CN108180224B - 基于双保持架的弹性轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双保持架的弹性轴承，包含外圈、内圈、第一保持架和第二保持架；外圈的内壁上设有第一沟槽滚道，内圈的外壁上设有第二沟槽滚道；内圈和外圈同心设置；第一保持架、第二保持架均为呈波浪状的圆环弹性体，交错设置，使得第一保持架上的波峰、波谷和第二保持架上的波谷、波峰一一对应；第一保持架、第二保持架的波峰上均朝外设有和第一沟槽滚道相配合带有圆柱形滚子的夹持机构，第一保持架、第二保持架的波谷上均朝内设有和第二沟槽滚道相配合带有圆柱形滚子的夹持机构。本发明使用方便，提高了轴承的径向承载能力，大大减轻了轴承座接受的冲击载荷。

Description

基于双保持架的弹性轴承

技术领域

本发明涉及弹性轴承，具体涉及一种基于双保持架的弹性轴承。

背景技术

在承受较大不平衡的径向力的轴选用齿轮时目前一般选用的是滚针轴承或滑动轴承，缺乏弹性和自我调整减震缓冲功能,对刚度值、阻尼值要求较高的地方难以长久使用,问题不断。本发明大大提高了弹性轴承的刚度值、阻尼值，弹性好且具有自我调整、自我修正的功能。现有的滚针轴承或滑动轴承能承受较大的径向力。比如，以齿轮泵为例，齿轮泵是吸油,压油区对称的非平衡式液压油泵.从吸油腔到压油腔,压力沿齿轮旋转的方向逐齿递减,因此,齿轮和轴受到径向不平衡力的作用.径向不平衡力解决方法之一:在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承。这种方法最终并没有减少这种不平衡的径向力对齿轮泵和轴的损害，造成的振动没有得到有效的削弱。

目前的径向弹性轴承中，如实用新型专利CN 202048098 U《一种弹性复合圆柱滚子轴承》，该轴承采用空心的圆柱滚子中过盈配合聚四氟乙烯弹性体的方式提高滚动体抗弯曲疲劳破坏的能力。同时,使用聚四氟乙烯吸收振动能量。这样的形式高刚度，但是阻尼很小，弹性很小，不能很好的吸收较大的振动能量。又如发明专利CN 104454992 A《一种径向弹性空气轴承》可以保证轴承同时具有高刚度和高阻尼的特性,也提高了承载能力、减小了振动冲击。但是空气轴承需要外接泵进行气体供应提供气体压力形成压力气膜，使整个轴承变得复杂，减小了可应用的范围且增加了能耗。本发明，一种基于双保持架的弹性轴承，其结构更加紧凑，应用范围广，弹性大、刚度值大、阻尼值大，具备自我调整功能。当受到不平衡力冲击时可以有效减震缓冲，并降低噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于双保持架的弹性轴承。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于双保持架的弹性轴承，包含外圈、内圈、第一保持架和第二保持架；

所述外圈的内壁上设有第一沟槽滚道，所述内圈的外壁上设有第二沟槽滚道；所述内圈和外圈同心设置；

所述第一保持架、第二保持架均为呈波浪状的圆环弹性体；

所述第一保持架的宽度大于第二保持架，所述第一保持架的波峰上均设有供其对应的第二保持架的波谷穿入并穿出的通孔；所述第一保持架、第二保持架交错设置，使得所述第一保持架上的波峰和所述第二保持架上穿过其的波谷一一对应，所述第一保持架上的波谷和所述第二保持架上的波峰一一对应；

所述第一保持架、第二保持架的波峰上均朝外设有夹持机构，所述第一保持架、第二保持架的波谷上均朝内设有夹持机构；所述夹持机构的顶端均设有衬套；所述衬套呈空心管状，其柱壁沿轴线方向设有开口，且衬套内均设有圆柱形滚子；

所述第一保持架、第二保持架波峰上各个夹持机构顶端衬套内的圆柱形滚子均设置在所述第一沟槽滚道内；第一保持架、第二保持架波峰上各个夹持机构顶端衬套的开口均面向所述第一沟槽滚道、和所述第一沟槽相配合，使得对应的圆柱形滚子能够在所述第一沟槽滚道内自由滚动；

所述第一保持架、第二保持架波谷上各个夹持机构顶端衬套内的圆柱形滚子均设置在所述第二沟槽滚道内；第一保持架、第二保持架波谷上各个夹持机构顶端衬套的开口均面向所述第二沟槽滚道、和所述第二沟槽相配合，使得对应的圆柱形滚子能够在所述第二沟槽滚道内自由滚动。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，所述第一保持架的波峰上均设有两根平行设置在波峰通孔两边、用于连接波峰两侧内壁的第一连接件；所述第一保持架的波谷上均设有用于连接波谷两侧内壁的第二连接件；所述第二保持架的波峰、波谷上均设有用于连接其两侧内壁的第三连接件；

