一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器

摘要

本发明涉及一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器，包括机座、减振外环、供油套、轴瓦、前端盖和后端盖，圆锥轴设于轴瓦内，轴瓦内设有与外界相通的油压槽，其特征在于，还包括围绕供油套环形分布的多块弧形金属橡胶块，所述金属橡胶块的一端部设有向内的凸部，所述减振外环的内腔设有安装所述金属橡胶的固定槽，所述固定槽与供油套形成了所述金属橡胶的固定空间；供油套上设有支撑台阶，所述金属橡胶块的凸部靠在所述供油套的支撑台阶上以吸收轴向上的振动。本发明通过在所述供油套外周环形分布多块弧形金属橡胶块，解决了现有技术中环形橡胶圈周向厚度难以控制的问题，提高所述支承减振器的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种支承减振器，尤其是一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器。

背景技术

随着社会的快速发展，新技术的不断涌现，使机构领域中转轴的转动速度不断提升，高速的转动也带来很多不确定的因素和危险。其中振动是机械运动中最常见的问题，特别是高速运动的机器，振动的危险更为严重，所以解决高速运动的机器的振动问题变得尤其重要。现有技术中存在着许多解决高速振动的方案，如圆锥动静压滑动轴承，其综合了动压轴承和静压轴承的优点，能够同时承受径向及轴向载荷，具有启动平稳、轴向间隙容易调整、高速时摩擦功耗较小等特点，在高速旋转机械中的应用愈来愈广泛。然而支承在油膜轴承中的高速转子，由于受不平衡质量或者外界干扰等因素的影响，在通过临界转速区或者运行时常会出现剧烈的振动，由于油膜的特性还会产生“自激振动”，从而使转子系统丧失动力稳定性。工程师对其进行了改进，采用了金属橡胶来做吸振材料，由于金属橡胶干摩擦阻尼减振因其阻尼性能好、重量轻、且易制成各种形状、环境适应能力强、可调节刚度等一系列优点在该领域得到了成功的应用，实现对高速旋转机械振动的控制。如专利一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器，专利号为201320091400.9，公开日期为2013-07-10，其技术方案包括机座(1)、减振器外环(2)、金属橡胶环(3)、供油套(4)、轴瓦(5)、油嘴(6)、第一端盖(7) 和第二端盖(8)，圆锥轴(9) 穿设在机座(1) 的轴孔内，轴瓦(5) 的内锥孔上设有矩形凹槽(10)，轴瓦(5) 的外壁上设有环形凹槽(11)，所述矩形凹槽(10) 和环形凹槽(11)之间设有通孔(12)，轴瓦(5) 套装在圆锥轴(9) 的圆锥端，供油套(4) 和减振器外环(2) 由内至外依次套装在轴瓦(5) 的外端，且供油套(4) 和减振器外环(2) 之间设有金属橡胶环(3)，第一端盖(7) 和第二端盖(8) 分别设置在机座(1) 的左右两端，油嘴(6) 由外至内依次穿设在第二端盖(8) 和供油套(4) 上，且油嘴(6) 的嘴口与通孔(12) 相连通。

上述方案有效解决了转轴在高速转动时振动的问题，但其金属橡胶环因为其成型体积比较大，且是环形状，很难控制其周向上的厚度一致，从而导致了上述专利所述的一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器在使用过程中振动问题随着使用时间的增加而更为严重；由于金属橡胶环圆周上的厚度度不一，所以当转轴在高速运动时就会产生振动和冲击，使金属橡胶环的寿命减少；同时上述的支承减振器的支承径向及轴向刚度和阻尼不可调。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服上述现有技术中存在不足而提供一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器，通过在所述供油套外周环形分布多块弧形金属橡胶块，解决了现有技术中环形橡胶圈周向厚度难以控制的问题，有效解决了所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器使用过程中振动变化的问题；同时采用弧形状金属橡胶块，还可以使所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器在支承径向及轴向刚度和阻尼可调。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器，包括机座、减振外环、供油套、轴瓦、前端盖和后端盖，圆锥轴设于轴瓦内，轴瓦内设有与外界相通的油压槽，还包括围绕供油套环形分布的多块弧形金属橡胶块，所述金属橡胶块的一端部设有向内的凸部，所述减振外环的内腔设有安装所述金属橡胶的固定槽，所述固定槽与供油套形成了所述金属橡胶的固定空间；供油套上设有支撑台阶，所述金属橡胶块的凸部靠在所述供油套的支撑台阶上以吸收轴向上的振动。

