CN100529442C - 轴承振动衰减机构以及薄板平板 - Google Patents

Abstract

提供一种更容易制作、量产性良好的挤压膜阻尼轴承，另外，提供一种对于径向方向和轴向两个方向的载荷发挥效果的滚动轴承振动衰减机构。为下述轴承振动衰减机构(1)，即：在壳体(15)的内侧设有直径大于轴承外周(14)的直径的容纳孔(16)、和给该容纳孔(16)供油的供油孔(19)，将轴承插入容纳孔中，在轴承的外周形成环状间隙，在该环状间隙中沿圆周方向插入设有多个狭缝的薄板平板(17)，隔着狭缝的薄板平板的部分成为弹性梁而将轴承弹性地支承在中心位置，基于向该环状间隙供油所生成的油膜的挤压膜作用来衰减振动。

Description

轴承振动衰减机构以及薄板平板

技术领域

本发明涉及将衰减作用施加到滚动轴承上的轴承振动衰减机构，特别是涉及用于易于调整挤压膜阻尼轴承的衰减特性的附加机构。

背景技术

滚动轴承由于与滑动轴承相比摩擦损失少，所以在很多机械中得到应用。但是，滚动轴承因其结构方面的原因几乎不能期待对于以危险速度通过时等成为问题的振动进行有效的衰减。因而，为了实现机械振动、轴承动载荷的降低、进而提高轴承寿命，使用对轴承上附加衰减的阻尼器。

在用于滚动轴承的阻尼器中，有挤压膜阻尼器。

挤压膜阻尼器适宜地用在轴承的外周，借助于流体润滑状态的油膜所产生的挤压膜作用，在轴承上附加衰减，以此降低振动。

挤压膜阻尼器设置在轴承的外侧，因此，不会改变原来轴承的摩擦学特性，能独立地赋予必要量的衰减性能。

然而，阻尼器油膜的动特性通常是偏心率的函数，在阻尼器轴颈靠近一侧而偏心率接近1.0状态下，非线形性极强，难以设计出合适的阻尼器。

因而，如图9所示，大多使用将鸟笼状的定心弹簧安装在轴向上的挤压膜阻尼器。若利用定心弹簧令轴颈靠近阻尼器的轴心，使阻尼器的油膜厚度在全周上均匀化，且偏心率接近0而进入非线形性弱的区域，则可以近似地利用偏心率0时的特性，可比较容易进行设计。

但是，由于定心弹簧是鸟笼状的附属品且安装在轴向上使用，所以使挤压膜阻尼器的结构复杂化且使整体大型化，因此，以往只限于用在涡轮等一部分机械上。

与此相对，在专利文献1中，公开有一种在支承旋转轴的轴承金属和覆盖轴承金属的轴承外壳之间插入同心化弹簧(定心弹簧)的挤压膜阻尼轴承。在公开的方法中，通过对薄的长条状不锈钢钢板进行冲压加工而在背面侧设置连续的凹部，从而制作在正面侧形成有相同高度的突起的同心化弹簧。将该同心化弹簧弯曲成圆筒状，容纳在设置于轴承外壳的内周面上的槽中，弹性地支承轴承金属，借此，在轴承金属的外周与轴承外壳的内表面之间形成0.1～0.2mm的间隙。将油供给到该间隙中而产生油膜，使旋转轴的振动旋转衰减。

通过公开的方法，与现有技术相比，可廉价地进行制作、可实现小型化、并且可使弹簧常数在较大范围变化，但是，由于通过冲压加工而成型同心化弹簧，所以难以使多个突起的高度高精度地一致，另外，也难以以保持任意刚性的方式进行设计、制作。

专利文献1：特开平11-2240号公报。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种更容易制作、量产性良好的小型的带衰减的轴承，另外，提供一种对于径向方向和轴向两个方向的载荷发挥效果的滚动轴承的振动衰减机构。

