流体静力或流体动力轴承的箍圈、将此箍圈安装到轴上的方法及由此箍圈和轴形成的组件

摘要

本发明涉及包括筒体(200)和环(300)的箍圈(120)，筒体(200)由多个部分(202,203)形成，以可将筒体(200)安装在轴的周围，所述多个部分(202,203)利用组装装置而组装在一起，该组装装置可产生组件而不使筒体的外表面变形，环(300)的外表面形成轴承的内表面，并且环(300)由多个元件(302,303)形成，以可将环(300)固定到筒体的外壁上，所述多个元件(302,303)通过固定装置而固定在筒体上，固定装置可保持环的外表面的加工公差。

说明书

技术领域

本发明涉及一种箍圈，其意图安装在车床的轴上，以形成流体静力轴承或流体动力轴承的内表面。

背景技术

水润滑轴承相对于油润滑轴承的优点是已知的，尤其在污染方面。实际上，油润滑轴承的工作和维修不可避免地造成所用的一些油被释放到环境中。

然而水润滑轴承的生产是特别困难的。在轴承的内表面和外表面之间的径向游隙被减少至大约0.1mm，其尤其需要轴承的内表面以小于或等于5/100毫米，优选3/100毫米的公差进行加工。目前可获得的最好的工具容许有这种加工精度。

这还需要通过用水润滑轴承更换它们的油润滑轴承来检修现有的机器。

目前这种检修包括研磨形成轴承内表面的轴表面，以将油润滑轴承所需要的公差(通常50/100毫米)改变至水润滑轴承所需要的公差(通常5/100毫米)。为此，必须从机器上除去轴，以便将其从机器的操作地点运输到车间，以用合适的工具研磨表面。一旦研磨完，就将轴从工厂运输到操作地点，然后重新装配，在此之后，机器可恢复其操作。

伴随着与轴的运输相关联的风险以及与轴的装配和重新装配相关联的问题，机器不操作期间的时间是特别长的(大约几个月)。这对于运营商而言代表高的成本，这时常阻碍他进行这种检修。

为了减少损失的操作时间，文献FR-A-2938616提出了一种意图用于优选现场安装到轴上的箍圈，箍圈的外部径向表面组成了轴承的内表面。

然而由于这种箍圈的夹紧而引起的机械约束具有使箍圈的外表面的几何形状变形的作用，所以损失了在车间获得的箍圈的外表面的加工公差。而且因为轴表面被加工至油润滑轴承所需要的公差，所以在将箍圈夹紧到轴表面上之后，所安装的箍圈的外表面公差对应于轴表面的公差，即50/100毫米。

因此本发明的目的是通过特别提出一种箍圈和用于安装这种箍圈的方法来解决这个问题，它们保持了箍圈的外表面的加工公差。

发明内容

为此，本发明的目的是一种箍圈，其意图安装在车床的轴上，以形成流体静力轴承或流体动力轴承的内表面，其特征在于，其包括：

- 筒体，其由多个部分组成，以便能够安装在轴的周围，多个部分通过组装装置而连接在一起，该组装装置能够产生组件而不使筒体的外表面变形；

- 环，其外表面组成了轴承的内表面，并且环由多个元件组成，以便能够固定到筒体的外壁上，多个元件通过固定装置固定在筒体上，该固定装置能够保持所述环的外表面的加工公差。

根据本发明的有利但非强制性的方面，考虑到所有技术上的可能的组合，上面提到的箍圈可包括一个或多个以下特征：

- 筒体装备了调整装置，调整装置优选由径向设置且可搁置于轴上的多个圆头螺钉组成，以容许由轴和筒体形成的组件达到平衡，同时保持轴和筒体之间的空间；

- 筒体由第一部分和第二部分组成，各个部分都是半圆形的；

- 筒体的外表面包括径向向外延伸的环形套环，并且环包括环形槽，其组成了适合于套环的外壳，以用于在将环固定到筒体上期间接收这个套环；

- 套环包括多个轴向穿透通道，并且环包括连接横向面和环槽的多个轴向通道，所述固定装置包括多个圆锥形的柱头螺栓，各个柱头螺栓适合于插入到通过环的轴向通道与筒体套环的轴向通道的对准而形成的通路中；

