CN1150623A - 减振轴承 - Google Patents

Abstract

用于减振地支承振动质量的轴承，尤其是马达轴承。轴承包括一个承载接头，在此承载接头上固定有一个弹性体径向弹簧和一个独立的弹性体轴向弹簧用以承受载荷，它们支承在一个作为轴承座的轴承外壳上。此轴承还至少包括一个设在轴承外壳内的流体工作腔，它至少有一个壁区，此壁区由至少两个弹性体弹簧中的一个构成。如此建成的马达轴承是一种主动式宽频带去耦合宽频带减振，其结构尺寸比传统的液压轴承小得多。

Description

减振轴承

本发明涉及一种用于减振地支承振动质量的轴承，如尤其在汽车制造中用作为支承马达和驱动机组的马达轴承。

这类轴承通常是弹性体金属轴承，它们典型地由承载连接件和轴承座以及插在这两部分之间的橡胶弹性体组成，轴承座一般设计为轴承外壳。这类减振轴承基本上设计为所谓液压轴承，其中，液压工作介质封闭在工作腔内，在为了缓冲轴承的动态负荷时，液压工作介质经由节流的溢流通道可泄入备用腔。在轴承卸荷时，工作介质可回流到工作腔内。在这种情况下，至少一部分工作腔的壁，由至少设计为或多或少锥形的弹性体支承弹簧构成。

这类轴承技术上长期存在的问题是，在来自不同根源的动态冲击负荷和振动负荷作用下，在承载连接件与轴承座之间的去耦和减振的宽频带效应不足，尤其在汽车制造中，动态冲击负荷和振动负荷往往同时作用在轴承上。

于是，举例来说，当轴承专家对这种轴承应调谐为例如典型地对在5至10Hz范围内出现的低频马达振动应理想地减振时，他就会想到这仅仅是提出了一个与日常的实践经验相应的任务。然而，这种所谓“理想的”轴承没有能干扰通常在大约100至300Hz的关键性低频声学范围内的固体声振动，并且没有抑制从连接件到轴承座或从轴承座连接装置向车身传递例如因马路引起的高能的冲击激励。

由众所周知的实践中，已知作了成千次的试验，力图改善这里所讨论的液压轴承在连接件与轴承座之间的减振和去耦特性。在这种情况下可能只有这一点是肯定的，即，液压轴承在承载连接件与轴承座之间宽频带去耦和宽频带减振的技术问题，离根本性的解决还相去甚远。

因此，本发明以此技术问题为出发点，制成一种减振地支承振动质量的液压轴承，尤其是用于汽车制造的马达轴承，它按规定对作用在轴承上的动态负荷，无论是按振动型式还是按振动频率，都能尽可能广泛地阻止其从两个轴承连接件中的一个，传递到另一个轴承连接件上。

为此目的，本发明介绍了一种具有在专利权利要求1中所述特征的轴承。在这种情况下，在这种轴承的一贯设计中，通过一种具有权利要求11所述特征以及尤其按专利权利要求12所述方法的主动轴承，可获得最佳的结果。

本发明的其他设计是从属权利要求的内容。

在其最简单的设计中，本发明的轴承意味着是液压轴承，更准确地说是弹性体液压轴承，其中，承载件弹性地支靠在一个尤其设计为轴承外壳的轴承座上，是通过两个互相独立的但在时间上同步和互相平行作用的弹性体弹簧实现的，亦即一个径向弹簧和一个轴向弹簧。在这里，术语“径向弹簧”和“轴向弹簧”首先根据其弹性力主向量的位置或方向，其次才看弹性体弹簧件本身的几何结构和定位。