进一步地，所述固定槽在减振外环的内腔呈“L”状，金属橡胶与固定槽底部相接触的为带所述凸部的一端。

进一步地，金属橡胶环径向存在一定的预变形情况下装入减振器外环和供油套中。

进一步地，所述固定槽为通槽，金属橡胶块固定在所述固定槽内，其具有凸部的一端与所述后端部接触。

进一步地，所述环形分布的多个弧形金属橡胶块的数量为四块，所述四块金属橡胶块的环形平均分布于所述供油套四周。

进一步地，所述轴瓦的外周设有环形的进油槽，进油槽与所述油压槽通过细长的管道连通，所述管道的直径小于10mm。

进一步地，供油套上设有与外界连通的进油管道，所述进油管道的出油口设于所述进油槽的中部。

进一步地，所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器还包括油嘴，所述油嘴与供油套的进油管道连接。

进一步地，所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器还包括MCU、检测所述圆锥轴转速的速度检测装置，和压力控制装置，所述压力控制装置依据所述圆锥轴的转速调节所述供油槽内的压力。

进一步地，所述压力控制装置包括油泵和油压传感器，油压传感器与MCU相电连接。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果。

1.   本发明通过在所述供油套外周环形分布多块弧形金属橡胶块，解决了现有技术中环形橡胶圈周向厚度难以控制导致金属橡胶环在使用过程中不稳定和寿命短的情况，有效解决了所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器使用过程中振动变化的问题，提高所述支承减振器的使用寿命。

2.   同时本发明同时采用弧形状金属橡胶块，不但使金属橡胶块在工艺上易于生产，良品率高，而且工程师还可以依据实际需要，选配金属橡胶块，使所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器在支承径向及轴向刚度和阻尼可调。

3.  本发明还在所述用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器上设置了MCU、检测所述圆锥轴转速的速度检测装置和压力控制装置，通过检测圆锥轴转速来选择相应的油压来减少转轴产生的振动。

附图说明

附图1是一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器的核心组件立体图。

附图2是一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器的核心组件爆炸图。

附图3是一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器的立体局部剖视图。

附图4是圆锥轴的立体图。

附图5是金属橡胶块的立体图。

附图6是轴瓦的立体图。

附图7是轴瓦的剖面图。

附图8是供油套的立体图。

附图9是供油套的立体剖视图。

附图10是一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器的剖面图。

主要附图标记：

1.圆锥轴；2.轴瓦；3.供油套；4.弧形金属橡胶块；5.减振外环；6.前端盖；7.橡胶垫；8.机座；9.后端盖；11.轴部；12.圆锥面；21.进油槽；22.细长管道；23.支撑圈；24.支撑锥面；25.油压槽；31.进油口；32.出油口；33.台阶；34.进油管道；41.凸部；51.固定槽；52.固定槽底部。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细的阐述。

如图10所示，一种用于圆锥轴的动静压轴承支承减振器，包括机座8、橡胶垫7、前端盖6、端盖9和核心组件，如图1至3所示，所述核心组件包括减振外环5、供油套3、轴瓦2、、金属橡胶块4和圆锥轴1。如图4所示，圆锥轴1包括轴部11和锥面12。轴瓦2和供油套3固定连接，减振外环5和后端盖9固定连接，前端盖8和后端盖9固定连接，金属橡胶块4径向在一定的预变形情况下装入供油套3和减振外环5之间，调整前端盖6右端面顶住轴瓦2，通过增减垫片7调整圆锥轴承间歇，调整间隙后通过螺栓使调整端盖与机座4联结。上述固定连接方式有多种，可以是螺栓连接、螺钉连接、焊接、胶接等。圆锥轴1设于轴瓦2内，轴瓦2内设有与外界相通的油压槽25，所述油压槽25在高速转子启动前，通过供油装置泵入一定压力的压力油，由于静压效应把转轴抬起，以减少圆锥轴1的启动阻力。

如图6和7所示的轴瓦2，所述轴瓦2的外周设有环形的进油槽21，内腔设有与圆锥轴1相适应的支撑锥面24和油压槽25，所述进油槽21与所述油压槽25通过细长的管道连通，所述细长的管道直径远小于进油槽21的宽度，一优选方案为所述管道的直径小于10mm或者最优范围0~3mm。所述轴瓦2的端部设有支撑圈23，支撑圈23用于限定供油套3。

