減振軸承的製作方法
2023-06-04 21:34:16
專利名稱：減振軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於減振地支承振動質量的軸承，如尤其在汽車製造中用作為支承馬達和驅動機組的馬達軸承。
這類軸承通常是彈性體金屬軸承，它們典型地由承載連接件和軸承座以及插在這兩部分之間的橡膠彈性體組成，軸承座一般設計為軸承外殼。這類減振軸承基本上設計為所謂液壓軸承，其中，液壓工作介質封閉在工作腔內，在為了緩衝軸承的動態負荷時，液壓工作介質經由節流的溢流通道可洩入備用腔。在軸承卸荷時，工作介質可回流到工作腔內。在這種情況下，至少一部分工作腔的壁，由至少設計為或多或少錐形的彈性體支承彈簧構成。
這類軸承技術上長期存在的問題是，在來自不同根源的動態衝擊負荷和振動負荷作用下，在承載連接件與軸承座之間的去耦和減振的寬頻帶效應不足，尤其在汽車製造中，動態衝擊負荷和振動負荷往往同時作用在軸承上。
於是，舉例來說，當軸承專家對這種軸承應調諧為例如典型地對在5至10Hz範圍內出現的低頻馬達振動應理想地減振時，他就會想到這僅僅是提出了一個與日常的實踐經驗相應的任務。然而，這種所謂「理想的」軸承沒有能干擾通常在大約100至300Hz的關鍵性低頻聲學範圍內的固體聲振動，並且沒有抑制從連接件到軸承座或從軸承座連接裝置向車身傳遞例如因馬路引起的高能的衝擊激勵。
由眾所周知的實踐中，已知作了成千次的試驗，力圖改善這裡所討論的液壓軸承在連接件與軸承座之間的減振和去耦特性。在這種情況下可能只有這一點是肯定的，即，液壓軸承在承載連接件與軸承座之間寬頻帶去耦和寬頻帶減振的技術問題，離根本性的解決還相去甚遠。
因此，本發明以此技術問題為出發點，製成一種減振地支承振動質量的液壓軸承，尤其是用於汽車製造的馬達軸承，它按規定對作用在軸承上的動態負荷，無論是按振動型式還是按振動頻率，都能儘可能廣泛地阻止其從兩個軸承連接件中的一個，傳遞到另一個軸承連接件上。
為此目的，本發明介紹了一種具有在專利權利要求1中所述特徵的軸承。在這種情況下，在這種軸承的一貫設計中，通過一種具有權利要求11所述特徵以及尤其按專利權利要求12所述方法的主動軸承，可獲得最佳的結果。
本發明的其他設計是從屬權利要求的內容。
在其最簡單的設計中，本發明的軸承意味著是液壓軸承，更準確地說是彈性體液壓軸承，其中，承載件彈性地支靠在一個尤其設計為軸承外殼的軸承座上，是通過兩個互相獨立的但在時間上同步和互相平行作用的彈性體彈簧實現的，亦即一個徑向彈簧和一個軸向彈簧。在這裡，術語「徑向彈簧」和「軸向彈簧」首先根據其彈性力主向量的位置或方向，其次才看彈性體彈簧件本身的幾何結構和定位。
為了能更清楚地了解這一點，人們可以回憶起許許多多在盆形或杯形軸承外殼中的彈簧系統，它的開口的端面用一個大多為徑向壓緊的盤狀彈性體彈簧封閉。對於此彈性體彈簧相對於軸承外殼和載荷作用的「徑向的」定位是，此彈性體彈簧被一個軸向定位的大多數為杆狀的承載連接件穿過，而且大多通過材料閉合、形狀閉合或力的閉合連接。在這樣的軸承受到沿軸向的靜態或動態負荷作用下，此沿徑向定位的彈性體彈簧在其受壓力時鐓粗，或在受拉力時成拱形彎曲。儘管它的徑向定位，但這種盤形彈性體彈簧按本發明的定義，鑑於其有效的彈簧力的主向量，所以是「軸向彈簧」。在這種情況下，儘管這種彈簧毫無問題也是同心地作用的，但幾乎沒有可利用的徑向彈簧力分量，因為正好在中性平面(彈簧在這一平面內應無應力)具有最大的徑向剛度。