为了能更清楚地了解这一点，人们可以回忆起许许多多在盆形或杯形轴承外壳中的弹簧系统，它的开口的端面用一个大多为径向压紧的盘状弹性体弹簧封闭。对于此弹性体弹簧相对于轴承外壳和载荷作用的“径向的”定位是，此弹性体弹簧被一个轴向定位的大多数为杆状的承载连接件穿过，而且大多通过材料闭合、形状闭合或力的闭合连接。在这样的轴承受到沿轴向的静态或动态负荷作用下，此沿径向定位的弹性体弹簧在其受压力时镦粗，或在受拉力时成拱形弯曲。尽管它的径向定位，但这种盘形弹性体弹簧按本发明的定义，鉴于其有效的弹簧力的主向量，所以是“轴向弹簧”。在这种情况下，尽管这种弹簧毫无问题也是同心地作用的，但几乎没有可利用的径向弹簧力分量，因为正好在中性平面(弹簧在这一平面内应无应力)具有最大的径向刚度。

与之相反，按本发明的轴承最好这样设计，即径向弹簧在其中性层最好完全无应力和不变形。这一条件也可以在较大的静态压力下通过适当夹紧的轴向弹簧建立，当然，此轴向弹簧同样如径向弹簧那样固定在承载连接件上。

故原则上在本发明的液压轴承中可保持有两个弹性体弹簧或弹性体弹簧系统工作，其中一个起作用在轴承上的动态力的径向弹性的作用，其中另一个起作用在轴承上的动态力的轴向弹性的作用。在这种情况下这是不言而喻的，即例如径向弹簧不仅只是承受径向负荷分量，而是也承受小的轴向分量，就如同轴向弹簧不只是承受纯粹的轴向负荷分量，而是同样弹性地承受径向负荷分量，尽管在程度上是次要的。

术语“流体”、“流体工作笔”或“流体轴承”概括起来有意识地这样来选择，即，按本发明的轴承结构，不仅可以设计为气动的或部分气动的轴承，而且可以设计为液压的或部分液压的轴承，亦即液压轴承或部分液压轴承。决定性的是按本发明的轴承设计为液压减振的轴承，它有两个互相独立但共同协作的弹性体弹簧件或弹性体弹簧系统，其中一个是径向弹簧，另一个与此径向弹簧无关地和与之分开设计的至少在功能上分开的轴向弹簧或起轴向弹簧的作用。至少这两个弹簧中一个的一个壁，同时用作设计在轴承中的一个工作介质腔的弹性壁。

通常此至少一个工作介质腔围绕着轴向弹簧，并以径向弹簧作为工作腔的弹性界壁。

在轴承的这种结构中，按本发明的设计此径向弹簧具有一个或多个从轴承内端沿轴向延伸到径向弹簧内的区段或孔，它的外端用比较薄的壁的弹性体薄膜封闭。此薄膜区用作鼓胀区，用于尤其是振幅较小的高频动态负荷的流体的尤其是液压的去耦。这样的振动在减振的溢流通道中不再朝平衡腔方法去耦。但是，通过这种类型的径向鼓胀区的去耦在当前的情况下首先能达到，径向弹簧的径向弹性常数由于流体的尤其甚至液压的去耦保持不变，亦即不发生径向弹簧的轴向变形，它听任轴承沿径向的偶然微调和不再是结构性的规定值。

有特殊意义的是在本发明的设计中将弹性体轴向弹簧设计为膜盒。按上文使用的意义，“膜盒”是一个设计为圆柱形或至少基本上圆柱形或也多多少少是球形的封闭空心弹簧，这一空心弹簧详细地说可是双曲面或桶形凸起的平壁的或也可以是折叠的或校正的。这种膜盒尤其设计为略有凸出的弯曲形圆柱壁时的优点是，在有结构造成的非常良好的径向强度的情况下，在可以细调的同时还有比较大的轴向承载能力。在受大的静态轴向负荷时还可以这样来获得良好的结果，即，轴向主负荷由一个装在弹性体膜盒内部的钢制螺旋弹簧来承受。于是，膜盒可以设计为具有较薄的壁厚，并用于细调以及用于附加的液压去耦和减振。