如图1至3所示，一种用于圆锥轴1的动静压轴承支承减振器，包括围绕供油套3环形分布的多块弧形金属橡胶块4，所述金属橡胶块4的一端部设有向内的凸部41，如图5所示。本发明中弧形金属橡胶块4环形平均分布在所述的供油套3的外周上，其数量可以是两块、三块、四块或者更多块。所述减振外环5的内腔设有安装所述金属橡胶的固定槽51，所述固定槽51的数量与形状与所述金属橡胶块4相对应，本发明中一优选方案中其数量为4个，所述固定槽51在减振外环5的内腔呈“L”状，金属橡胶与固定槽51底部52相接触的为具有所述凸部41的一端。所述固定槽51与供油套3形成了所述金属橡胶的固定空间，并且减振外环5与供油套3之间通过金属橡胶隔开，金属橡胶块存在一定的预变形情况下装入减振器外环和供油套3中，没有金属橡胶的地方保持一定间隙，所述间隙少于20mm。

如图8所示，供油套3上设有支撑台阶33，所述金属橡胶块4的凸部41靠在所述供油套3的支撑台阶33上以吸收轴向上的振动。如图10所示，供油套3上设有与外界连通的进油管道34，所述用于圆锥轴1的动静压轴承支承减振器还包括油嘴，所述油嘴与供油套3的进油管道34连接。所述进油管道34的出油口32设于所述进油槽21的中部，这样可以使油快速流入油压槽25内，防止转轴在启动前期因为没有足够的油而产生干摩擦，进而受到很大的启动阻力。

一种用于圆锥轴1的动静压轴承支承减振器，还包括MCU、检测所述圆锥轴1转速的速度检测装置和压力控制装置，所述压力控制装置依据所述圆锥轴1的转速调节所述供油槽21内的压力，所述压力控制装置包括油泵和油压传感器，油压传感器与MCU相电连接。高速轴子的转速分为低速区、中速区和高速区，其对应的油压不同。在小于5000r/min时为低速区，其油压为0.3MPa；大于5000r/min，小于8000r/min为中速区，对应油压为0.4MPa；在大于8000r/min时为低速区，其油压为0.5MPa。在高速转子启动前，通过供油装置泵入一定压力的压力油，由于静压效应把转轴抬起，然后启动高速转子旋转，随着转子转速的提高，在圆锥轴1承中产生动压效应，产生动压力，此时动压力参与转轴承载，并起主要作用，转子在旋转过程中产生振动，此时金属橡胶阻尼器开始发挥作用，金属橡胶块部的干摩擦效应产生干摩擦阻尼，消耗系统振动能量，因此在转子通过临界转速区时或运行过程中出现的剧烈振动时，吸收振动的能量，使其振动振幅下降，进而提高了转子动力稳定性，使系统有效减振，实现对高速旋转机械振动的控制。随着供油压力的增大，基频振动幅值随之减小，系统失稳转速提高，而通过减小金属橡胶块承刚度增加阻尼系数，减振效果越明显，失稳界限转速提高得越多。当油膜刚度和阻尼与金属橡胶块度和阻尼达到合理匹配时，减振效果达到最优，实验峰峰值数据表明，在一定供油压力下，随着金属橡胶块度系数的降低，及阻尼系数的的增加，金属橡胶干摩擦阻尼效果愈好，基频振动振幅逐次下降，随着供油压力的增加，该阻尼减振器减振效果愈发明显，最大振幅下降。

一种振动控制方法，其用于上述的支承减振器，包括以下步骤：1.所述速度检测装置检测高速圆锥轴1的转速S1并传给MCU（主控制电路）；2.MCU根据预设的速度区间确定高速圆锥轴1的转速处于哪个区间，是高速区，中速区，还是低速度区。3.依据不同速度区间，输出对应区间的油压值给供油装置，使供油装置改变轴瓦2内的油压以适应圆锥轴1相应的转速。

第二实施例。

一种用于圆锥轴1的动静压轴承支承减振器，其减振外环5上的固定槽51为通槽，所述金属橡胶限定在所述通槽内，并且其具有凸部41的一端抵触于所述后端盖9上。其它与第一实施例相同，此处不再重述。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。