- 环的外表面至少部分地在轴向方向上由陶瓷材料层组成；

- 环由第一元件和第二元件组成，各个元件是半圆形的；

- 轭架被安装成夹紧在轴上，并通过优选由多个阶梯式柱头螺栓组成的固定装置而固定到筒体的横向面上；

- 固定装置还包括多个径向螺栓，各个螺栓插入在设置于环边缘上的径向定向的开口中，并被旋拧到设置于筒体中的径向定向的螺纹孔中；

- 环的外表面的加工公差为5/100毫米，优选4/100毫米，优选3/100毫米。

本发明的目的还是一种由轴和箍圈组成的组件，其特征在于，该箍圈与上面提到的箍圈相对应，该箍圈通过衬垫层而固定到轴上，衬垫层由衬垫材料制成，衬垫材料适合于轴和筒体之间的间隙且定位于轴和筒体之间的间隙中。

根据本发明的有利但非强制性的方面，考虑到所有技术上的可能的组合，上面所描述的组件可包括一个或多个以下特征：

- 衬垫材料是非收缩性的流体树脂，优选环氧树脂。

本发明的目的还是一种方法，其用于将与上面提到的箍圈相对应的箍圈安装到车床的轴上，以形成流体静力轴承或流体动力轴承的内表面，其特征在于，其包括以下步骤：

- 通过组装筒体的各种组成部分而将箍圈的筒体安装在轴的周围；

- 通过在筒体和轴之间产生衬垫层而将筒体固定到轴上；

- 通过将环的各种组成元件固定到筒体上而将环安装到筒体上。

根据本发明的有利但非强制性的方面，考虑到所有技术上的可能的组合，该方法可包括一个或多个以下特征：

- 安装筒体的步骤后面是调整步骤，调整步骤包括使轴和筒体所形成的组件平衡；

- 固定步骤包括将非收缩性的流体树脂注入到筒体和轴之间的间隙中，并且等待树脂变干。

附图说明

根据本发明的箍圈、组件和方法的一个特定的实施例的以下描述，本发明将得到更好地理解，并且进一步的优点将变得更加清晰明了，该实施例纯粹是作为举例说明并参照附图而给出的，其中：

- 图1是车床的总揽图，其结合了根据本发明的安装在轴上的箍圈；

- 图2是根据本发明的箍圈的分解图；

- 图3是由箍圈和轴形成的组件的轴向平面中的截面图；

- 图4是由箍圈和轴形成的组件的横截面图；且

- 图5以框图的形式描绘了将箍圈安装在轴上的方法。

具体实施方式

图1中所示的装置1包括弗朗西斯(Francis)水力涡轮2，其叶轮3从外壳4获得供给，加压导管5通向外壳4。

涡轮2还包括轴6，叶轮3安装在轴6上，并且围绕轴线X₆而随轴一起旋转，该轴线X₆在当前实施例中是竖直的，该轴线还是轴6的纵向轴线。轴6在旋转方面被固定到另一轴7上，从而形成交流发电机8的驱动元件。

在罐4和叶轮3之间提供了一系列预导叶9和导叶10，其功能是引导来自导管5和罐4的流E，该流意图在吸管11的方向上穿过叶轮3。

叶轮3包括叶片31，其在顶部32和带33之间延伸。

叶轮3固定在轴6的下端61上，下端有时被称为轴脚。轴脚61可与轴6的其余部分构成整体或连接在轴6的其余部分上。叶轮3通过本身已知的装置，例如螺栓(未显示)而安装在轴脚61上。

流体静力轴承100围绕轴6而成形于轴脚61的上方，以便在涡轮2的活动部分3和6围绕轴线X₆的旋转期间吸收施加于轴6上的力。

作为一种变体，轴承100可为流体动力轴承。

这个轴承100被限定在固定的衬里110和箍圈120之间，箍圈120与轴6构成整体。衬里110是固定的，因为当叶轮3和轴6旋转时，衬里110不围绕轴线X₆旋转。衬里110因此相对于涡轮2的结构(特别包括元件4和5)是不能移动的。

轴承100被限定在衬里110的内径向表面111和箍圈120的外径向表面121之间，这些表面都是圆柱形的、圆形的，并且当涡轮2处于安装构造时中心在轴线X₆上。

供给管线160容许通过衬里110将清洁的加压水供给至表面111和121之间的与轴承100相对应的间隙中。

考虑到在表面121和表面111之间的旋转运动，重要的是，表面121尽可能是连续的，并且没有粗糙之处和不规则性。

在图2至图4中显示了箍圈120的结构。

箍圈120是复合的。其包括径向位于箍圈120的内侧并且包围轴6的筒体200、径向位于箍圈120的外侧并包围筒体200的环300、用于将环300固定到筒体200上的固定装置、位于筒体200两侧的下轭架500和上轭架600、以及将轭架500和600固定到筒体200上的装置。

