一种微变间隙自密封轴承及机械设备的制作方法

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种微变间隙自密封轴承及机械设备。

背景技术：

目前，为了改善机械设备(例如需要在高速、高温条件下运转的机械设备)中存在的介质泄漏过大的问题，机械设备中往往会设计并安装较多密封件来保证设备的密封性能，这样毫无疑问的增加了设备的复杂程度以及尺寸与重量。因此如何在节省安装空间，结构紧凑的情况下同时保证设备的密封性能对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种微变间隙自密封轴承及机械设备，以在保证轴承结构紧凑，节省设备空间的前提下，实现较好的轴承自密封性能。

一方面，本发明实施例提供一种微变间隙自密封轴承，包括：轴承外圈以及轴承内圈、镶装式浮环、螺栓连接元件、轴承压盖和滚子；其中，

所述轴承外圈、所述轴承内圈和所述轴承压盖为中空结构；所述轴承外圈和所述轴承内圈之间形成滚子安装卡槽，所述滚子卡设于所述滚子安装卡槽内；

所述镶装式浮环包括金属环外圈和石墨环内圈；所述金属环外圈和所述石墨环内圈通过过盈配合高温下镶装而成；所述镶装式浮环套设于所述轴承内圈上；

所述轴承压盖设于所述轴承外圈和所述镶装式浮环外侧，且通过所述螺栓连接元件装配于所述轴承外圈上，从而与所述轴承外圈和轴承内圈形成密封空间。

所述镶装式浮环和所述轴承内圈具有初始间隙；所述轴承内圈以预设转速运转，则所述镶装式浮环在流体动压作用下以0.02～0.03mm内的一偏心距克服重力及阻力向远离所述轴承内圈的方向浮动，从而使所述石墨环内圈与所述轴承内圈之间的间隙保持在0.05～0.08mm之内的一工作间隙值，对所述轴承进行自密封；所述镶装式浮环金属环外圈与所述轴承内圈材料一致，所述金属环外圈与所述石墨环内圈之间的镶装过盈量在0.1～0.3mm内。通过材料的控制可以使温度改变时镶装式浮环与轴承内圈两者膨胀量近似相等，来减小工作间隙的变化量；通过过盈量的设置可以在工况改变的情况下，通过实际过盈量的释放来缓冲间隙的变化程度；上述两者共同实施，从而实现微变间隙自密封的实际效果。

