帶滾動軸承的真空泵的製作方法與工藝

2023-04-27 20:00:18

本發明涉及一種帶權利要求1所述滾動軸承的真空泵。

背景技術：
採用分子作用原理或渦輪分子作用原理的真空泵具有一個高速旋轉的轉子。轉子的轉速範圍為每分鐘幾萬轉。採用滾動軸承對轉子進行支承，既可以採用脂潤滑，也可以採用潤滑劑循環潤滑。脂潤滑滾動軸承的有益效果是支承結構簡單，但是跟循環潤滑相比，其最大允許溫度和所要達到的使用壽命受到限制。循環潤滑雖然能在使用壽命和使用溫度方面有所改善，但是結構更為複雜。這種潤滑系統的目的常常在於改善潤滑劑的流動。DE102007014142A1的實施例建議，利用保持架內表面上的螺紋槽在內圈和保持架之間形成潤滑膜。因此發明人員需要解決的技術問題是設計一種帶滾動軸承的真空泵，其滾動軸承改善了真空泵的高速旋轉轉子的支承情況。

技術實現要素：
通過獨立權利要求所記載的特徵解決了這項技術問題。在從屬權利要求2至12中對本發明的優選技術方案的特徵進行了撰寫。根據主權利要求設計的真空泵的滾動軸承，其特徵在於：一方面基於承載球的數量而具有較高的承載能力，另一方面因未採用保持架而降低了摩擦。減少的摩擦降低了軸承溫度，進而可以減少磨損和潤滑劑消耗量。這降低了在真空泵低壓區帶入潤滑劑的危險並減少了成本。較高的承載能力使得採用具有小尺寸的滾動軸承成為可能，這能實現高轉速和降低成本。同時，保持架的省去使得一個故障原因被排除。利用權利要求1所述的設計方案，可將球形滾動軸承用於帶高速旋轉轉子的真空泵中並且由此消除了球形滾動軸承因使用壽命太短而不適合於高轉速場合的偏見。從屬權利要求所述的特徵對上述優點進行了加強並帶來了附加的優點。根據權利要求2、3和5所述的特徵介紹了一種裝拆方便的滾動軸承。內圈和/或外圈可以包括一個第一和第二子圈。內圈和/或外圈的滾道可以設計成凹槽，尤其可通過內圈和外圈的第一和第二子圈來共同構成滾道。根據權利要求4，在省去間隔球的情況下將所有的球設計成承載球，以至於可以採用微型軸承。根據權利要求6和7所述的材料選擇降低了磨損並使得減少潤滑油使用量成為可能。尤其是，陶瓷球之間的摩擦要大大小於鋼球之間的摩擦。作為附加的有益效果，陶瓷球使得選用小型滾動軸承成為可能。原則上，可利用液體潤滑劑對滾動軸承進行潤滑。球形設計結構不僅可以改進權利要求9所述的脂潤滑支承結構，也能改進權利要求10所述的循環潤滑滾動軸承。對於進行潤滑劑循環潤滑的滾動軸承來說，保持架的省去能夠讓採用權利要求11所述的潤滑劑例如全氟聚醚，可以取得有益的效果。根據權利要求12所述的圓錐形表面可在無保持架的滾動軸承中實現優異的潤滑劑供應效果，這可大大降低潤滑劑的使用量。應優先選擇將滾動軸承的結構設計成，在離心泵正常運行和尤其是長時間運行時，可對轉子進行旋轉支承，因此滾動軸承一方面可與泵殼，另一方面可與轉子進行緊密配合，並且分別和泵殼和轉子進行緊密連接。例如滾動軸承的外圈可用泵殼內表面的軸承座支承。滾動軸承的內圈或者尤其滾動軸承的內圈的兩個子圈可以布置在轉子和尤其轉子軸上。應通過具體實施方式和技術方案對本發明作進一步詳細的說明，應結合附圖對本發明的有益效果作進一步說明。其中：附圖說明圖1：帶滾動軸承的真空泵剖面視圖；圖2：球圓、節圓和滾道示意圖；圖3：真空泵帶滾動軸承的軸承區分體結構剖面視圖。具體實施方式以下通過採用渦輪分子結構形式的真空泵的具體實施例對本發明技術方案作進一步說明。圖1為真空泵剖面視圖。真空泵的外殼2具有一個法蘭4，真空泵可通過該外殼與未繪出的泵腔的法蘭進行連接。法蘭周圍布置有吸入孔6，真空泵通過該吸入孔吸入氣體。壓縮的氣體通過排氣口8離開真空泵。在真空泵中布置有轉子10，該轉子具有一個軸12。可在兩個點上對該軸進行旋轉支承。帶外圈34、內圈36和布置在內、外圈之間的球32的球形無保持架式滾動軸承30位於其中一個點上，可在另外一個點上布置一個長壽命軸承16，該長壽命軸承的有益效果是無磨損的和由於不使用潤滑劑而可以布置在高真空區。滾動軸承的外圈34裝在軸承座28中，軸承座設在外殼2的內側。在設計軸承座28時應確保可以減緩滾動軸承30所產生的振動。在轉子10上設有一個採用渦輪分子結構形式的轉子盤14，該轉子盤和同樣採用渦輪分子結構形式的定子盤20共同作用並且當轉子10高速旋轉時，產生泵浦效應。通過一臺傳動裝置為高速旋轉提供動力，這種高速旋轉適合於實現分子泵浦效應和轉速範圍為每分鐘幾萬轉。