按本发明的设计，膜盒最好各方面流体密封地封闭，并既可设计为自平衡的工作腔，亦可设计为带有一个分开的与之连接的平衡腔。但是膜盒的流体系统最好设计为单腔的。

按本发明的一项重要设计，设计为轴向弹簧或轴向弹簧系统一部分有封闭流体腔的膜盒，设有一个连接通道，它将膜盒的流体工作腔与周围连通。通过这样的连接通道，轴向弹簧的弹簧特征值可以受到特别简单和快速、以及以只有最小的反应滞后、逆动态轴承负荷作用的平衡地影响。膜盒的这种流体系统的活化，可例如通过物理地提高或降低膜盒工作介质的液压来实现，可以通过尤其是由电造成的工作介质的粘度改变来实现，也可以按特别简单和快速的作用方式通过工作介质的直接和完全的“声辐射”来实现。

在膜盒中的工作介质压力原则上可通过连接通道用已知方法任意调整，例如用控制阀、可调的泵、薄膜泵，或按最简单的方法也可以用工作活塞。

在采用一种电-粘弹性工作介质时，可通过影响电场，尤其加上节流通道或节流孔，同样可以比较无滞后地改变尤其是有控制地改变轴承轴向弹簧的减振特性。

通过调整电路(它的传感器探测轴承动态负荷的振幅变化过程)按照上述方法(但也可按其他适当的方法)，可通过压力加载，亦即通过对轴向弹簧用反作用力加载，增强轴向弹簧，使得对轴承内引入的动态负荷，通过引入的反作用力捕集、出众地加以补偿，几乎可以说“消灭”掉。

本发明的其他设计是从属权利要求的内容。

下面借助于附图表示的实施例详细说明本发明。其中：

图1本发明第一种实施例的轴向剖面和局部工作示意图；以及

图2本发明第二种实施例的相同视图。

在图1中表示的轴承主要包括承载接头1，分成两部分的轴承外壳2，2′，外壳通过轴承座接头3还实施轴承座管接头的作用，轴承还包括弹性体径向弹簧4，以及弹性体轴向弹簧5。

此轴承有一个第一流体工作腔6和一个第二流体工作腔7。

第一工作腔6设在圆柱形轴承外壳套环2′中，在承载端的端面以弹性体径向弹簧4为界，而在轴承座一端的端面以支承端墙8为界，支承端墙8本身流体密封地夹紧在两个轴承外壳部分2、2′之间。按图1所表示的方式，轴承外壳套环2′的连续的涂胶内壁与弹性体径向弹簧4制成一体。弹性体通过材料连接地早期硫化在金属部分上。同样，承载接头1也通过材料连接地制在弹性体径向弹簧4中。

在支承端墙8中设有溢流通道9，它将第一工作腔6与平衡腔10液压上连通。平衡腔10的轴承座一端以可容易变形的平衡薄膜11为界，此平衡薄膜11可自由膨胀到杯形的轴承外壳底部2中。

溢流通道9和平衡腔10用于按通常的方式对大振幅的交变载荷减振，这种交变载荷通过承载接头1传入第一液压工作腔6。为了对小振幅的频率较高的干扰振动进行减振，通过可容易变形的薄壁鼓胀区12液压去耦，它可根据轴承特殊的工作区结构方面的要求制在弹性体径向弹簧4中。在图1所示之实施例中，径向腹板20用于径向导引支承的质量，以及，鼓胀区12在受径向冲击负荷时经由弹性体挡块21过渡。

在本发明的轴承如图1所示的设计中，轴向弹簧5是一个弹性体膜盒13。它通过形状连接地置入接头1的底端成型槽内，而在其相对的轴承座一端的端部，通过力和形状连接并且流体密封地固定在支承端墙上。膜盒的如此流体密封地封闭的内腔，用作第二工作介质系统的第二工作腔7。在这种情况下，膜盒13的壁设计得比较薄和容易变形，所以，由于轴承的动态负荷引起的体积变化，可通过弹性体弹簧13向第一工作腔6中变形得到补偿。