所述第一连接件、第二连接件、第三连接件均采用橡胶阻尼材料制成。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，所述夹持机构顶端和其对应的衬套通过过盈配合连接，且衬套内设有螺旋状的、用于储存润滑油的凹槽。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，所述衬套采用青铜材质制成。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，所述第一保持架、第二保持架均采用65Mn弹簧钢制成。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，所述第一保持架包含5个波峰和5个波谷，基于双保持架的弹性轴承不受外力时，第一保持架的每个波峰对应的扇形角度为40°、每个波谷对应的扇形角度为32°。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，所述第一连接件、第二连接件、第三连接件的两端均设有圆柱形大头；

所述第一保持架上设有用于和各个所述第一连接件、第二连接件两端圆柱形大头相配合的安装孔；

所述第二保持架上设有用于和各个所述第三连接件两端圆柱形大头相配合的安装孔；

所述各个第一连接件、第二连接件和所述第一保持架过盈连接，所述各个第三连接件和所述第二保持架过盈连接。

作为本发明基于双保持架的弹性轴承进一步的优化方案，基于双保持架的弹性轴承不受外力时：

所述第一连接件、第二连接件、第三连接件的中垂线均经过内圈的圆心；

令第一连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第一弦角，第二连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第二弦角，第二保持架波峰上各个第三连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第三弦角，第二保持架波谷上各个第三连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第四弦角，第一保持架、第二保持架距离第一连接件中点最近的两个交点和内圈圆心连线的夹角为第一扇形角，第一保持架、第二保持架距离第二连接件中点最近的两个交点和内圈圆心连线的夹角为第二扇形角，则第一弦角为第一扇形角的75%，第二弦角为第一扇形角的75%，第三弦角为第二扇形角的68.75%，第四弦角为第二扇形角的72.5%。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

与现有对标轴承相比，本发明采用波浪状的圆环弹性体作为第一、第二保持架，且材料为柔韧性和可塑性俱佳的65Mn弹簧钢。在弹性保持架的每一拱处都安装有橡胶阻尼连接件。这样的弹性元件加阻尼元件的结构形式让任何不平衡力的冲击都经过大大削弱才能传递到轴承座上。从而提高了整个机械组件的寿命，减少了冲击振动，也减少了振动对各零部件的损害。同时，第一沟槽滚道、第二沟槽滚道配合与之对应的圆柱形滚子，使得第一、第二保持架均有对内圈偏心距自适应、自修正的效果，大大增强了轴承承受径向力的能力，使轴承运行过程中更加平稳、安全、低噪。

附图说明

图1为本发明基于双保持架的弹性轴承的结构示意图；

图2中（a）为本发明内圈的结构示意图；（b）为本发明外圈的结构示意图；

图3为第一保持架和第二保持架相配合的结构示意图；

图4为本发明第一连接件、第二连接件、第三连接件的分布示意图；

图5为本发明受力时自适应自修正原理图；

图6中（a）为第一保持架、第二保持架和第一连接件、第二连接件、第三连接件在一个波峰波谷内过盈连接的侧视图；（b）为第一保持架、第二保持架和第一连接件、第二连接件、第三连接件在一个波峰波谷内过盈连接的立体图；

图7中（a）为第一保持架、第二保持架和第一连接件、第二连接件、第三连接件在一个波峰波谷内爆炸分解的侧视图；（b）为第一保持架、第二保持架和第一连接件、第二连接件、第三连接件在一个波峰波谷内爆炸分解的立体图。

图中，1-外圈，2-第二保持架，3-第一保持架，4-第一沟槽滚道，5-第二沟槽滚道，6-第一连接件，7-内圈，8-夹持机构，9-圆柱形滚子，10-夹持机构衬套，11-润滑槽，12第二连接件，13-第三连接件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明轴承单元包括外圈1，第二保持架2，第一保持架3，第一沟槽滚道4，第二沟槽滚道5，第一连接件6，内圈7，夹持机构8，圆柱形滚子9，夹持机构衬套10，润滑槽11，第二连接件12，第三连接件组成13。其中内圈7和外圈1的结构细节如图2（a）和图2（b）。内圈7和外圈1分别在外部和内部开有与内圈外圈同心的第二第一沟槽滚道滚道用于容纳圆柱形滚动体的滚动。滑槽的截面均比圆柱形滚子的截面长1mm宽0.2mm。圆柱形滚子9的一端与内圈或者外圈直接接触，另一端被与第二保持架2和第一保持架3一体成型的夹持机构8夹持。夹持机构上过盈配合有刻有润滑槽11的衬套10，衬套的材质为锡青铜。锡青铜耐磨耐腐蚀，配合螺旋状环形润滑槽11，可以很好的储存润滑油，延长润滑油润滑时间，并且其中的润滑油会随着圆柱形滚子9的滚动而向着一侧流动，源源不断地更新润滑槽11内的润滑油，起到自润滑的作用。保证滚动体在沟槽滚道和衬套之间良好的转动。

