和关闭在江、运河等中的水道，以及涉及一种具有这种球面轴承的闸门。
背景技术：
例如，在JP-A2002-285533(专利文档1)中提出一种依靠绕支承轴旋转而用于打开和关闭水道的闸门。这样的闸门是一种无驱动型的，适合于在关闭水道的方向在门本体上施加由其自重引起的力矩，门本体以这种方式提供，即一轴相对于垂直轴线向水道的上游侧倾斜。
这样的无驱动型闸门适合于调节对应于门本体受到的水压的相对数量的开门和关门的角度，希望能平稳且准确地开门和关门。另外，因为较大的载荷施加在受到水压力的门本体的支承轴上，要在长时间内保持门本体的平稳且准确的开关运转是困难的。应该明白在长时间内门本体的平稳且准确的开关运转对于上述的无驱动型闸门是特别需要的，然而对于具有打开和关闭门本体的动力源的受驱动型闸门也是需要的。
发明内容
考虑到上述情况而设计了本发明，本发明的目的是提供一种闸门用球面轴承，它能维持门本体在长时间内的平稳且准确的开关运转，还提供一种具有此球面轴承的闸门。
根据本发明的一种情况，提供了一种闸门用球面轴承，包括具有球面和环曲面中的一种的成凸曲状的本体；具有球面和环曲面中的另一种的成凹曲状的基座，此成凹曲状的基座与成凸曲状的本体的球面和环曲面中的一种可滑动地接触，所述环曲面具有位于一圆上的曲率中心，所述圆的圆心在通过球面的球心的轴向离球面的球心预定距离的位置，所述圆位于垂直于轴向的平面中，成凸曲状的本体的球面和环曲面中的一种具有小于成凹曲状的基座的球面和环曲面中的另一种的曲率半径的曲率半径。
在用于根据本发明的上述情况的闸门的球面轴承的一个实施例中，成凸曲状的本体具有环曲面，具有小于成凹曲状的基座的球面的曲率半径的曲率半径，然而，在另一个实施例中，成凹曲状的基座具有环曲面，成凹曲状的基座的环曲面具有大于成凸曲状的本体的球面的曲率半径的曲率半径。
根据用于依照上述情况的本发明的闸门的球面轴承，因为环曲面具有位于一圆上的曲率中心，且所述的圆的圆心在通过球面的球心的轴向离球面的球心预定距离的位置，以及所述的圆位于垂直于轴向的平面中，成凸曲状的本体的球面和环曲面中的一种曲面的曲率半径小于成凹曲状的基座的球面和环曲面中的另一种曲面的曲率半径，在球面和环曲面在初时阶段开始彼此滑动接触的那部分可以限制在不包括球面和环曲面的各个顶部表面的预定区域。同时，成凸曲状的本体关于成凹曲状的基座的相对对齐功能也可以展现，使得有可能实现闸门的门本体的平稳且准确的开关运转。此外，即使在由长时间使用而引起磨损出现的情况下，也有可能使磨损在从某部分开始整个环曲面上均匀地产生，在所述某部分处环曲面在初时阶段开始与球面滑动接触且不会在成凹曲状的基座中产生局部磨损，借此使得有可能维持门本体在长时间内的平稳且准确的开关运转。
在用于根据本发明的闸门的球面轴承的较佳例子中，形成环曲面，从而环曲面与球面在某部分可滑动地接触，所述某部分与通过环曲面的曲率中心且以预定的角度范围相对于在轴向延伸的轴线而倾斜的线相交。
在用于根据本发明的闸门的球面轴承的另一个较佳例子中，角度的预定范围从30度到45度。根据这个较佳例子，即使在由于长时间使用而产生磨损的情况下，磨损可以在成凹曲状的基座的整个环曲面上更均匀地产生，而主要由于门本体的自重引起的垂直载荷施加在所述的成凹曲状的基座上。
在用于根据本发明的闸门的球面轴承的又一个较佳例子中，成凸曲状的本体和成凹曲状的基座的一个具有润滑油沟，在成凸曲状的本体和成凹曲状的基座之间供给的润滑油放置在润滑油沟中。根据这个较佳的例子，有可能减少在成凸曲状的本体和成凹曲状的基座之间的滑动摩擦阻力。
在用于根据本发明的闸门的球面轴承的再一个较佳例子中，成凸曲状的本体和成凹曲状的基座中的一个具有固体润滑剂，该固体润滑剂与成凸曲状的本体和成凹曲状的基座中的另一个球面光滑地接触。根据这个较佳的例子，有可能减少在成凸曲状的本体和成凹曲状的基座之间的滑动摩擦阻力。