可选的，所述镶装式浮环和所述轴承外圈具有的所述初始间隙设定为0.06～0.07mm之间。

可选的，所述预设转速大于或等于每分钟10000转。

所述的镶装式浮环，加工参数包括以下项：

所述石墨环内圈靠近所述轴承压盖侧端面粗糙度要求为研磨至0.2；

所述石墨环内圈靠近所述轴承压盖侧端面平面度要求为0.009mm；

所述石墨环内圈靠近所述轴承内圈表面粗糙度要求为0.8；

所述金属环外圈轴向尺寸设定为所述石墨环内圈轴向尺寸的80％～90％之间，且正中过盈镶装于所述石墨环内圈的外端面上。

可选的，所述石墨环内圈靠近所述轴承压盖侧还设置有台阶面；其中，所述台阶面靠近所述轴承内圈的内端面上设有至少3个大、中，小内径的开槽。

可选的，所述微变间隙自密封轴承还包括磁性环元件，所述磁性环元件分别过盈镶嵌于所述的3个开槽内。

可选的，所述磁性环元件提供的磁力将所述镶装式浮环固定在所述的轴承压盖内侧壁面上，以限定所述镶装式浮环的轴向窜动。

可选的，所述磁性环元件为铝镍钴磁铁圆环件或者钐钴磁铁圆环件。

另一方面，本发明实施例提供一种机械设备，包括上述的微变间隙自密封轴承。

本发明实施例中，通过将普通轴承元件与微变间隙浮环密封元件集装成一体，使微变间隙自密封轴承同时具有轴承和密封两种功能，从而无需单独设置密封组件，紧凑的结构设计极大的节省了设备的所占空间，且便于量化生产。另外，本发明实施例中，镶装式浮环通过石墨环内圈中镶嵌的磁性环元件固定在轴承压盖上，在轴承内圈以预设的转速运转时，镶装式浮环在流体动压作用下平稳上浮，达到以0.02～0.03mm内的一偏心距，使得镶装式浮环与轴承内圈间保持在0.05～0.08mm之内的一工作间隙值，从而控制轴承极小的泄漏量,有效保证密封轴承的自密封性能。并且，通过材料的控制可以使温度改变时镶装式浮环与轴承内圈两者膨胀量近似相等，来减小工作间隙的变化量；通过过盈量的设置可以在工况改变的情况下，通过实际过盈量的释放来缓冲间隙的变化程度。上述两者共同实施，实现微变间隙自密封的实际效果，从而减少碰磨发生，延长微变间隙自密封轴承的使用寿命。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的微变间隙自密封轴承的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的微变间隙自密封轴承侧面工作结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面首先对本发明实施例提供的微变间隙自密封轴承进行说明。

其中，本发明实施例提供的微变间隙自密封轴承可以为球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承或者其他类型的轴承，在此不再一一列举。需要说明的是，该微变间隙自密封轴承不仅具备轴承本身的功能，还能够实现自密封功能。

参见图1，图中示出了本发明实施例提供的微变间隙自密封轴承的结构示意图。如图1所示，该微变间隙自密封轴承包括：轴承外圈6以及轴承内圈2、镶装式浮环3、螺栓连接元件7、轴承压盖5和滚子1。

本发明实施例中，轴承外圈6、轴承内圈2和轴承压盖5为中空结构，轴承外圈6和轴承内圈2之间形成滚子安装卡槽8，滚子1卡设于所述滚子安装卡槽8内。可选的，滚子安装卡槽8与滚子1的形状可以相适配，以保证滚子1的可靠安装。

镶装式浮环3包括金属环外圈31和石墨环内圈32，金属环外圈31和石墨环内圈32通过过盈配合高温下镶装而成，镶装式浮环3套设于轴承内圈2上。需要指出的是，轴承内圈2必须采用与金属环外圈31一致的材料。

轴承压盖5设于轴承外圈6和镶装式浮环3外侧(图1中所示的右端)，且通过螺栓连接元件7装配于轴承外圈6上，从而与轴承外圈6和轴承内圈2盖合形成密封空间。

本发明示例中，轴承外圈6和轴承压盖5可以通过螺栓连接，卡接，焊接等本领域技术人员所熟知的连接方式进行固定连接，或者轴承外圈6和轴承压盖5可以一体成型。

轴承外圈6靠近镶装式浮环3侧(图1中所示的右端)周向可均布开设6个、8个或者12个螺栓孔，具体可以根据实际情况来确定，本发明实施例对螺栓孔个数具体取值不做任何限定。

镶装式浮环3和轴承内圈2过盈套接，镶装式浮环3和轴承内圈2具有初始间隙；轴承内圈2以预设转速运转，则浮环3在流体动压作用下以0.02～0.03mm内的一微小偏心距e(见图2)克服重力及阻力向远离轴承内圈的方向浮动，从而保持0.05～0.08mm内的一微小工作间隙33对轴承进行密封，同时在工况改变的情况下可以保证工作间隙基本保持不变，减少碰磨发生，从而延长微变间隙自密封轴承的使用寿命。

其中，预设转速大于或等于每分钟10000转。具体的，预设转速可以为每分钟10000转、每分钟15000转或者每分钟20000转，当然预设转速的具体取值并不局限于以上列举的这三种情况，具体可以根据实际情况来确定，本发明实施例对此不做任何限定。容易看出，在预设高速转速下，可以保证镶装式浮环3处于浮起状态。