为了解决上述问题，本发明的滚动轴承振动衰减机构，包括：轴承；壳体，具有直径大于该轴承外周直径的容纳孔、并且具有向该容纳孔供油的供油孔；以及设有多个狭缝的薄板平板，在设置于壳体的容纳孔中以轴承不能在轴向上脱落的方式插入轴承，在该轴承的外周上形成在半径方向上可动的环状间隙，在该环状间隙中以沿着圆周方向的方式插入薄板平板，其特征在于，借助于弹簧与壳体之间的摩擦而产生衰减。进而向环状间隙供油而产生油膜，同时隔着狭缝的薄板平板的部分成为弹性梁而与轴承接触时弹性地支承轴承，借此，可衰减振动。

本发明的轴承振动衰减机构，薄板平板的由狭缝夹着的部分成为两端支撑在壳体的容纳孔壁上的直线状弹性梁，形成定心弹簧。因此，即使轴承想要偏心，也借助弹性梁的反力将轴颈推回到阻尼器的轴心而使偏心率接近0，使阻尼器的油膜厚度在全周范围内为大致均匀化。鉴于此，能使轴承的衰减特性近似于偏心率0时的特性，可比较容易地进行性能设计。

另外，本发明的轴承振动衰减机构，将润滑油或润滑脂供给容纳孔的壁面而形成油膜并作为挤压膜阻尼器来工作，借助流体润滑状态的油膜所产生的挤压膜作用，向轴承附加衰减而降低振动。

此外，挤压膜阻尼器的功能中，需要通过弹簧在轴承与壳体之间维持适当的间隙，但是，也可进而通过轴承振动引起薄板平板运动，并由此促进间隙中的油的流动，从而增进振动衰减力。

本发明的轴承振动衰减机构，是组装有可正确预想作用且可简单地安装的小型且廉价的弹簧的机构，整体上可小型且廉价地构成。

此外，将薄板平板上所设置的狭缝用多个小孔成列排列的结构来代替也具有同样的效果。开设孔而代替狭缝使用，优点在于能更简单地进行加工。

轴承的外圈，通常外侧为圆筒形状。为了与具有这种圆筒形状的外圈配合，将容纳孔形成为缸体形状。另外，插入形成在外圈的外周与容纳孔壁之间的间隙中的薄板平板形成为圆筒状，展开时的形状为长方形。用于形成弹性梁的狭缝垂直于平板的端缘地形成。

另外，薄板平板插入环状间隙时，狭缝的端缘与缸体壁接触而切断油膜。因此，为了确保油或润滑脂的流通，优选在薄板平板的大致中央，以适当的个数、适当的间隔开设轴向的孔。

此外，轴承外圈的外周部分也可形成圆锥状斜面，将接受该轴承外圈的外周部分的容纳孔的内壁形成为容纳轴承时与该外周部分基本平行，在外圈与容纳孔之间的形成为圆锥状斜面的下摆部分的形状的环状间隙中插入薄板平板。外圈的外周部分也可以具有一个圆锥状斜面，也可以是将两个圆锥状斜面背靠背地配置的结构。

轴承外圈的外周部分，也可以是在轴承外圈上还嵌入圆锥台形状的部件，或者嵌入以两个圆锥台对顶所成的算盘珠形状的部件而形成。

薄板平板，使用以可插入环状间隙的方式从平板切出为扇状且放射状地形成狭缝的平板。将薄板平板以密接在容纳孔的壁上的方式插入，则狭缝部与壁接触而成为支点，狭缝之间的部分作为弹性梁从壁上浮起，向轴承作用弹性力。

由于弹性梁的弹力具有轴承的轴向和与轴垂直方向的2个分量，因此，可对于轴承的径向载荷与轴向载荷的两方面都具有效果。

此外，薄板平板由于通过适当地部署狭缝的分布可调整刚性，因此，只要以与嵌入容纳孔中时的位置对应地赋予必要的刚性的方式进行狭缝的设计就可以。

另外，若除去平板而增大狭缝的宽度，则由于在没有金属的部分中没有弹性梁，所以不会产生反力。因此，可利用狭缝宽度进行刚性分布的调整。

进一步，优选在容纳孔的底上形成有围绕环状间隙一周的油供给用的油流通槽。若狭缝的端缘压接在壁上，则越过槽的油的流通不是平滑进行的，但是，通过设置油流通槽，油越过槽进行均匀地供给，可带来振动衰减作用。