第二工作腔7既可以设计为气动式弹簧也可以设计为液压减振弹簧也可设计为液压减振弹簧的形式。对于轴向弹簧的造型，专业人员按已知的方法根据为轴承所规定的使用场合要求的形状决定。

在图1所示的实施例中，第二流体工作腔7是一个液压工作腔，它与通道15连接，此通道15穿过支承端墙8，并通过平衡腔10和平衡薄膜11，延伸到轴承外壳的底部2中。在通道15的轴承座一端的孔口处，可例如连接一根供液管，它可以从一个外部液体容器和一个外部泵那里对第二工作腔7中的工作区进行压力控制。同样地，也可以通过这一通道供电，在相应地设计轴承的情况下，按也同样是已知的方法，供入的电可用于影响液压工作介质的粘度。

在图1所示的实施例中，通道15在轴承座一端的孔口处，示意性地用一个将通道口流体密封地封闭的压力发送器16覆盖。在这里，“压力发送器”可以是任何一种已知的装置，只要它能记录工作流体尤其是液压工作介质的压力，在形式上此压力是一种冲击压力波或是一种振动。这种压力发送器在结构方面可例如设计为柔性的控制薄膜、半导体传感器、或仅仅是一个活塞，此活塞可滑动地装在设计为与它共同工作的工作油缸的通道段内。

压力发送器16本身可由一个外部的控制器17控制，它经由控制线路18与压力发送器16连接。控制器17被传感器19加载，传感器19提早探测引入轴承的或早期识别时在轴承上获悉的动态负荷。因此，控制器在压力发送器中，产生一个与此负荷反向的分力，并从压力发送器传入第二工作腔7的工作介质中，它们补偿作用在轴承上的动态负荷或几乎可以说消除此动态负荷。

图2表示了本发明的另一种实施例。它的基本方案方面，图2的轴承与图1所示的轴承一致，所以在图2中也采用图1中已利用并已在那里说明的符号。

在图1中轴向弹簧5只有唯一的一个弹性构件，亦即膜盒，也就是说由此一个膜盒组成，而按图2所示的实施例表示的轴向弹簧5系统由两个弹性构件组成，也就是由图1所示的膜盒13和装在此膜盒内的一个螺旋弹簧14组成，螺旋弹簧14用弹簧钢制造。弹性体膜盒13通过形状连接地装在接头1底端的成型槽内，而且膜盒与接头形状互补地构成一种通过形状闭合的配合座。在它们的对面，轴承座一端，膜盒通过力和形状连接并流体密封地固定在支承端墙8上。在如此流体密封地封闭起来的膜盒内部，弹簧钢的螺旋弹簧14被压紧在承载接头1与支承端墙8之间。

在图2所表示的本发明轴承的实施例中，第二工作腔7设计为它以周围空气作为第二工作介质进行工作。在这种情况下，压力平衡通过一个或多个在轴承底部2上的孔22和与外界相通的连接通道15′建立。在这一结构中，由于没有整个电的控制和调整膜盒内部流动系统的装置，所以图2所示的轴承比图1所示的昂贵和改进的系统成本低得多。

因此，图2所示的轴承在减振方面的特点是，它在工作腔6内用液压介质工作，而在膜盒内的内部工作腔7中用气动的工作介质工作，在这里是周围的空气。

在图1和2中表示的轴承方案，根据轴承应安装在那里的使用部位的要求，以及轴承参数应符合使用目的，它们中的个别构件是可以调换的。例如，图1用膜盒作为轴向弹簧5的轴承，还可以加装一个螺旋弹簧或支承在里面的附加的橡胶弹簧，尤其是用型板增强的橡胶弹簧缓冲器。同样地，在图2所示的轴承中，可以将它的在轴向弹簧系统5中气动减振的内部工作腔7设计为纯粹的膜盒，没有钢制螺旋弹簧的支持。