在用于根据本发明的闸门的球面轴承的另一个较佳例子中，成凸曲状的本体和成凹曲状的基座中的一个具有放置在球面和环曲面之间的密封装置。根据这个较佳的例子，有可能防止在球面和环曲面之间的润滑油的泄漏，以及防止灰尘从外面进入在球面和复球面之间的间隙，借此使得有可能更平稳地开和关门本体和减少由于长时间的使用而引起的环曲面的磨损。
在根据本发明的闸门用球面轴承中，成凸曲状的本体可以具有球面，成凹曲状的基座可以具有环曲面，或者，成凸曲状的本体可以具有环曲面，成凹曲状的基座可以具有球面。
根据本发明的闸门包括闸门用上述球面轴承；以及门本体，它依靠闸门用球面轴承而由水闸旋转地支承。
在根据本发明的闸门中，门本体依靠闸门用球面轴承而由水闸旋转地支承，从而可绕关于垂直轴线倾斜的旋转轴线旋转。
根据本发明，有可能提供一种闸门用球面轴承，此球面轴承可以维持长时间内的门本体的平稳且准确的开和关运转，以及还提供一种具有此球面轴承的闸门。
图1是本发明的实施例的示意性正视图；图2(a)是在图1中所示的实施例的示意性平面视图；图2(b)是在图1中所示的实施例的示意性侧视图；图3是用于在图1中所示的闸门的球面轴承的示意性局部放大示意图；图4是用于在图3中所示的闸门的球面轴承的成凹曲状的基座的示意性的放大的剖视图；图5是从在图4中所示的成凹曲状的基座的下侧看去的示意性放大视图；图6是用于在图3中所示的闸门的球面轴承的成凸曲状的本体的示意性放大剖视图；图7是在图6中所示的从成凸曲状的本体的下侧看去的示意性的放大视图；
图8是用于在图1中所示的闸门的球面轴承的另一个实施例的示意性的局部放大视图；以及图9是用于在图8中所示的另一个实施例的闸门的球面轴承的密封装置的示意性放大剖视图。
具体实施例方式
接下来，参照附图，给出本发明的实施例的详细描述。应该明白本发明不受这些实施例的限制。
在图1到图7中，根据此实施例的无驱动型闸门1包括一对门本体2和本体3；一对闸门用球面轴承6(在下文中指球面轴承)，分别用于可旋转地支承门本体2和本体3的下角部分4；一对支承部分7，分别用于可旋转地支承门本体2和本体3的上角部分5。
闸门1安装在水闸10中，切断像运河和江一样的水道9，通过打开和关闭门本体2和本体3来达到调节水位之类的目的。
门本体2和本体3分别通过在水闸10中的球面轴承6和支承部分7布置，切断在X方向延伸的水道9，从而可分别绕旋转轴线C旋转，旋转轴线C在轴向A方向伸展，相对于垂直的轴线V向水道9的上游15侧倾斜，比如，倾斜2到3度。门本体2和本体3以这样的方式放置，即在Y方向彼此相对，垂直于X方向。门本体2和本体3形成双叶铰链门，位于水道9中间的门本体2和门本体3的边缘部分以这样的方式放置，即当闭合水道时，彼此接近，当打开水道时，彼此分离。以彼此相似的方式形成门本体2和门本体3。由于门本体各自的重量，作用在闭合水道的方向R1的门闭合力在绕旋转轴线C可旋转的门本体2和门本体3中产生。
球面轴承6包括成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24，成凹曲状的基座24与成凸曲状的本体22可滑动地接触，球面轴承6相对于支承部分7放置在水道9的下游16侧，并以这样的方式与X方向相关，即使旋转轴线C倾斜。
例如，如图3、图6和图7所示，含有不锈钢的成凸曲状的本体22包括在其表面上具有球面21的球状本体31，以及中空的圆筒形安装部分33，安装部分33与球状本体31的下部紧固连接，以及固定地安装在水闸10的底部32。球面21具有位于在轴向A延伸的轴线A1上的球心O1。球状本体31的最大直径可以大约是60cm，安装部分33的外径可以大约是50cm，以及安装部分33的内径可以大约是30cm。轴线A1与旋转轴线C对齐。