此外，在对应于薄板平板的油流通槽的中心轴位置处设置有沿着槽的方向延伸的孔，从而可进一步促进油的流通。

另外，在容纳孔的侧面设置有凸缘，能防止轴承的脱落。该凸缘有助于防止容纳孔内的油放出到外部，防止油膜遭到破坏，有助于提高衰减作用。另外，优选在该凸缘上在适当的地方设置用于调整油或润滑脂的排放量的排放孔。

根据本发明的轴承振动衰减机构，通过将设有多个狭缝的薄板沿滚动轴承的外周卷绕地配置，可简单地构成弹簧，在该弹簧面与壳体之间可高精度地设置从数10μm到数100μm的小间隙。另外，由于是通过薄板弹簧支承轴承的结构，所以，能缓和由于轴承的热膨胀等引起的轴承间隙的减少，提高轴承寿命，进而使轴承的设计容易。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的滚动轴承振动衰减机构的俯视图。

图2是第1实施例的滚动轴承振动衰减机构的侧面剖视图。

图3是用于第1实施例的滚动轴承振动衰减机构的薄板弹簧的俯视图。

图4是用于第1实施例的滚动轴承振动衰减机构的另一薄板弹簧的俯视图。

图5是本发明的第2实施例的滚动轴承振动衰减机构的剖视图。

图6是卸下第2实施例的滚动轴承振动衰减机构的壳体时的侧视图。

图7是用于第2实施例的滚动轴承振动衰减机构的薄板弹簧的俯视图。

图8是第2实施例的其他方式的滚动轴承振动衰减机构的剖视图。

图9是表示现有技术的动压空气轴承例子的剖视图。

具体实施方式

下面，详细说明本发明滚动轴承振动衰减机构的最佳方式。

实施例1

图1～图4是本发明的1实施例的滚动轴承振动衰减机构的说明图。图1是滚动轴承振动衰减机构的俯视图，图2是侧面剖视图，图3是其中所使用的薄板弹簧的俯视图，图4是其他薄板弹簧的俯视图。

本实施例的滚动轴承振动衰减机构1是通过与滚动轴承组合而进行振动衰减的机构，该滚动轴承由内圈12、滚动体13及外圈14构成。如图1及图2所示的那样，通过下述方式构成：用内圈12将旋转轴11压住，并借助隔着球或滚子等滚动体13的外圈14而安装在壳体15上。

在壳体15的内周部上，在圆周方向上设置有直径稍稍大于外圈14的外周的槽16，外圈14嵌入而止动在该槽中。在此，将设置在壳体15上的该槽称作容纳孔16。

在容纳孔16中，以弹簧17基本环绕槽中一周的方式插入有弹簧17。弹簧17如图3所示，从厚度为从数10μm到数100μm的金属制的薄板平板切出宽度稍小于外圈的宽度、长度稍小于容纳孔16的周长的长方形平板，并以适当的数目在长度方向上并列形成宽度方向的狭缝21。这种加工由于实施轮廓与狭缝的切割即可，所以作为印刷基板制造技术可以利用发达的公知的光刻法而非常精密地进行加工。而且，可在工业意义上大量地生产相同的弹簧17。

弹簧17若容纳在容纳孔16中，则与容纳孔16的内壁接触的狭缝21的部分成为支点，在各个相邻的狭缝之间形成弹性梁22，弹性梁22弹性地支承着外圈14。

弹性梁22的刚性依赖于薄板平板的材质，但是，薄板平板的厚度越大刚性越大，狭缝21的间隔越小刚性也越大。进一步，弹性梁22的宽度越大刚性越强。由于这种关系能从物理角度基本正确地把握，所以，弹簧的刚性可使用这些要素而容易地设计或调整。