由图3第一保持架和第二保持架相配合的结构示意图可以清晰见得，两弹性保持架是以互相交错的形式叠放在一起压入内圈和外圈之间。互相交错的布置形式依靠的是带通孔的第一保持架。两块弹性保持架有宽窄之分，由图3可知，带通孔的第一保持架是不带孔的第二保持架的两倍宽。所以在宽保持架的每一波峰都开有略宽于窄保持架的通孔。交错布置的方式可以增大该双保持架轴承在一集中区域可以提供的弹性力，也即可以在一集中区域可以应对的不平衡径向力增加，增加轴承的径向刚度，提高径向承载力也增加了使用寿命。

弹性轴承的一端布置有直接正对轴承弹性保持架以及滚动体的润滑油喷嘴，另一端布置有骨架式密封圈，喷嘴将润滑油直接喷入内外圈之间，确保滚动体的润滑滚动。同时在承受反复不平衡的径向交变力时，无论是橡胶阻尼元件还是保持架充当的弹性元件，都会发热，所以润滑油除了润滑作用以外，还带走了轴承中积聚的热量，保证了轴承的正常工作，也延长了寿命。

由图5可知，当承受不平衡径向力的是内圈中的轴时。通过受力分析可知，内圈内轴所受径向力的合力如果集中为F₁时，轴承会明显的因为A处的第一第二保持架受到内圈传递来的F₁力而变形产生与之对应的反力，再通过内圈传递到轴上，就是力F₂。同时，内圈被轴压向A的位置，与A相对应的B处的第一第二保持架呈现被拉伸的状态，拉伸的两端位置分别是内圈的第二沟槽滚道和外圈的第一沟槽滚道。拉伸力F₃也通过内圈沟槽传递到内圈上，最终通过内圈作用在轴上，因此实现了自适应，自纠正。轴受到不平衡力F₁的扰动时，弹性轴承会产生与之对应的反力F₂、 F₃，这样保证了尽可能的减小内圈的偏心距。同样不平衡力如果作用在外圈上也是一样的具有自适应，自修正功能，此时减小的是外圈的偏心距。受力分析与不平衡力作用在内圈内轴上是类似的。

在装配过程中，首先将直接接触内圈7的所有圆柱形滚动体9全部一个接一个整齐的放入内圈的沟槽滚道内。第二保持架2和第一保持架3上的每一波峰波谷处都已经安装有橡胶连接件。然后加热第一保持架3上一体成型的夹持机构8和其内的衬套10。滚动体夹持机构8和衬套10受热膨胀，使得圆柱形滚动体9容易塞入衬套10内。依次将滚动体塞入滚动体夹持机构的衬套中，此时第一保持架3和内圈7已经安装完毕。依靠第一保持架3上每一波峰处开有的矩形孔可以交错的布置第二保持架2。第二保持架2上每一个滚动体夹持机构4和衬套10都使用同样的受热膨胀法塞入已经装入外圈1上第一沟槽滚道的圆柱形滚动体8。装配完成。

本发明之所以让交错布置的两个弹性保持架形成波峰波谷相间布置的格局，是因为为了方便第二保持架2和第一保持架3交错布置，第一保持架3开有通孔。这就使得第二保持架2一直是宽度一致的，但是第一保持架3在开有通孔的位置处与第二保持架2一样宽，未开孔的位置处宽度为第二保持架2的两倍。这就使得第一保持架3如果把每一波都做成均匀大小，则宽窄不同的波峰波谷提供的弹力是不相同的。为了使两个弹性保持架各波提供弹力尽可能的相似，第一保持架3宽度较窄处做成陡峭的波峰，较宽处做成平缓的波谷，宽度不变的第二保持架2的波峰波谷也与第一保持架3一一对应。

同样为了适应保持架大小拱相间的格局，橡胶连接件在制作时也要遵循同体积原则。第一、第二、第三连接件在整个轴承内的分布如图4所示。与保持架的具体安装细节如图6（a）、图6（b）、图7（a）和图7（b）所示。分布于每一波的橡胶阻尼连接件的长度a和宽度b分别可以根据安装位置和安装处的保持架宽度得到，而厚度是直接依据同体积原则得到。每一波处连接件的体积均为V，则连接件近似的厚度为c=V/(a*b)。同体积原则也是为了尽可能的保证每一波（无论大小波）处的阻尼力大小相同。