为了能够安装在轴6的周围，筒体200由第一部分202和第二部分203组成。部分202和203是相同的，并通过组装装置而连接在一起。

部分202是半圆形的。其具有径向内表面210、外表面212、在横向于轴线X₆的平面上连接表面210和212的平坦的下横向面214和上横向面216，以及在包括轴线X₆的轴向平面上连接表面210和212的第一平直区段218和第二平直区段220。

部分202的外表面212的轮廓具有径向向外突出的唇缘：环形的下唇缘222至上唇缘224，以及第一直线型唇缘226和第二直线型唇缘228(图3)。

下环形唇缘222承载环形凸缘230，其径向向外突出，以与唇缘222一起形成用于环300的肩部232。

第一区段218和第二区段220分别成形于第一唇缘226和第二唇缘228上，而下横向面214和上横向面216分别成形于凸缘230和上唇缘221上。

在中间高度处，外表面212具有径向向外突出的套环234。这个套环径向延伸超过唇缘222至224，但不延伸超出凸缘230。

类似地，第二部分203被限定在径向内表面211、外表面213、下横向面215和上横向面217、以及第一区段219和第二区段221之间(图2)。外表面213包括环形的下唇缘223和上唇缘225，以及第一直线型唇缘227和第二直线型唇缘229。外表面213还具有凸缘231和套环235。

在两个部分202和203的组装位置上，第一部分202的第一区段218搁置在第二部分203的第二区段221上，而第一部分202的第二区段220搁置在第二部分203的第一区段219上。

各个直线型唇缘226至229包括垂直于其截面的多个穿透的钻孔240。一个部分的第一区段的各个钻孔与另一部分的第二区段的相对应的钻孔对准。

第一部分202和第二部分203通过螺栓242而连接在一起。各个螺栓插入在一个部分的钻孔和另一部分的相对应的钻孔中，然后向下旋拧，以使相向的直线型唇缘成对地彼此贴靠在一起。

这种组装装置容许这两个部分202和203进行连接，而不使其几何形状变形。

一旦这两个部分202和203已经被连接在一起，那么下表面210和211的相遇将组成箍圈120的内表面122。表面210和211均具有比轴6的半径略大的半径，至少在安装箍圈120所环绕的轴6的部分中。更精确地说，表面210和211的半径等于轴6的半径加上预定的游隙，其优选等于1毫米。这个游隙大于轴6的外表面的半径上的50/100毫米的公差，以保证在箍圈120的内表面122和轴6之间存在间隙124。

这个间隙124用衬垫层126进行填充，从而允许将筒体200固定到轴6上。层126由衬垫树脂，优选环氧树脂制成，其将筒体联接到轴上，以吸收径向力，切向力则被轭架500和600吸收。

筒体200装备了调整装置，调整装置由保持在径向螺纹通孔262中的多个圆头螺钉260组成，径向螺纹通孔设于部分202和203的下唇缘222至上唇缘225中。当圆头螺钉被拧进时，螺钉的远端与轴6发生接触，使得通过反作用力改变筒体200的轴线相对于轴6的轴线X₆的位置。在将筒体200安装于轴6上时，各种圆头螺钉260的调整容许由轴6和筒体200形成的组件达到平衡，以避免围绕轴线X₆的任何不平衡现象，同时保持轴6和筒体200之间的间隙124。

为了将环300固定到筒体200上，部分202和203的上唇缘222至下唇缘225装备了径向螺纹盲孔207，其如下面所述将意图与筒体200上的环300的径向固定螺钉协作。

而且部分202和203的套环234和235包括多个以规则的环形型式分布的轴向穿透通道208。如将在下面所述，它们意图将环300的圆锥形的固定的柱头螺栓接收在筒体200上。

最后，如将在下面所述，部分202和203的上面214至下面217装备了轴向盲孔209，以便接收阶梯式柱头螺栓，该柱头螺栓将上轭架600和下轭架500固定到筒体200上。