弹性梁22在外圈14的全周范围内进行支承，使轴承、进而由轴承支承的旋转轴11靠近轴心位置，具有定心弹簧的功能。与现有技术的定心弹簧为从固定壁支承轴承侧面的鸟笼状附属部件、轴承装置整体大型化的技术相比，本实施例的定心弹簧，由于在壳体上开设有使轴承外周嵌入其中的容纳孔16，并仅仅将极薄的薄板平板制的弹簧17插入该容纳孔16中，所以，大小与为了将轴承安装到壳体上所必要的结构相比基本上没有太大的变化。另外，结构也非常简单。

在壳体15的容纳孔16与外圈14外周壁所形成的空间18中，从设置于壳体15的壁上的油供给孔19供给润滑油或润滑脂，在容纳孔的壁面上形成有流通润滑状态的油膜，借助于挤压膜作用在轴承的运动中产生衰减而降低振动。

这样，虽然构成挤压膜阻尼器，但是，关于挤压膜阻尼器，薄板平板弹簧17借助轴承的振动而运动，由此促进间隙中油的流动而增进振动衰减力。

此外，若将薄板平板的弹簧17插入容纳孔16的环状间隙，则狭缝21的端缘与缸体容纳孔16的底面接触而切断油膜。

因此，为了确保油等的流通，在容纳孔16的壳体15一侧的底面上，以容纳孔16沿圆周方向环绕1周的方式设置有流通槽24。流通槽24也可以形成在外圈14的外周。

在设置于壳体15侧的流通槽24上，优选在其里面设有1个或数个油供给孔19的排出口。设置多个油供给孔19时，优选在考虑重力的前提下，以使油尽可能均匀的方式分布设置位置。

进而，在容纳孔16的侧部形成凸缘25，在凸缘25的相反一侧，可固定从容纳孔16的外侧壁到外圈14的侧部的押盖26，在缘25与押盖26之间压入轴承，使轴承在轴向方向不能移动。

凸缘25和押盖26妨碍润滑油等的侧方流动而提高了衰减作用。此外，在凸缘25上设置有适当大小的通油孔23，将挤出到侧方的润滑油等适当地排出到外部，可调整衰减作用的强度。

图4示出了调整狭缝的配置或形状而多功能化的弹簧的例子。

通过在弹簧27上在适当位置上设置有以适度间隔设定的狭缝，在将该弹簧27收容在容纳孔16中时，某一特定位置的刚性可按照狭缝间隔而调整为适当的值。

例如，图示的狭缝间隔宽的部分28形成的弹性梁比其他部分的刚性小。

另外，在弹簧27的中央，在长轴上设置有长孔29，可弱化中央的弹力并令在轴承的两侧部具有刚性。此外，该长孔29也有促进润滑油等的流通的效果。

本实施例的滚动轴承振动衰减机构，通过将设置多个狭缝的薄板沿滚动轴承的外周卷绕地配置，可简单地构成定心弹簧，在该弹簧与壳体等之间，可以高精度设置小的间隙而构成效果好的挤压膜阻尼器。

另外，由于是通过薄板弹簧支承轴承的结构，所以，可防止因轴承热膨胀等引起的轴承间隙减少，可提高轴承的寿命。

实施例2

本实施例的滚动轴承振动衰减机构，代替第1实施例的容纳孔，在外圈上安装具有圆锥状斜面的圆环部件，该圆环部件嵌入截面为三角状的环状槽中。在圆环部件与环状槽的间隙中，插入设有多个狭缝的薄板平板，另外，供给润滑油或润滑脂，在该间隙中产生由润滑油等带来的挤压膜作用，从而构成使振动衰减的挤压膜阻尼器。

本实施例的滚动轴承振动衰减机构，由于圆环部件与环状槽的间隙相对于轴承的轴向以及与轴垂直的方向的两个方向倾斜，所以，插到这里的弹簧相对轴承径向及轴向方向的两个方向具有弹力，具有使两个方向的振动衰减的作用。

从图5到图7是本发明的第2实施例的滚动轴承振动衰减机构的说明图。图5是滚动轴承振动衰减机构的剖视图，图6是卸下壳体时的侧视图，图7是其中所使用的薄板弹簧的俯视图。另外，图8是本实施例的其他方式的剖视图。