在图1和图2中所示轴承的所有设计和方案，由于所需结构高度特别小和尺寸非常紧凑，所以优点是很突出的。尤其是在它不激励的被动式结构方案中，它们就已经能够在承载接头1和轴承座接头3之间宽频带去耦，由于它们的刚性的亦即更好导引振动的弹簧系统，所以比按先有技术的纯液压轴承能完成大得多的功率平衡。

这里所附的本发明的摘要，是在这里所公开的发明的集中部分。

以此方式制成了一种主动的和宽频带范围以及冲击范围的减振轴承，特别是通过组合使用弹性体膜盒以及再加上与弹簧钢螺旋弹簧相结合，使轴承的尺寸可以异常的小。

Claims (12)

1.用于减振地支承振动质量的轴承，尤其是马达轴承，包括一个过载接头(1)，在此过载接头上固定有一个弹性体径向弹簧(4)和一个分开的弹性体轴向弹簧(5)以承受载荷，它们支承在一个与此有关的作为轴承座的轴承外壳(2，2′)上，以及，至少包括一个在轴承外壳内构成的流体工作腔(6；7)，它至少有一个壁区，此壁区由至少两个弹性体弹簧(4；5)中的一个构成。

2.按照权利要求1所述之轴承，其特征为：设有一个沿径向平面封闭轴承外壳承载端的盘形弹性体径向弹簧(4)，过载接头(1)通过材料连接地埋在此弹性体径向弹簧内。

3.按照权利要求2所述之轴承，其特征为：在径向弹簧(4)内有一个可容易变形的薄壁鼓胀区(12)。

4.按照权利要求1至3之一所述之轴承，其特征为：设有一个弹性体膜盒式轴向弹簧(13)。

5.按照权利要求3所述之轴承，其特征为：弹性体膜盒(13)有圆柱形或中凸圆柱形的轴向外壁。

6.按照权利要求4或5之一所述之轴承，其特征为：一个各方面流体密封地封闭的、必要情况下仅具有一个或两个用于液压或气动工作介质的充填、平衡、活化或通风孔的弹性体膜盒(13)作为轴向弹簧(5)。

7.按照权利要求1至6之一所述之轴承，其特征为：设有一个支承在轴承外壳内的支承端墙(8)和一个轴向弹簧(5)，轴向弹簧(5)在一个围绕在它外面、用于减振介质的工作腔(6)里面，并插入接头(1)与支承端墙8之间与之通过力连接。

8.按照权利要求7所述之轴承，其特征为：所设有的一个支承端墙(8)，其承载一侧的表面构成工作腔(6)的一个界壁，它的与此对置的轴承座一侧的表面，构成含有一个可容易变形的薄膜(11)作为其壁段的减振介质平衡腔(10)的一个界壁，以及，在此支承端墙中设有减振的溢流通道(9)，这两个腔(6、10)互相连通。

9.按照权利要求4至8之一所述之轴承，其特征为：设有一个钢的螺旋弹簧(14)，它在弹性体膜盒(13)内通过力的连接地插在过载接头(1)与支承端墙(8)之间。

10.按照权利要求4至9之一所述之轴承，其特征为：设有一个将膜盒(13)内腔与周围连通的连接通道(15)，穿过这一通道，可经其流动并具有冲击减振和振动减振反作用力的工作介质对膜盒加载，此反作用力在形式上是冲击压力或振动压力。

11.按照权利要求10所述之轴承，其特征为：设有一个在膜盒(13)外面并装在工作介质连接通道(15)旁，向工作介质发射信号的压力发送器(16)，它可由控制器(17)根据轴承当前工作条件引起的负荷成比例地加载。

12.减振和消除在一种动态负荷的气动轴承或在一种动态负荷的液压轴承中的冲击和振动的方法，其特征为：对至少可能多个工作腔中一个中的轴承工作介质，加上根据当前载荷下此动态负荷轴承实时工作参数成比例的反作用力，此反作用力通常在形式上是冲击或振动。