其中，镶装式浮环3和轴承内圈2具有的初始间隙设定为0.06～0.07mm之间，具体可以根据实际情况来确定，本发明实施例对初始间隙具体取值不做任何限定。

具体实施时，镶装式浮环3加工参数包括以下项：

石墨环内圈32靠近轴承压盖5侧(图1中所示的右端)端面粗糙度要求为研磨至0.2；

石墨环内圈32靠近轴承压盖5侧(图1中所示的右端)端面平面度要求为0.009mm；

石墨环内圈32靠近轴承内圈2表面粗糙度要求为0.8；

金属环外圈31轴向尺寸设定为所述石墨环内圈32轴向尺寸的80％～90％之间，且正中过盈镶装于所述石墨环内圈32外端面，过盈量大小为0.1～0.3mm。

石墨环内圈32靠近轴承压盖5侧(图1中所示的右端)还设置有台阶面34，其中，台阶槽内另外开设有至少3个大、中，小内径的开槽35。

该微变间隙自密封轴承还包括磁性环元件4，磁性环元件4分别镶嵌于开槽35内，当然预设开槽数和磁性环元件数的具体取值并不局限于以上列举的这种情况，具体可以根据实际情况来确定，本发明实施例对此不做任何限定。容易看出，在预设槽数和相匹配的磁性环元件个数下，镶装式浮环3能够在磁力的作用下固定在轴承压盖5上，并在预设转速下镶装式浮环3能平稳上浮。

磁性环元件可以为铝镍钴磁铁圆环件或者钐钴磁铁圆环件或者其他类型的磁性元件，在此不一一列举。

为了便于本领域技术人员理解本方案，下面结合图1，对本发明实施例提供的微变间隙自密封轴承的装配过程和工作原理进行说明。

如图1所示，轴承外圈6的左侧可以为油气介质(其用于润滑轴承)，轴承外圈6的右侧可以为空气介质。

实际装配时，操作人员可以先将磁性环元件4镶嵌入镶装式浮环3中，然后将轴承压盖5通过螺栓连接固定在轴承外圈6上，再将已镶嵌好弹性环元件4的镶装式浮环3依磁力吸附在轴承压盖5的内侧，最后将轴承内圈2装入轴承外圈6以形成滚子安装卡槽8并将滚子1卡接于滚子安装卡槽8内。可见，本发明实施例能够将普通轴承元件与浮环密封元件集装成一体，从而使微变间隙自密封轴承同时具有轴承和密封两种功能。

由于镶装式浮环内侧所镶嵌的磁性环元件4提供的吸力使得镶装式浮环3固定在轴承压盖5内表面防止轴向窜动，同时浮环在径向上因过盈配合套设于轴承内圈2上，这样镶装式浮环3以一定的初始间隙定位在轴承内。由于工作时石墨环32与轴承内圈2间会形成一道微米级的流体膜，该流体膜提供的动压效应使得镶装式浮环3挣脱浮环3与轴承压盖5的磁力上浮，最终达到平衡状态，此时镶装式浮环与轴承内圈2以一定的偏心率e(见图2)与轴承内圈2形成工作间隙33。此时工作间隙内的薄流体膜一方面大大减小了石墨环32内侧与轴承内圈2的摩擦和磨损，提高轴承使用寿命，另一方面对轴承内圈2左侧的油气介质进行较好的密封。

综上，本发明实施例中，通过将普通轴承元件与微变间隙自密封元件集装成一体，从而使微变间隙自密封轴承同时具有轴承和密封两种功能，从而无需单独设置轴承密封组件，紧凑的结构设计极大的节省了设备的所占空间，且便于量化生产。另外，本发明实施例中，镶装式浮环3通过石墨环32内镶嵌的磁性环元件4固定在轴承压盖5上，在轴承内圈2以预设的转速运转时，镶装式浮环3在流体动压作用下平稳上浮，达到与轴承内圈保持0.02～0.03mm内的某一微小偏心距e的平衡位置(见图2)，使得镶装式浮环3与轴承内圈2间保持以微小的工作间隙值(0.05～0.08mm内)，从而控制轴承极小的泄漏量,有效保证密封轴承的密封性能。并且，通过材料的控制可以使温度改变时镶装式浮环3与轴承内圈2两者膨胀量近似相等，来减小工作间隙的变化量；通过过盈量的设置可以在工况改变的情况下，通过实际过盈量的释放来缓冲间隙的变化程度。上述两者共同实施，实现微变间隙自密封的实际效果，从而减少碰磨发生，延长微变间隙自密封轴承的使用寿命。

下面对本发明实施例提供的机械设备进行说明。

本发明实施例还提供一种机械设备，该机械设备包括上述的微变间隙自密封轴承。其中，该机械设备可以为高速轴承箱。需要说明的是，微变间隙自密封轴承的具体实施过程参照上述说明即可，本发明实施例对此不做任何限定。

由于微变间隙自密封轴承具有上述技术效果，故具有该微变间隙自密封轴承的机械设备也具有相应的技术效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。