参照附图，滚动轴承振动衰减机构2的轴承具有用内圈32与外圈34夹入滚动体33的结构，旋转轴31嵌入内圈32中，在外圈34的外侧，固定有圆环部件35。

圆环部件35为在中心轴的周围有孔且具有相互朝向轴方向的相反方向的两个圆锥状斜面的形状，在内壁上形成嵌入有外圈34的槽。外壁朝向中央扩展，在壳体36的内侧形成有接受该外壁的环状槽37。在圆环部件35的外壁与环状槽37的内壁之间，设置有间隙40，在该间隙40中可容纳设有狭缝的薄板平板38。虽然图中未示环状槽37，是为了容纳圆环部件35而将一部分切去的结构。

具有两个圆锥状斜面的间隙40的各自斜面上，每一斜面分别使用一个薄板平板38。薄板平板38如图7所示，在平板状态下为扇形。以适当的间隔刻设有狭缝39。若将该薄板平板38在端部对接，则形成圆锥状斜面，插入圆环部件35与环状槽37的间隙40中。插入圆环部件35与环状槽37的间隙38中的薄板平板38，狭缝的位置与环状槽37的壁接触，狭缝彼此之间的部分从壁上浮起而成为弹性梁，弹性梁的中间位置与圆环部件35的外壁接触而作用有弹力。

本实施例的弹性梁，由于作用有朝向圆锥状斜面的力，所以，相对垂直和平行于轴承的旋转轴的两个方向具有弹力分量，对于轴承的径向与轴向的两个分量发挥着振动衰减效果。

基于轴承的安装姿势和旋转轴的振动特性，可预先决定在轴承的什么方向上作用何种程度的刚性较好。借助设置在薄板平板38上的狭缝39的形状与位置可在某种程度上适应于该要求。对形成在狭缝之间的弹性梁的刚性来说，狭缝39的间隔越短刚性越大。

在圆环部件35与环状槽37的间隙40中，设置有未图示的油供给孔与油排出孔，所供给的油类通过薄板平板38的运动而在围绕间隙40的壁面上形成流体润滑状态的油膜，借助于挤压膜作用而在轴承的运动中产生衰减，降低振动。

图8示出了使用仅具有一个圆锥状斜面的圆环部件的例子。与图5所示的滚动轴承振动衰减机构相比，由于仅仅是圆环部件的形状不同，所以，对于具有相同功能的元件使用相同的附图标记，由此简化了说明。

圆环部件41具有大致三角形的截面，在外壁上形成一个圆锥状斜面，在内壁上形成嵌入有外圈34的槽。在壳体36的内侧形成与圆环部件41的圆锥状斜面平行的锥面42。在圆环部件41的外壁与锥面42之间，容纳有设置着狭缝的薄板平板38。

薄板平板38与用于图5的滚动轴承振动衰减机构的平板同样，在平板状态下为图7所示的扇形，以适当的间隔刻设有狭缝39。插入圆环部件35与环状槽37的间隙中的薄板平板38，由于作用有朝向圆锥状斜面的力，所以，对于轴承的径向与轴向的两个分量发挥着振动衰减效果。

如上文所述，本实施例的滚动轴承振动衰减机构，不仅其结构极为简单，而且，相对径向与轴向的两个方向具有振动衰减效果。

此外，采用将外圈34的外形变形而形成为将与圆环部件35相同的圆锥状斜面两个背对背地配置的形状或者具有一个圆锥状斜面，由此可不添加部件地发挥与圆环部件同样的功能。

Claims (19)

1.一种滚动轴承振动衰减机构，包括：轴承；壳体，具有直径大于该轴承外周直径的容纳孔；以及设有多个狭缝的薄板平板，在上述容纳孔中以上述轴承不能在轴向上脱落的方式插入该轴承，在该轴承的外周上形成在半径方向上可动的环状间隙，在该环状间隙中以沿着圆周方向的方式插入薄板平板，