例如，如图3和图5所示，铜合金制造的成凹曲状的基座24包括，固定地安装在门本体2和门本体3的各个下角部分4上的基座本体41；凹环曲面23，它在基座本体41的下表面上提供，具有大于球状表面21的曲率半径r的曲率半径R，还具有位于一圆上的曲率中心O2，其中的圆的半径为L，圆心在离球心O1预定距离B的位置P，从而该圆在通过球面21的球心的轴向A远离球面21，该圆位于在垂直于轴向A的平面中；多条润滑油沟42，它们分别由在环曲面23中形成的沟表面46限定，在成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24之间提供的润滑油(脂)放置在润滑油沟中；以及多个固体润滑剂，它们分别在环曲面23中形成的凹部位固定并光滑地与成凸曲状的本体22的球面21接触。在基座本体41的下表面处的外径可以大约是70cm，在基座本体41的下表面处的内径可以大约是61cm。应该明白在图5中所示的多个固体润滑剂43在图4中省略。
形成环曲面23，从而环曲面23可滑动地与球面21在初时阶段在与线m相交的部分F处接触，线m通过环曲面23的曲率中心O2，相对于在轴向A延伸的轴线A1以预定的角度范围(比如说在本实施例中从30度变化到45度)倾斜。可以设计和润滑环曲面23，从而环曲面23可滑动地与球面21在初时阶段在与线m相交的部分F处接触，线m通过曲率中心O2，相对于轴线A1以比如说30度、40度或45度的角度倾斜。如果这样设计和润滑环曲面23，由于长时间的使用引起的环曲面23的磨损可以在从环曲面23的部分F开始的上下方向逐渐地并均匀地形成，所以这样的环曲面23是较佳的。应该明白环曲面23的曲率是在部分T处最大的，在部分T处呈现了如图4所示与轴线A1相交的相交点I。
多条润滑油沟42沿着环曲面23从与轴线A1相交的环曲面23的部分T径向地延伸向基座本体41的下表面。在此实施例的润滑油沟42中的相邻的润滑油沟以60度的间隔角分别放置在图5中所示的平面中。在该实施例中，六条润滑油沟如多条润滑油沟42那样形成。润滑油沟表面46的两边都提供有倒角(包括曲面倒角)。因此，放置在润滑油沟42中的润滑油可以在成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24的相对滑动的基础上在环曲面23和球面21之间平稳地供给。
如图5所示，例如，多个固体润滑剂43大都至少在与线m相交的环曲面23的部分F处且在邻接的润滑油沟42之间放置，因此通过与球面21光滑地接触，适合于降低球面21和环曲面23之间的滑动摩擦阻力。固体润滑剂43也可以放置在环曲面23的不是部分F的其他部分。在这个实施例中，通过布置在相邻的润滑油沟42之间，固体润滑剂43放置在整个环曲面23上。
支承部分7相对于球面轴承6放置在水道9的上游15侧，并以这样的方式与X方向相关，即使旋转轴线C倾斜。支承部分7可以包括如球面轴承6那样形成的球面轴承，或者可以包括旋转支承轴。
在上述的闸门1中，如果门本体2和门本体3受到从水道9的上游15侧指向下游16侧的水压力，开门的力在门本体2和门本体3自重的基础上，作用在打开水道的方向R2并在水道关闭方向R1抵抗闭合门的力，传递到门本体2和门本体3。如果开门的力大于关门的力，门本体2和门本体3各自在打开水道的方向R2旋转，借此打开水道9。另一方面，在这样的水道9的敞开状态中，如果基于由门本体2和本体3所受的水压力的开门的力低于闭合门的力，门本体2和门本体3各自在闭合水道的方向R1旋转，借此关闭水道9。在闭合水道的方向R1和打开水道的方向R2的门本体2和门本体3旋转过程中，成凹曲状的基座24的环曲面23关于成凸曲状的本体22相对滑动。因此，闸门1适合于调节上游15侧的水位和下游16侧的水位。
根据依照这个实施例的闸门1，球面轴承6包括具有球面21的成凸曲状的本体和具有与成凸曲状的本体22的球面21可滑动地接触的环曲面23的成凹曲状的基座。环曲面23具有位于一圆上的曲率中心O2，其中圆的圆心在通过球面21的球心O1的轴向A离球心O1预定距离B的位置P，并且该圆位于垂直于轴向A的平面中，成凸曲状的本体22的球面21具有小于成凹曲状的基座24的环曲面23的曲率半径R的曲率半径r。因此，如图5所示，例如在部分F，球面21和环曲面23在初时阶段开始彼此滑动接触，此部分F可以限制在不包括球面21的顶表面和环曲面23的顶表面(部分T)的预定区域D。同时，成凸曲状的本体22关于成凹曲状的基座24的相对对齐功能也可以显出，使得有可能实现闸门的门本体2和门本体3的平稳和准确的打开和关闭操作。此外，即使在因长时间的使用而出现磨损的情况中，也有可能使磨损在从部分F开始的整个环曲面23上均匀地产生，在部分F环曲面23在初时阶段开始与球面21滑动接触，而不会使局部磨损在成凹曲状的基座24中发生。因此，可能在较长时间内维持门本体2和门本体3的平稳且准确的打开和关闭操作。