與之相反，按本發明的軸承最好這樣設計，即徑向彈簧在其中性層最好完全無應力和不變形。這一條件也可以在較大的靜態壓力下通過適當夾緊的軸向彈簧建立，當然，此軸向彈簧同樣如徑向彈簧那樣固定在承載連接件上。
故原則上在本發明的液壓軸承中可保持有兩個彈性體彈簧或彈性體彈簧系統工作，其中一個起作用在軸承上的動態力的徑向彈性的作用，其中另一個起作用在軸承上的動態力的軸向彈性的作用。在這種情況下這是不言而喻的，即例如徑向彈簧不僅只是承受徑向負荷分量，而是也承受小的軸向分量，就如同軸向彈簧不只是承受純粹的軸向負荷分量，而是同樣彈性地承受徑向負荷分量，儘管在程度上是次要的。
術語「流體」、「流體工作筆」或「流體軸承」概括起來有意識地這樣來選擇，即，按本發明的軸承結構，不僅可以設計為氣動的或部分氣動的軸承，而且可以設計為液壓的或部分液壓的軸承，亦即液壓軸承或部分液壓軸承。決定性的是按本發明的軸承設計為液壓減振的軸承，它有兩個互相獨立但共同協作的彈性體彈簧件或彈性體彈簧系統，其中一個是徑向彈簧，另一個與此徑向彈簧無關地和與之分開設計的至少在功能上分開的軸向彈簧或起軸向彈簧的作用。至少這兩個彈簧中一個的一個壁，同時用作設計在軸承中的一個工作介質腔的彈性壁。
通常此至少一個工作介質腔圍繞著軸向彈簧，並以徑向彈簧作為工作腔的彈性界壁。
在軸承的這種結構中，按本發明的設計此徑向彈簧具有一個或多個從軸承內端沿軸向延伸到徑向彈簧內的區段或孔，它的外端用比較薄的壁的彈性體薄膜封閉。此薄膜區用作鼓脹區，用於尤其是振幅較小的高頻動態負荷的流體的尤其是液壓的去耦。這樣的振動在減振的溢流通道中不再朝平衡腔方法去耦。但是，通過這種類型的徑向鼓脹區的去耦在當前的情況下首先能達到，徑向彈簧的徑向彈性常數由於流體的尤其甚至液壓的去耦保持不變，亦即不發生徑向彈簧的軸向變形，它聽任軸承沿徑向的偶然微調和不再是結構性的規定值。
有特殊意義的是在本發明的設計中將彈性體軸向彈簧設計為膜盒。按上文使用的意義，「膜盒」是一個設計為圓柱形或至少基本上圓柱形或也多多少少是球形的封閉空心彈簧，這一空心彈簧詳細地說可是雙曲面或桶形凸起的平壁的或也可以是摺疊的或校正的。這種膜盒尤其設計為略有凸出的彎曲形圓柱壁時的優點是，在有結構造成的非常良好的徑向強度的情況下，在可以細調的同時還有比較大的軸向承載能力。在受大的靜態軸向負荷時還可以這樣來獲得良好的結果，即，軸向主負荷由一個裝在彈性體膜盒內部的鋼製螺旋彈簧來承受。於是，膜盒可以設計為具有較薄的壁厚，並用於細調以及用於附加的液壓去耦和減振。
按本發明的設計，膜盒最好各方面流體密封地封閉，並既可設計為自平衡的工作腔，亦可設計為帶有一個分開的與之連接的平衡腔。但是膜盒的流體系統最好設計為單腔的。
按本發明的一項重要設計，設計為軸向彈簧或軸向彈簧系統一部分有封閉流體腔的膜盒，設有一個連接通道，它將膜盒的流體工作腔與周圍連通。通過這樣的連接通道，軸向彈簧的彈簧特徵值可以受到特別簡單和快速、以及以只有最小的反應滯後、逆動態軸承負荷作用的平衡地影響。膜盒的這種流體系統的活化，可例如通過物理地提高或降低膜盒工作介質的液壓來實現，可以通過尤其是由電造成的工作介質的粘度改變來實現，也可以按特別簡單和快速的作用方式通過工作介質的直接和完全的「聲輻射」來實現。