其特征在于，夹于上述狭缝之间的薄板平板的部分成为两端被上述容纳孔的壁支承的弹性梁而与上述轴承接触，弹性地支承该轴承而使振动衰减。

2.如权利要求1所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述壳体还包括对所述容纳孔供油的供油孔，向上述环状间隙供油而形成油膜。

3.如权利要求1或2所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述轴承的外周是轴承外圈的外周，形成为圆筒状。

4.如权利要求3所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述薄板平板是长方形平板，沿着横截平板的方向开设上述狭缝。

5.如权利要求4所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，取代上述狭缝而在横截平板的方向上并列设置多个孔的列。

6.如权利要求4或5所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述薄板平板，在中心轴位置沿轴向设置有一个以上的长孔，在上述狭缝位于该长孔的位置时，将该狭缝在宽度横截方向上分割而设置在该长孔的两侧。

7.如权利要求4所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述薄板平板，在中心轴位置处设置有一个以上的轴向较长的油流通孔，上述狭缝位于该油流通孔的位置时，将该狭缝在宽度横截方向分割而设置在该油流通孔的两侧。

8.如权利要求1或2所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述轴承的外周是轴承外圈的外周，具有圆锥状斜面。

9.如权利要求1或2所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述轴承的外周是具有覆盖在轴承外圈上的圆锥状斜面的圆环部件的外周。

10.如权利要求8所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述薄板平板是扇形的等宽的平板，在放射方向上开设有上述狭缝。

11.如权利要求10所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，所述圆环部件由一个圆锥状斜面形成。

12.如权利要求1、2、4、5、7、11任一项所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述薄板平板，在令刚性强时以间隔密集的方式配置上述狭缝，在令刚性弱时以间隔疏松的方式配置上述狭缝。

13.如权利要求1、2、4、5、7、11任一项所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，上述薄板平板，在令刚性弱时加大狭缝宽度而形成上述狭缝，并且不形成上述弹性梁。

14.如权利要求1、2、4、5、7、11任一项所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，在上述环状间隙中设置有围绕该间隙一周的使油或润滑脂流通的槽。

15.如权利要求1、2、4、5、7、11任一项所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，在上述容纳孔的侧面上设置凸缘，令上述轴承不会脱落。

16.如权利要求15所述的滚动轴承振动衰减机构，其特征在于，在上述凸缘上设置调整油或润滑脂的排放量的排放孔。

17.一种薄板平板，配置在环状间隙中使用，所述环状间隙由将轴承插入滚动轴承振动衰减机构的壳体的容纳孔中而形成在该轴承的外周，所述薄板平板形成为可进入该环状间隙中的大小的长方形，若在内部沿横截该平板的方向开设多个狭缝并被插入上述环状间隙中，则夹于上述狭缝之间的薄板平板的部分成为两端被上述容纳孔的壁支承的弹性梁，弹性地支承上述轴承而使振动衰减。

18.一种薄板平板，配置在环状间隙中使用，所述环状间隙由将轴承插入滚动轴承振动衰减机构的壳体的容纳孔中而形成在该轴承的外周，所述薄板平板形成为可进入该环状间隙中的大小的长方形，若在内部沿横截该平板的方向上开设多个孔的列并插入上述环状间隙中，则夹于上述狭缝之间的薄板平板的部分成为两端被上述容纳孔的壁支承的弹性梁，弹性地支承上述轴承而使振动衰减。

19.一种薄板平板，配置在环状间隙中使用，所述环状间隙由将轴承插入滚动轴承振动衰减机构的壳体的容纳孔中而形成在该轴承的外周，所述滚动轴承衰减机构具有圆环部件，所述圆环部件外圈的外周具有圆锥状斜面，所述薄板平板形成为具有沿着上述圆锥状倾斜的宽度的扇形，若在内部在放射方向上开设多个狭缝并被插入所述环状间隙中，则夹于上述狭缝之间的薄板平板的部分成为两端被上述容纳孔的壁支承的弹性梁，弹性地支承上述轴承而使振动衰减。

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