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CN102624137A - 滚动轴承的保护装置 - Google Patents

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CN102624137A CN2011104621750A CN201110462175A CN102624137A CN 102624137 A CN102624137 A CN 102624137A CN 2011104621750 A CN2011104621750 A CN 2011104621750A CN 201110462175 A CN201110462175 A CN 201110462175A CN 102624137 A CN102624137 A CN 102624137A
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Abstract

本发明涉及滚动轴承(P)的热保护装置和防护泄漏电流的保护装置，所述滚动轴承用于安装在电动机的轴(A)上。所述保护装置包括插置在所述轴与所述滚动轴承之间并与所述轴隔离的环(B)。

Description

滚动轴承的保护装置
技术领域
本发明涉及滚动轴承，其能被用于需要通过滚动轴承对转动部分进行旋转引导的任何转动机械。本发明更特别地应用在用于电动机的滚动轴承中。这可以例如涉及引导车辆如铁路车辆的牵引发动机。
背景技术
滚动轴承(paliers àroulement)(考虑到简明，后面也以“roulements(滚动轴承)”或“paliers(轴承)”术语来表示)遭受由于泄漏电流通过所导致的损坏。尤其地，这些泄漏电流可以是发动机磁路结构中的不对称性而产生的或是由通过逆变器向发动机供电而产生的。当所述电流由磁路不对称而产生时，穿过滚动轴承的所述电流具有为几千赫兹的低频。当发动机由逆变器供电时，所述泄漏电流具有可达到100千赫兹甚至几兆赫兹的较高频。这两种类型的泄漏电流可以同时存在于发动机中。
必须使滚动轴承防护这些泄漏电流，因为这些电流在滚动零件与滚动轴承环的座圈(piste)之间产生电弧。根据与电弧焊接相似的过程，通过产生强烈的局部温度升高，这些电弧导致轴承的过早损坏：这些电弧因此损坏轴承的润滑剂和/或滚动零件与座圈之间的接触区。
用于针对这些泄漏电流保护滚动轴承的已知解决方案在于：通过增加陶瓷类型例如氧化铝的介电层，来电绝缘滚动轴承的内环或外环。然而，该解决方案对于低频电流比对高频电流更有效。此外，由于其相对的易脆性，该陶瓷层可使滚动轴承的安装更困难。
发明内容
因而，本发明的目标在于至少部分地弥补该已知解决方案的缺陷。本发明的目标尤其在于避免或延缓滚动轴承的过早磨损，尤其是归因于泄漏电流的滚动轴承过早磨损。
首先，本发明的目标是滚动轴承的保护装置、尤其是热保护装置和/或防护泄漏电流的保护装置，所述滚动轴承用于安装在电动机的轴上。该保护装置包括环，所述环插置在所述轴和所述滚动轴承之间并且通过介电涂层与所述轴隔绝。
这个附加的环能够使所述轴承与所述轴电绝缘，这保护滚动轴承防御来自所述轴的泄漏电流而不改变标准滚动轴承的设计。所述环被证实对于防御高频电流与对于防御低频电流是同样有效的，因为环可以独立于保持不变的滚动轴承来进行调整，以便确保防御通常遇到的两种类型的泄漏电流的足够隔绝。此外，该电绝缘通常同时又是热隔绝，该热隔绝有助于降低通过经所述轴传递热所致的所述轴承的任何发热危险，这也是过早磨损的源由。
优选地，所述环是以钛或钛合金为主要成分的。事实上，已观察到该类金属具有不同于例如钢(其通常构成轴)的特性，这在至少两个方面带来优点：
一方面，钛具有的热传导系数是钢的热传导系数的至少三分之一(对于钛，热传导系数约21.6W/m.K，而对于钢，热传导系数约71W/m.K)，这进一步有助于减少从所述轴至所述滚动轴承的热传递。
另一方面，考虑到速度和发热，钛(或主要包括钛的钛合金之一)的选择改善了所述轴与所述环之间的箍紧连接的质量，因为钛的热膨胀系数显著地低于钢的热膨胀系数(对于钛，热膨胀系数约8.5×10-6K-1，而对于钢，热膨胀系数约12.2×10-6K-1)，并且钛的密度非常小(钛的密度比钢的密度小大约60％)。
最后，优选的是，为所述环考虑选用的材料具有的机械强度大于或等于钢的机械强度，这也是钛的情况。
根据本发明的第一变型，通过至少覆盖用于与所述轴接触的环表面的绝缘(介电)材料制涂层，所述环与所述轴电绝缘。
根据本发明的需要时可与第一变型兼合的第二变型，通过至少在所述轴的用于与所述环接触的区域中位于所述轴的外表面上的绝缘(介电)涂层，所述环与所述轴电绝缘。
因此，隔绝涂层可以在环和轴的相互接触区域中位于所述环上、所述轴上或同时在该两者上。
优选地，隔绝涂层是陶瓷涂层，尤其是金属氧化物、金属氮化物或氮化硅涂层。例如，它可涉及氧化铝、氧化钛、氮化硅或这些化合物中的至少两种的混合物的涂层。
可以例如使用通过等离子体喷射的沉积方法来沉积所述隔绝涂层。
本发明提出所述环与所述轴之间以及所述环与所述滚动轴承之间的相对定位和保持的部件。