基于双保持架的弹性轴承不受外力时，所述第一连接件、第二连接件、第三连接件的中垂线均经过内圈的圆心；令第一连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第一弦角，第二连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第二弦角，第二保持架波峰上各个第三连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第三弦角，第二保持架波谷上各个第三连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第四弦角，第一保持架、第二保持架距离第一连接件中点最近的两个交点和内圈圆心连线的夹角为第一扇形角，第一保持架、第二保持架距离第二连接件中点最近的两个交点和内圈圆心连线的夹角为第二扇形角，则第一弦角为第一扇形角的75%，第二弦角为第一扇形角的75%，第三弦角为第二扇形角的68.75%，第四弦角为第二扇形角的72.5%。

保持架的大小波相间分布和橡胶阻尼连接件的同体积原则，可以保障弹性第二保持架2和第一保持架3、橡胶阻尼连接件作用于内圈7和外圈1上的弹力、阻尼力尽可能的均布。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于双保持架的弹性轴承，包含外圈、内圈、第一保持架和第二保持架；

所述外圈的内壁上设有第一沟槽滚道，所述内圈的外壁上设有第二沟槽滚道；所述内圈和外圈同心设置；

其特征在于，所述第一保持架、第二保持架均为呈波浪状的圆环弹性体；

所述第一保持架的宽度大于第二保持架，所述第一保持架的波峰上均设有供其对应的第二保持架的波谷穿入并穿出的通孔；所述第一保持架、第二保持架交错设置，使得所述第一保持架上的波峰和所述第二保持架上穿过其的波谷一一对应，所述第一保持架上的波谷和所述第二保持架上的波峰一一对应；

所述第一保持架、第二保持架的波峰上均朝外设有夹持机构，所述第一保持架、第二保持架的波谷上均朝内设有夹持机构；所述夹持机构的顶端均设有衬套；所述衬套呈空心管状，其柱壁沿轴线方向设有开口，且衬套内均设有圆柱形滚子；

所述第一保持架、第二保持架波峰上各个夹持机构顶端衬套内的圆柱形滚子均设置在所述第一沟槽滚道内；第一保持架、第二保持架波峰上各个夹持机构顶端衬套的开口均面向所述第一沟槽滚道、和所述第一沟槽相配合，使得对应的圆柱形滚子能够在所述第一沟槽滚道内自由滚动；

所述第一保持架、第二保持架波谷上各个夹持机构顶端衬套内的圆柱形滚子均设置在所述第二沟槽滚道内；第一保持架、第二保持架波谷上各个夹持机构顶端衬套的开口均面向所述第二沟槽滚道、和所述第二沟槽相配合，使得对应的圆柱形滚子能够在所述第二沟槽滚道内自由滚动。

2.根据权利要求1所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，所述第一保持架的波峰上均设有两根平行设置在波峰通孔两边、用于连接波峰两侧内壁的第一连接件；所述第一保持架的波谷上均设有用于连接波谷两侧内壁的第二连接件；所述第二保持架的波峰、波谷上均设有用于连接其两侧内壁的第三连接件；

所述第一连接件、第二连接件、第三连接件均采用橡胶阻尼材料制成。

3.根据权利要求 1所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，所述夹持机构顶端和其对应的衬套通过过盈配合连接，且衬套内设有螺旋状的、用于储存润滑油的凹槽。

4.根据权利要求1所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，所述衬套采用青铜材质制成。

5.根据权利要求1所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，所述第一保持架、第二保持架均采用65Mn弹簧钢制成。

6.根据权利要求1所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，所述第一保持架包含5个波峰和5个波谷，基于双保持架的弹性轴承不受外力时，第一保持架的每个波峰对应的扇形角度为40°、每个波谷对应的扇形角度为32°。

7.根据权利要求2所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，所述第一连接件、第二连接件、第三连接件的两端均设有圆柱形大头；

所述第一保持架上设有用于和各个所述第一连接件、第二连接件两端圆柱形大头相配合的安装孔；

所述第二保持架上设有用于和各个所述第三连接件两端圆柱形大头相配合的安装孔；

所述各个第一连接件、第二连接件和所述第一保持架过盈连接，所述各个第三连接件和所述第二保持架过盈连接。

8.根据权利要求2或6所述的基于双保持架的弹性轴承，其特征在于，基于双保持架的弹性轴承不受外力时：

所述第一连接件、第二连接件、第三连接件的中垂线均经过内圈的圆心；

令第一连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第一弦角，第二连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第二弦角，第二保持架波峰上各个第三连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第三弦角，第二保持架波谷上各个第三连接件两端和内圈圆心连线的夹角为第四弦角，第一保持架、第二保持架距离第一连接件中点最近的两个交点和内圈圆心连线的夹角为第一扇形角，第一保持架、第二保持架距离第二连接件中点最近的两个交点和内圈圆心连线的夹角为第二扇形角，则第一弦角为第一扇形角的75%，第二弦角为第一扇形角的75%，第三弦角为第二扇形角的68.75%，第四弦角为第二扇形角的72.5%。