为了能够容易地安装到筒体200的外表面212和213上，环300由第一元件302和第二元件303组成，它们通过固定装置而固定到筒体200上。

元件302是半圆形的。其包括内面310、外径向面312、在横向平面上连接表面310和312的平直的下横向面314和上横向面316，以及在轴向平面上连接表面310和312的第一平直区段318和第二平直区段320。

类似地，元件303被限定在内表面311、外径向表面313、下横向面315和上横向面317、以及第一节段319和第二节段321之间。

优选地，元件302和303的外表面312和313包括下边缘323和上边缘325以及中间部分324。这由陶瓷材料层组成，陶瓷材料层形成了过大的厚度，并且当环300安装在筒体300上时已经经过加工，使得在中间部分中，外表面312和313的半径具有所需要的公差，以组成水润滑轴承的内表面。

一旦这两个元件302和303已经被固定到筒体200上，以形成环300时，外表面312和313的相遇将组成箍圈120的外径向表面121。元件302和303的尺寸适合于使得外表面312和313在第一元件302和第二元件303之间的结合部彼此相切，并形成基本连续的表面。

在中间高度处，元件302或303的内表面310和311分别包括环形槽330、331，它们的轴向尺寸适合于以经调整的方式接收套环234和235。

元件302或303分别包括多个轴向通道308，其从上面316、317延伸至元件302、303的下部部分，穿过槽330、331。在环300固定到筒体200上所处的位置，环的各个通道308与筒体的套环235和235的相对应的通道208精确对准(图3)。

而且元件302、303的外表面312和313的上边缘和下边缘分别具有包括内部肩部的径向穿透开口307，其能够将元件302、303的露头的固定螺栓接收在筒体上。当环固定在筒体上时，各个开口307与螺纹孔20精确对准(图4)。

为了将环固定到筒体上，固定装置包括轴向固定装置和径向固定装置。

轴向固定装置由穿过通路的圆锥形渐缩柱头螺栓410组成，所述通路由环300上的通道308和筒体200中的相对应的通道208形成。这些圆锥形柱头螺栓410具有一种几何形状，其能够确保在没有游隙且在环300上没有应力的状况下固定于筒体200上。它们通过锁定螺钉412而保持在合适位置上，锁定螺钉被旋拧到与环的上面316、317相邻的通道308的上部部分中。

径向固定装置由径向六角头螺栓414组成，其插入环300的开口307中，并被旋拧到筒体200的螺纹孔207中。螺栓的头部搁置在开口的肩部上，以将环300径向保持抵靠在筒体200上。

因而利用这些固定装置，箍圈120的外表面121的半径在安装之后仍保持其机械加工时具有的公差。

为了能够很容易地安装在轴6的周围，下套环500由围绕轴6进行组装的第一节段502和第二节段503组成。

节段502是半圆形的，并具有内径向表面510、外径向面512、在横向平面上连接表面510和512的平直的下横向面514和上横向面516，以及在轴向平面上连接表面510和512的第一平直区段518和第二平直区段520。

类似地，节段503是半圆形的，并且包括径向内表面511、径向外表面513、平直的下横向面515和上横向面517、以及平直的第一区段519和第二区段521。

内表面510和511具有与轴6的半径相等或略小的半径，或者至少在安装箍圈120所环绕的部分中。

各个节段502或503具有螺纹孔522，其垂直于第二区段520、521而开口。

同样，各个节段502、503的外表面512和513分别具有外壳526，其中开口528穿过外壳的底座，并且垂直于节段502、503的第一区段518、519而开口。

销506切向地插入外壳526内部，然后穿过一个节段的第一区段中的开口528，使其杆部旋拧到另一节段的第二区段的螺纹孔522中。合适的旋拧容许套环夹紧在轴6上，以避免在箍圈和轴之间的相对运动。这种夹紧足以吸收切向力，尤其是缠扎(seizing)扭矩，以防对轴承造成损伤。

下套环500还包括多个轴向通孔509，其将套环500的下面514、515和上面516、517连接起来。各个孔509意图与筒体200的下面214、215上的其中一个孔209进行精确对准，其中下套环500放置在筒体200的下面214、215上。

固定装置由多个阶梯式柱头螺栓710组成。各个柱头螺栓710容纳在孔509中，以突出到相对应的孔209中。柱头螺栓710经过定制尺寸，以容许吸收筒体200和套环500之间的力。