根据闸门1，形成球面轴承6的环曲面23，从而环曲面23与球面21在与线m相交的部分F处可滑动地接触，线m通过环曲面23的曲率中心O2，并且相对于在轴向A延伸的轴线A1以预定的角度范围倾斜。因为预定的角度范围是从30度到45度，即使在由长时间使用而引起磨损的情况中，磨损可以在成凹曲状的基座24的整个环曲面23上更均匀地产生，而主要由于门本体2和门本体3的自重而产生的垂直载荷施加在成凹曲状的基座24上。
根据闸门1，因为成凹曲状的基座24具有润滑油沟42，在成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24之间供给的润滑油布置在润滑油沟42处，有可能减少在成凸曲状本体22和成凹曲状的基座24之间的滑动摩擦阻力。
根据闸门1，因为成凹曲状的基座24具有与成凸曲状的本体22光滑地接触的固体润滑剂43，这可能减少在成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24之间的滑动摩擦阻力。
应该明白球面轴承6可以包括具有凸环曲面的成凸曲状的本体而不是成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24；以及具有与成凸曲状的本体的环曲面可滑动地接触的凸球面的成凹曲状的基座，其中环曲面可以具有在一圆上的曲率中心，其中的圆的圆心在通过球面的球心的轴向离球面的球心预定距离的位置，并且此圆位于垂直于轴向的平面中，所述成凸曲状的本体的环曲面可以具有小于成凹曲状的基座的球面的曲率半径的曲率半径。另外，在成凹曲状的基座24没有润滑油沟42和固体润滑剂43的情况中，成凸曲状的本体可以具有润滑油沟42，在成凸曲状的本体22和成凹曲状的基座24之间供给的润滑油放置在润滑油沟42处，以及具有光滑地与成凹曲状的基座24接触的固体润滑剂43。这样的球面轴承6也表现出实质上与上述的内容相似的作用。
如图8和图9所示，例如，球面轴承6可以包括具有位于球面21和环曲面23之间的密封装置71的成凹曲状的基座72，而不是成凹曲状的基座24。
密封装置71包括环形密封元件74，环形密封元件74在环曲面23的下部处安装且与基座主本体41紧固连接，以及在其内部外围73侧与球面21平稳地接触；安装在密封元件74外围且有弹性地使密封元件74朝向球面21的弹性环75；环形元件78，放置在密封元件74下，从而安装且固定在基座本体41上，具有在其内周缘76侧平稳地与球面21接触的环形突出物77；环形元件85，它放置在密封元件74和密封元件78之间，具有突出物80，突出物80向下突出，从而使密封元件78的环形突出物77的顶端79向下定向。密封元件71适合于从外侧依靠密封元件74和78遮盖在球面21和环曲面23之间的间隙。密封元件71提供使用密封元件74和78的双密封结构。根据这样的密封装置71，有可能防止在球面21和环曲面23之间的润滑油的泄漏，以及防止灰尘从外面进入在球面21和环曲面23之间的间隙，借此使得更平稳地打开和关闭门本体2和门本体3，并且减少由于长时间使用引起的环曲面23的磨损。此外，闸门1可能包括具有放置在球面21和环曲面23之间的密封装置的成凸曲状的本体(没有显示)，而不是成凸曲状的本体22。也根据这样的密封装置，可能防止在球面21和环曲面23之间的润滑油的泄漏，以及防止灰尘从外面进入在球面21和环曲面23之间的间隙，借此使得有可能更平稳地打开和关闭门本体2和门本体3，减少由长时间的使用而引起的环曲面23的磨损。