因此，根据一实施方式，所述环具有能够挡靠在所述轴的凸肩上的端表面，这使得能够相对于所述轴纵向地锁固所述环，所述环围绕所述轴布置。并且所述环(一旦正确地紧固/定位)就可通过力锁合(或任何其它机械方式)在所述轴上被锁固在位。
根据一变型，环还与跟轴A接触的金属构件(电导体和/或热导体)通过在用于与金属构件接触的其区域中的隔绝涂层进行电绝缘。
本发明的目标还在于电动机的轴，在所述轴上安装配备有前面所描述的保护装置的滚动轴承。
本发明的目标还在于包括轴的电动机，在所述轴上安装配备有前面所描述的保护装置的滚动轴承。
放置在所述轴与所述滚动轴承之间的所述环可以通过至少在所述轴用于与所述环接触的区域中的轴外表面上的隔绝涂层与所述轴隔绝。
在这种情况下，所述隔绝涂层还优选地覆盖：
-所述轴的凸肩，所述环的端表面能挡靠着所述凸肩，和/或
-所述轴的外表面，其用于与所述轴承的金属构件接触。
要指出的是，在空间中的“上部的”、“下部的”、“侧面的”、“水平的”或“竖直的”类型的布置的所有指示均通过考虑呈水平布置的任意所示的轴来理解，并且不使本发明受限于该设定。
附图说明
根据参照以下附图对涉及一非限制性的特别实施方式所作的下文描述及这些附图，本发明的其他的特征和优点将更清楚地显现出来，附图示出：
-图1：本发明可适用的一滚动轴承实例的分解等角投影图，
-图2：根据图1的滚动轴承围绕轴安装并配备有根据本发明的保护装置(轴的纵切面视图，仅上部分示出在轴承安装于轴上的区域中)。
具体实施方式
这些图是非常示意性的并且不必一定遵守所示出的不同组成件之间的比例，以方便对其进行查阅。在所有图中，相同的组成件带有相同的附图标记。不是必然地详细描述或表示出全部的组成件，仅对本发明重要的那些组成件详细描述或示出。
图1示出已知标准滚动轴承P的一示例，该滚动轴承包括具有柱形本体3的轴承壳2、布置在柱形本体3内的滚动轴承4以及盖5，所述盖5包括插入轴承壳的柱形本体3中并支靠在滚动轴承4上的柱形本体6。在此，滚动轴承4是滚珠型的但是也可以是其它类型的(例如滚柱型的)。内环7与转动轴A(在图2中示出)联接，而外环8与固定的轴承壳2联接。轴承壳2包括止挡凸缘9，止挡凸缘中轴向地开有光滑的孔10。利用穿过所述孔10和实施在转动机械固定部分上的互补孔的固定螺钉以及固定垫圈11，所述轴承壳能被固定至转动机械的固定部分。轴承壳的柱形本体3还包括轴向的螺纹孔12。盖5包括开有轴向孔14的止挡凸缘13。当盖和轴承壳被组装时，盖5的止挡凸缘13挡靠着轴承壳2的柱形本体3的端部。利用穿过盖5与轴承壳2的各自的孔14、12的固定螺钉15，将盖5固定至轴承壳2。可以考虑将盖装配于轴承壳的不同装配。
图2示出这类轴承P，该轴承一旦被安装在(钢制)轴A——因此仅其上半部被表示出——上，就围绕其纵向轴线X转动，与法兰18相接合以及由未示出的电动机驱动。一方面组成件16、16’和另一方面组成件17通常被称为偏导器(déflecteur)，并且其作用公知地在于：通过曲径密封系统确保滚动轴承的密封性和润滑剂在滚动轴承内的保持。在此，以及根据本发明，轴承P通过环B安装在轴A上。该环具有与轴A的直径D1相匹配的恒定的柱形的内表面20。环的端表面之一21将与存在于所述轴的外表面处的凸肩22配合，凸肩使轴从直径D1转换至更大的直径D2。环B的所述端表面21至少与该凸肩22一样高(在此，所述端表面比D2与D1的差值更高)。所述端表面将被卡固于凸肩处，凸肩22起止挡功能以便适当地将环纵向布置在轴A上。环B围绕轴A通过紧配合被锁固在位。
螺母23将滚动轴承锁固靠着环B的面26，而绝不与轴直接接触，以便避免在(通常金属的)螺母23与轴A之间产生电(和热)桥。还要注意避免偏导器17与螺母23之间的任何电接触。
环B是钛制的(或钛合金制的)，并且该环在与轴A接触的环内表面20的整体上和在环端表面21(轴侧)上，被覆盖有厚度为例如100微米至500微米的基于氧化铝的涂层19。因此，布置在轴承/轴的界面处并消除这两个组成件之间的任何直接接触的该涂层19，将使轴承与轴电绝缘并将保护轴承抵御通过轴的泄漏电流。要注意的是，该涂层还存在于与偏导器17相接触的环表面上，即在环后表面(与其前表面21相对)的面上，这使得能够避免从轴A经偏导器17至轴承P的电流通过。
构成环的钛或钛合金有助于减小轴与轴承之间的热能传递，因此也有助于增加轴承的寿命。在图2所示的实例中，环B还能够锁固偏导器16(偏导器16定位在以下部分之间：一方面，其上部分中的超出轴凸肩22或超出装配在轴上并充当用于环B的轴向止挡件的任何其它元件的环端表面21；另一方面，轴A的使轴的外直径从直径D2转换到直径D3的第二凸肩25)。
在此没有详细描述将轴承P安装于轴A和安装于法兰18的安装，除了环B的插入外，安装仍是标准的。
可以提出将环B或以最终的方式、或以可拆卸的方式联接至轴A。因此，如果环具有比轴承更长的寿命，可以在滚动轴承P用坏时更换滚动轴承，同时使环围绕轴A保持在位。因此，保留标准的滚动轴承，其是可毫无困难地替换的。
本发明的其它实施方式是可能的。因此，可以考虑，将涂层19沉积在轴A上而不是沉积在环B上，并在用于与轴承P接触的整个区域中(因而，此处，也在能够锁固环的轴凸肩处以及与形成本身与环接触的滚动轴承或其周围构件——偏导器或其它——构成部分的所有金属化合物相接触的区域处)。