該傳動裝置可以包括一個固定在轉子10上的電磁傳動裝置26和一個安裝在真空泵外殼2中的驅動線圈24。可通過圖2對球形無保持架式滾動軸承的結構作進一步說明。圖中繪出了設在滾動軸承內圈上的內滾道108和設在滾動軸承外圈上的外滾道110。內滾道和外滾道之間裝有球32，球分別具有一個球中心點100。球中心點100緊鄰一個圓，具體說，是緊鄰節圓104，該節圓具有一個節圓直徑106和一個由節圓直徑構成的圓周。圖上繪出了承載球32，該承載球同時在內、外滾道108、110上滾動。承載球32的球直徑102之和約為圓周104的0.85-0.97倍，圖2中的示意圖並不與比例尺完全相符。對於這些數值來說，滾動軸承達到了非常優異的運轉特性和使用壽命。根據一種取得有益效果的技術方案，承載球32的球直徑102之和約為圓周104的0.89-0.92倍。如果外圈和內圈中的至少一個包括含有下列質量百分數的合金元素的鋼，可進一步延長使用壽命：碳0.25-0.35，鉻14-16，鉬0.85-1.10和氮0.3-0.5。為了進一步改善性能，還可以含有下列質量百分數的材料成分：直到1的矽，直到1的錳和直到0.5的鎳。如果將承載球32設計成陶瓷結構形式，可以進一步延長使用壽命。球32可以取得有益效果，該球的材料主要成分包括氮化矽（Si3N4）或氧化鋯（ZrO2）。可將所有的球32設計成承載球，以便滾動軸承能承受重載荷。可以省去有摩擦的和產生磨損的保持架和間隔球等構件，由此可以設計出小型的、長壽命的和適合於高轉速的滾動軸承。可結合圖3中的剖視圖對其他設計方案作進一步說明。繪製的是滾動軸承和軸承座區域的斷面圖。滾動軸承的內圈設計成兩部分式結構，帶有一個第一子圈361和第二子圈362。兩個子圈361、362布置在軸12上。能取得有益效果的是，內圈的分度線在與旋轉軸112垂直的平面上，可以取得有益效果的是，分度線位於滾道的高度上。作為內圈分段式結構的備選方案，也可以將外圈34設計成是分段式結構和具有一個第一子圈341和一個第二子圈342，優選設計方案是，分度線位於滾道的高度上並且在與旋轉軸112垂直的平面上。外圈34或內圈的分度線使得將滾道設計成凹槽成為可能和同時可採用多個承載球32。通過這種方式，承載球32的球直徑之和約為節圓圓周的0.90-0.97倍。將滾動軸承的外圈34裝在軸承座中，在繪製出的實施例中的設計結構如下：在外殼2和滾動軸承的外圈34之間和兩者的機械式觸點之間，布置有振動件50、52和54。振動件50、52和54可簡化設計成彈性圈。彈性圈構成了可對在軸向和徑向上進行振動的滾動軸承加以支承的軸承座，同時能減緩振動情況。在可能由多層毛氈材料製作而成的潤滑劑儲存器60中對潤滑劑進行儲存並且通過潤滑劑輸料口62，例如通過由毛氈材料製作而成的舌形槽傳遞給螺母64。該潤滑劑輸料口具有一個圓錐形表面66，其直徑在表面66、潤滑劑輸料口62和滾動軸承之間會增加。圓錐形表面66在滾動軸承區域終止，潤滑劑被輸送至滾動軸承中。可以根據設計方案，推薦採用適合於溫度90℃以上的惰性潤滑劑。尤其全氟聚醚適合於作為這種潤滑劑。這種潤滑劑在真空泵中使用可以取得有益效果，因為它可以經受住90℃以上的溫度和甚至是110℃以上的溫度並且是不容易發生反應的。在一種可取得有益效果的技術方案中，圓錐形表面66在空腔70中具有一個區段68，該區段對滾動軸承的內圈和外圈34進行了分隔。可通過這種方式確保將潤滑劑安全平穩地輸送至滾動軸承中。如果區段68在離心式油環端面處終止和可幫助潤滑劑的均勻分布，可使該設計得到進一步改進。在下一種技術方案中建議，在滾動軸承的外圈34中設有至少一個流出通道40，潤滑劑可通過該通道離開被內、外圈34分隔的內腔。由此可避免潤滑劑在內腔中堵塞。為了使潤滑劑能進入流出通道和流回潤滑劑儲存器，可以布置一個潤滑劑回流口74。能取得有益效果的是，可將這個潤滑劑回流口74設計成是由毛細力精確輸送材料製成，這樣可確保在真空泵的所有方位和重力方向上都能存在輸送效果。另外一種設計方案建議，在圓錐形表面66相對一側的外圈34上設置一個環形法蘭42，該法蘭可對內圈和外圈34之間的空腔70進行進一步的覆蓋。目的在於明顯降低潤滑劑沿著軸12的流量。這可通過一個密封套環44得到進一步的改進，該套環可設在法蘭42的徑向內邊緣上並且可延伸至內圈和外圈34的間隙中。如果將內圈設計成多段式結構，密封套環44和內圈之間的間隙可以選擇成很窄，因為這樣在確定間隙的尺寸時，可以不必考慮滾動軸承的可拆裝性，尤其可加注性。