此外，水闸1可能包括一对阻尼器(没有显示)，它门的一端各自附着在门本体2和门本体3上，并且它们的另一端各自附着在水闸10的侧壁81和82上。闸门1可能还包括一对配重(没有显示)，它们透过绳子一类的物件安装，从而传递抵抗关门力的开门力到门本体2和门本体3。在提供有阻尼器的情况中，有可能产生阻力，该阻力相应于门本体2和门本体3的旋转速度而增加或减少，借此使得有可能防止门本体2和门本体3的意外的快速旋转。在提供配重的情况中，有可能防止在关闭水道的方向R1的门本体2和门本体3的意外的快速旋转。
此外，尽管在上述实施例中的闸门1是无驱动型的，但闸门可以是受驱动型的，依靠像液压缸一样的动力装置运转而分别打开和关闭在其中一对门本体。例如，在有船通过的巴拿马运河之类的水道中安装的受驱动型的上述闸门在上游15和下游16的水位彼此平齐的情况下，可以布置来通过依靠动力装置的运转而使门本体对转向上游15侧打开水道9，在其他情况下闭合水道9。
权利要求
1.一种闸门用球面轴承，包括成凸曲状的本体，具有球面和环曲面中的一种；以及成凹曲状的基座，具有所述球面和所述环曲面中的另一种，与所述成凸曲状的本体的所述球面和所述环曲面中的所述的一种可滑动地接触，所述环曲面具有位于一圆上的曲率中心，所述圆的圆心位置沿通过所述球面的球心的轴向离开所述球面的球心一个预定距离，并且所述圆位于垂直于所述轴向的平面中，所述成凸曲状的本体的所述球面和所述环曲面中的所述一种的曲率半径小于所述成凹曲状的基座的所述球面和所述环曲面中的所述另一种的曲率半径。
2.如权利要求1所述的闸门用球面轴承，其特征在于，形成所述环曲面，以使所述环曲面在一部分处与所述球面可滑动地接触，所述部分与通过所述环曲面的曲率中心、且相对于沿所述轴向延伸的轴线以预定范围的角度倾斜的线相交。
3.如权利要求2所述的闸门用球面轴承，其特征在于，所述角度的预定范围从30度到45度。
4.根据权利要求1至3的任何一项所述的闸门用球面轴承，其特征在于，所述成凸曲状的本体和所述成凹曲状的基座中的一个具有润滑油沟，在所述成凸曲状的本体和所述成凹曲状的基座之间供给的润滑油放置在所述润滑油沟中。
5.根据权利要求1至4的任何一项所述的闸门用球面轴承，其特征在于，所述成凸曲状的本体和所述成凹曲状的基座中的一个具有固体润滑剂，所述固体润滑剂与所述成凸曲状的本体和所述成凹曲状的基座的另一个光滑地接触。
6.根据权利要求1至5的任何一项所述的闸门用球面轴承，其特征在于，所述成凸曲状的本体和所述成凹曲状的基座中的一个具有放置在所述球面和所述环曲面之间的密封装置。
7.根据权利要求1至6的任何一项所述的闸门用球面轴承，其特征在于，所述成凸曲状的本体具有所述球面，并且所述成凹曲状的基座具有所述环曲面。
8.一种闸门，包括根据权利要求1至7的任一项所述的闸门用球面轴承；以及门本体，通过闸门用球面轴承由闸门可旋转地支承。
9.根据权利要求8所述的闸门，其特征在于，所述门本体通过闸门用球面轴承由所述闸门支承，从而围绕相对于垂直轴线倾斜的旋转轴线旋转。
全文摘要
一种闸门(1)包括一对门本体(2，3)；一对闸门用球面轴承(6)，各自可旋转地支承门本体(2，3)的下角部分(4)；以及一对用于各自可旋转地支承门本体(2，3)的上角部分(5)的支承部分(7)。球面轴承(6)包括具有球面(21)的成凸曲状的本体(22)，以及具有环曲面(23)的成凹曲状的基座(24)，此成凹曲状的基座可旋转地与成凸曲状的本体(22)接触，并相对于支承部分(7)放置在水道(9)的下游(6)侧上，以这样的方式，从而使旋转轴线(C)倾斜。
文档编号E02B5/08GK1987137SQ20061010864
公开日2007年6月27日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年12月21日
发明者须田博, 平山真树, V·H·布赖恩特 申请人:奥依列斯工业株式会社