在膜盒中的工作介質壓力原則上可通過連接通道用已知方法任意調整，例如用控制閥、可調的泵、薄膜泵，或按最簡單的方法也可以用工作活塞。
在採用一種電-粘彈性工作介質時，可通過影響電場，尤其加上節流通道或節流孔，同樣可以比較無滯後地改變尤其是有控制地改變軸承軸向彈簧的減振特性。
通過調整電路(它的傳感器探測軸承動態負荷的振幅變化過程)按照上述方法(但也可按其他適當的方法)，可通過壓力加載，亦即通過對軸向彈簧用反作用力加載，增強軸向彈簧，使得對軸承內引入的動態負荷，通過引入的反作用力捕集、出眾地加以補償，幾乎可以說「消滅」掉。
本發明的其他設計是從屬權利要求的內容。
下面藉助於附圖表示的實施例詳細說明本發明。其中
圖1本發明第一種實施例的軸向剖面和局部工作示意圖；以及圖2本發明第二種實施例的相同視圖。
在圖1中表示的軸承主要包括承載接頭1，分成兩部分的軸承外殼2，2′，外殼通過軸承座接頭3還實施軸承座管接頭的作用，軸承還包括彈性體徑向彈簧4，以及彈性體軸向彈簧5。
此軸承有一個第一流體工作腔6和一個第二流體工作腔7。
第一工作腔6設在圓柱形軸承外殼套環2′中，在承載端的端面以彈性體徑向彈簧4為界，而在軸承座一端的端面以支承端牆8為界，支承端牆8本身流體密封地夾緊在兩個軸承外殼部分2、2′之間。按圖1所表示的方式，軸承外殼套環2′的連續的塗膠內壁與彈性體徑向彈簧4製成一體。彈性體通過材料連接地早期硫化在金屬部分上。同樣，承載接頭1也通過材料連接地制在彈性體徑向彈簧4中。
在支承端牆8中設有溢流通道9，它將第一工作腔6與平衡腔10液壓上連通。平衡腔10的軸承座一端以可容易變形的平衡薄膜11為界，此平衡薄膜11可自由膨脹到杯形的軸承外殼底部2中。
溢流通道9和平衡腔10用於按通常的方式對大振幅的交變載荷減振，這種交變載荷通過承載接頭1傳入第一液壓工作腔6。為了對小振幅的頻率較高的幹擾振動進行減振，通過可容易變形的薄壁鼓脹區12液壓去耦，它可根據軸承特殊的工作區結構方面的要求制在彈性體徑向彈簧4中。在圖1所示之實施例中，徑向腹板20用於徑嚮導引支承的質量，以及，鼓脹區12在受徑向衝擊負荷時經由彈性體擋塊21過渡。
在本發明的軸承如圖1所示的設計中，軸向彈簧5是一個彈性體膜盒13。它通過形狀連接地置入接頭1的底端成型槽內，而在其相對的軸承座一端的端部，通過力和形狀連接並且流體密封地固定在支承端牆上。膜盒的如此流體密封地封閉的內腔，用作第二工作介質系統的第二工作腔7。在這種情況下，膜盒13的壁設計得比較薄和容易變形，所以，由於軸承的動態負荷引起的體積變化，可通過彈性體彈簧13向第一工作腔6中變形得到補償。
第二工作腔7既可以設計為氣動式彈簧也可以設計為液壓減振彈簧也可設計為液壓減振彈簧的形式。對於軸向彈簧的造型，專業人員按已知的方法根據為軸承所規定的使用場合要求的形狀決定。
在圖1所示的實施例中，第二流體工作腔7是一個液壓工作腔，它與通道15連接，此通道15穿過支承端牆8，並通過平衡腔10和平衡薄膜11，延伸到軸承外殼的底部2中。在通道15的軸承座一端的孔口處，可例如連接一根供液管，它可以從一個外部液體容器和一個外部泵那裡對第二工作腔7中的工作區進行壓力控制。同樣地，也可以通過這一通道供電，在相應地設計軸承的情況下，按也同樣是已知的方法，供入的電可用於影響液壓工作介質的粘度。