Claims (13)

1.滚动轴承(P)的保护装置，尤其是滚动轴承的热保护装置和/或针对泄漏电流的保护装置，所述滚动轴承用于安装在电动机的轴(A)上，所述保护装置的特征在于，所述保护装置包括环(B)，所述环插置在所述轴与所述滚动轴承之间并通过介电涂层(19)与所述轴隔绝。
2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述环(B)是基于钛或钛合金的。
3.根据上述权利要求中任一项所述的保护装置，其特征在于，所述介电涂层(19)至少覆盖所述环(B)的用于与所述轴(A)接触的表面(20，21)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的保护装置，其特征在于，所述介电涂层至少在所述轴的用于与所述环接触的区域中至少覆盖所述轴的外表面。
5.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述环(B)与接触所述轴(A)的金属构件(17)通过在用于与所述金属构件(17)接触的其区域中的隔绝涂层而电绝缘。
6.根据上述权利要求中任一项所述的保护装置，其特征在于，所述介电涂层(19)是陶瓷涂层，尤其是氧化铝、氧化钛、氮化硅或这些化合物中的至少两种的混合物涂层。
7.根据上述权利要求中任一项所述的保护装置，其特征在于，所述环(B)具有端表面(21)，所述端表面适于挡靠在所述轴(A)的凸肩(22)上或挡靠在装配于所述轴上并充当用于所述环(B)的轴向止挡件的任何其他构件上。
8.根据上述权利要求中任一项所述的保护装置，其特征在于，所述环(B)用于通过力锁合在所述轴(A)上锁固在位。
9.安装在电动机的轴(A)上的滚动轴承(P)，其特征在于，所述滚动轴承配备有根据上述权利要求中任一项所述的保护装置。
10.根据权利要求9所述的安装在电动机的轴(A)上的滚动轴承(P)，其特征在于，插置在所述轴与所述滚动轴承之间的所述环(B)通过所述轴的外表面上的至少在所述轴的用于与所述环接触的区域中的隔绝涂层与所述轴隔绝。
11.根据权利要求10所述的安装在电动机的轴(A)上的滚动轴承(P)，其特征在于，所述隔绝涂层覆盖所述轴(A)的凸肩(22)，所述环(B)的端表面(21)适于挡靠着所述凸肩。
12.根据权利要求10或11所述的安装在电动机的轴(A)上的滚动轴承(P)，其特征在于，所述隔绝涂层覆盖所述轴(A)的用于与所述滚动轴承的金属构件(17)接触的外表面。
13.电动机，其特征在于，所述电动机包括至少一个根据权利要求9至12中任一项所述的滚动轴承(P)。
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