为了呈现上套环600的结构可给出相似的描述。

用于安装箍圈120的方法如下。

当环300安装在筒体200上时，在加工箍圈120的外表面121的先前步骤1000中，加工出陶瓷层，其形成了组成环的元件302和303的外表面312和313的中间部分。所获得的外表面121具有一种半径，其特征在于比水润滑轴承的内表面所需要的公差更小或相等的公差。

当用水润滑轴承更换油润滑轴承时，油润滑轴承在现场被除去，并且将上述箍圈120直接安装在轴6上。

在安装下套环500的步骤1100中，将两个节段502和503放置到轴上，并通过插入圆头螺钉506而连接在一起。然后将销旋拧在一起，以将套环500夹紧到轴上。

在围绕轴6安装筒体200的步骤1200中，将第一部分202和第二部分203放置于轴6的两侧。一个部分的第一区段218、219搁置在另一部分的第二区段220、221上，使得第一区段的各个钻孔240与第二区段的相对应的钻孔240对准。然后通过将螺栓242放置在不同对的钻孔240中，之后上紧螺栓242，来将这两个部分202和203组装在一起。然后竖直地降低这个组件，以便搁置在下套环500的上面516上。筒体围绕轴线X₆而旋转，使得筒体200的轴向盲孔209与下套环500的孔509对准。阶梯式柱头螺栓710被旋拧到孔509中，以便在竖直方向突出于套环500的上横向面516之外，而进入到筒体200的轴向盲孔209中。

在相对于轴6的轴线X₆而调整筒体200的相对位置的步骤1300中，操作员上紧或松开圆头螺钉260，使得它们搁置在轴6上。在圆头螺钉260相对于筒体200的内表面210、211径向突出的距离方面的各种变体中，由轴和筒体形成的组件被设定成旋转，以确定组件是否围绕旋转轴线X₆而得到正确的平衡。在这个步骤之后，在筒体200和轴6的表面之间产生了间隙124。

在将筒体固定到轴6上的步骤1中，在筒体200的内表面210、211和轴表面之间产生衬垫层126。具有合适的流动性的衬垫树脂被注入到间隙124中。衬垫树脂经过选择，使其在固化期间不会收缩。在树脂聚合之后，至少在径向应力的吸收方面将筒体200固定到轴6上，切向应力则被套环500和600吸收。

在将环300固定到筒体200上的步骤1500中，第一元件302设置在筒体上，使其下面514坐落于在下唇缘222、223和筒体轭架230、231之间所形成的肩部232、234中，而且筒体的套环234、235接收在槽330中。第一元件302径向移动，以便使各个轴向通道308与筒体套环234、235中的相对应的轴向通道208对准，并且各个径向开口307与筒体的下唇缘和上唇缘上的相对应的螺纹孔207对准。圆锥形的柱头螺栓410插入在由环和筒体中的轴向通道所形成的通路中，并且通过上紧锁定螺钉412而锁定在合适位置上。径向螺栓414通过开口307而被旋拧到孔207中。环因而通过筒体300而固定到轴6上。

在安装上轭架600的步骤1600中，将两个节段602和603放置于轴上，并且通过插入销506而连接在一起。在最后将轭架600上紧于轴6上之前，轭架600被应用于筒体200的上横向面216上，并进行径向定向，使得轴向通孔609与筒体200的轴向盲孔209对准。一旦获得这个相对位置，就将阶梯式柱头螺栓710插入在孔609和209中。柱头螺栓710通过装配锁定螺钉712而保持在合适位置上。因而将下轭架600连接到筒体200上。

在将箍圈120安装到轴6上之后，就装配衬里110，并执行其它重新组装步骤，以容许机器被重新启用。

根据本发明的箍圈和其安装方法保证了轴承的内表面具有所需要的公差。

衬垫层的产生意味着不需要加工轴表面，以赋予其公差，该公差与组成水润滑轴承的内表面的表面所需要的公差相适应。

筒体被固定在轴上，而无须夹紧，且因此无须使其几何形状，至少其外表面的几何形状发生变形，其中环的组成元件定位和固定在该外表面上。

此外，因为箍圈由筒体和环组成，所以环可利用轴向固定装置和可选的径向固定装置而固定到轴上。因而一旦固定到筒体上，环的外表面的几何形状不会发生变形，其容许在加工期间所获得的公差得以保持。