在圖1所示的實施例中，通道15在軸承座一端的孔口處，示意性地用一個將通道口流體密封地封閉的壓力發送器16覆蓋。在這裡，「壓力發送器」可以是任何一種已知的裝置，只要它能記錄工作流體尤其是液壓工作介質的壓力，在形式上此壓力是一種衝擊壓力波或是一種振動。這種壓力發送器在結構方面可例如設計為柔性的控制薄膜、半導體傳感器、或僅僅是一個活塞，此活塞可滑動地裝在設計為與它共同工作的工作油缸的通道段內。
壓力發送器16本身可由一個外部的控制器17控制，它經由控制線路18與壓力發送器16連接。控制器17被傳感器19加載，傳感器19提早探測引入軸承的或早期識別時在軸承上獲悉的動態負荷。因此，控制器在壓力發送器中，產生一個與此負荷反向的分力，並從壓力發送器傳入第二工作腔7的工作介質中，它們補償作用在軸承上的動態負荷或幾乎可以說消除此動態負荷。
圖2表示了本發明的另一種實施例。它的基本方案方面，圖2的軸承與圖1所示的軸承一致，所以在圖2中也採用圖1中已利用並已在那裡說明的符號。
在圖1中軸向彈簧5隻有唯一的一個彈性構件，亦即膜盒，也就是說由此一個膜盒組成，而按圖2所示的實施例表示的軸向彈簧5系統由兩個彈性構件組成，也就是由圖1所示的膜盒13和裝在此膜盒內的一個螺旋彈簧14組成，螺旋彈簧14用彈簧鋼製造。彈性體膜盒13通過形狀連接地裝在接頭1底端的成型槽內，而且膜盒與接頭形狀互補地構成一種通過形狀閉合的配合座。在它們的對面，軸承座一端，膜盒通過力和形狀連接並流體密封地固定在支承端牆8上。在如此流體密封地封閉起來的膜盒內部，彈簧鋼的螺旋彈簧14被壓緊在承載接頭1與支承端牆8之間。
在圖2所表示的本發明軸承的實施例中，第二工作腔7設計為它以周圍空氣作為第二工作介質進行工作。在這種情況下，壓力平衡通過一個或多個在軸承底部2上的孔22和與外界相通的連接通道15′建立。在這一結構中，由於沒有整個電的控制和調整膜盒內部流動系統的裝置，所以圖2所示的軸承比圖1所示的昂貴和改進的系統成本低得多。
因此，圖2所示的軸承在減振方面的特點是，它在工作腔6內用液壓介質工作，而在膜盒內的內部工作腔7中用氣動的工作介質工作，在這裡是周圍的空氣。
在圖1和2中表示的軸承方案，根據軸承應安裝在那裡的使用部位的要求，以及軸承參數應符合使用目的，它們中的個別構件是可以調換的。例如，圖1用膜盒作為軸向彈簧5的軸承，還可以加裝一個螺旋彈簧或支承在裡面的附加的橡膠彈簧，尤其是用型板增強的橡膠彈簧緩衝器。同樣地，在圖2所示的軸承中，可以將它的在軸向彈簧系統5中氣動減振的內部工作腔7設計為純粹的膜盒，沒有鋼製螺旋彈簧的支持。
在圖1和圖2中所示軸承的所有設計和方案，由於所需結構高度特別小和尺寸非常緊湊，所以優點是很突出的。尤其是在它不激勵的被動式結構方案中，它們就已經能夠在承載接頭1和軸承座接頭3之間寬頻帶去耦，由於它們的剛性的亦即更好導引振動的彈簧系統，所以比按先有技術的純液壓軸承能完成大得多的功率平衡。
這裡所附的本發明的摘要，是在這裡所公開的發明的集中部分。
以此方式製成了一種主動的和寬頻帶範圍以及衝擊範圍的減振軸承，特別是通過組合使用彈性體膜盒以及再加上與彈簧鋼螺旋彈簧相結合，使軸承的尺寸可以異常的小。
權利要求
1.用於減振地支承振動質量的軸承，尤其是馬達軸承，包括一個過載接頭(1)，在此過載接頭上固定有一個彈性體徑向彈簧(4)和一個分開的彈性體軸向彈簧(5)以承受載荷，它們支承在一個與此有關的作為軸承座的軸承外殼(2，2′)上，以及，至少包括一個在軸承外殼內構成的流體工作腔(6；7)，它至少有一個壁區，此壁區由至少兩個彈性體彈簧(4；5)中的一個構成。
2.按照權利要求1所述之軸承，其特徵為設有一個沿徑向平面封閉軸承外殼承載端的盤形彈性體徑向彈簧(4)，過載接頭(1)通過材料連接地埋在此彈性體徑向彈簧內。
3.按照權利要求2所述之軸承，其特徵為在徑向彈簧(4)內有一個可容易變形的薄壁鼓脹區(12)。
4.按照權利要求1至3之一所述之軸承，其特徵為設有一個彈性體膜盒式軸向彈簧(13)。
5.按照權利要求3所述之軸承，其特徵為彈性體膜盒(13)有圓柱形或中凸圓柱形的軸向外壁。
6.按照權利要求4或5之一所述之軸承，其特徵為一個各方面流體密封地封閉的、必要情況下僅具有一個或兩個用於液壓或氣動工作介質的充填、平衡、活化或通風孔的彈性體膜盒(13)作為軸向彈簧(5)。
7.按照權利要求1至6之一所述之軸承，其特徵為設有一個支承在軸承外殼內的支承端牆(8)和一個軸向彈簧(5)，軸向彈簧(5)在一個圍繞在它外面、用於減振介質的工作腔(6)裡面，並插入接頭(1)與支承端牆8之間與之通過力連接。
8.按照權利要求7所述之軸承，其特徵為所設有的一個支承端牆(8)，其承載一側的表面構成工作腔(6)的一個界壁，它的與此對置的軸承座一側的表面，構成含有一個可容易變形的薄膜(11)作為其壁段的減振介質平衡腔(10)的一個界壁，以及，在此支承端牆中設有減振的溢流通道(9)，這兩個腔(6、10)互相連通。
9.按照權利要求4至8之一所述之軸承，其特徵為設有一個鋼的螺旋彈簧(14)，它在彈性體膜盒(13)內通過力的連接地插在過載接頭(1)與支承端牆(8)之間。
10.按照權利要求4至9之一所述之軸承，其特徵為設有一個將膜盒(13)內腔與周圍連通的連接通道(15)，穿過這一通道，可經其流動並具有衝擊減振和振動減振反作用力的工作介質對膜盒加載，此反作用力在形式上是衝擊壓力或振動壓力。
11.按照權利要求10所述之軸承，其特徵為設有一個在膜盒(13)外面並裝在工作介質連接通道(15)旁，向工作介質發射信號的壓力發送器(16)，它可由控制器(17)根據軸承當前工作條件引起的負荷成比例地加載。
12.減振和消除在一種動態負荷的氣動軸承或在一種動態負荷的液壓軸承中的衝擊和振動的方法，其特徵為對至少可能多個工作腔中一個中的軸承工作介質，加上根據當前載荷下此動態負荷軸承實時工作參數成比例的反作用力，此反作用力通常在形式上是衝擊或振動。
全文摘要
用於減振地支承振動質量的軸承，尤其是馬達軸承。軸承包括一個承載接頭，在此承載接頭上固定有一個彈性體徑向彈簧和一個獨立的彈性體軸向彈簧用以承受載荷，它們支承在一個作為軸承座的軸承外殼上。此軸承還至少包括一個設在軸承外殼內的流體工作腔，它至少有一個壁區，此壁區由至少兩個彈性體彈簧中的一個構成。如此建成的馬達軸承是一種主動式寬頻帶去耦合寬頻帶減振，其結構尺寸比傳統的液壓軸承小得多。
文檔編號F16F13/08GK1150623SQ96104258
公開日1997年5月28日 申請日期1996年3月20日 優先權日1995年11月20日
發明者弗郎茨·J·沃爾夫, 斯提芬·尼克斯 申請人:Woco弗蘭茲-約瑟夫·沃爾夫公司