专利名称：一种弹性环以及应用该弹性环的一体式弹性环阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速转子系统的弹性阻尼支承装置，特别是一种弹性环以及应用该弹性环的一体式弹性环阻尼器。
背景技术：
任何机械结构都有其固有的振动频率，当外界激励频率与其固有频率相同时，该机械结构就会发生一种自激振动，严重时还会造成可怕的灾难性后果。旋转机械也不例外， 尤其是旋转速度不断提高的高速转子系统(例如各种动力机械，包括航空涡扇发动机，冲压式发动机，燃气轮机，涡轮膨胀机，涡轮增压器，大型轴流压缩机，高速鼓风机高以及速电机等)，它们往往会跨越一阶、二阶，甚至三阶临界，达到很高的工作转速。当旋转速度运行至临界转速附近或者跨越临界转速时，转子系统就会(在某一转速范围内)产生很大振动。 另外，旋转机械的转子系统或多或少总是存在大小不等的不平衡量。临界转速和不平衡一直是影响整个机械系统的正常工作工作主要因素，这个影响在纯滚动轴承支承(有刚度， 无阻尼)的转子系统中尤为突出。通常解决这一工程难题的办法是纯滚动轴承支承增设阻尼环节，满足转子系统高速运行时的刚度和阻尼要求，以有效控制转子系统的振动、提高转子系统的稳定性。以增压器为例。车辆增压器，大都采用滑动轴承支承的旋转轴系。这种轴系的显著特点是滑动轴承的润滑油膜为转子系统提供了足够的刚度和阻尼，从而保证了转子系统的安全稳定运行。但是，滑动轴承转子系统也存在以下不足(1)根据流体润滑楔形承载理论，转子轴颈在滑动轴承中始终处于偏心状态。(2)转子轴径与滑动轴承之间建立起有效的润滑油膜的前提条件是转子必须具有一定转速。(3)由于润滑油膜存在粘滞性，使得增压器的机动性不好。滚动轴承支承的增压器转子系统结构简单、机动性好，如果配以合适的支承刚度和支承阻尼就可以完全弥补滑动轴承的这种缺憾。上世纪60年代，人们就已经发明了挤压油膜阻尼器(SFD)，它的结构简单、体积小、重量轻、安全可靠性高，对转子系统振动的控制效果十分显著，被广泛应用于高速旋转机械中。但是挤压油膜阻尼器是非线性阻尼器，其油膜刚度随挤压作用增大而增大，而且挤压作用越大其非线性程度也就越强。这种支承结构下的高速转子系统，有可能会发生双稳态跳跃、锁死和非协调进动等严重的有害现象，凭此加大转子系统的振动。因此，后来俄罗斯学者率先提出一种弹性环挤压油膜阻尼器(ERSFD)，这种阻尼器即具有挤压油膜阻尼器的基本特性，又具有调节支承刚度的弹性支承功能，改善了挤压油膜阻尼器油膜刚度的高非线性问题，使转子系统可以在高速和大不平衡量的情况下安全工作。但是，由于其结构设计经常会考虑到弹性环的轴向定位、供油、回油等问题，而不得不增加转子辅助支承的轴向长度、使转子系统设计变得非常复杂。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种结构简单、制造快速、装拆便捷的弹性环以及应用该弹性环的一体式弹性环阻尼器。为实现上述目的，本发明提供了一种弹性环，该弹性环为两端开放且中空的圆筒状结构，在该弹性环的外壁和内壁分别设置有沿弹性环轴向延伸并分别朝外和朝内突出的外凸台和内凸台，所述外凸台和内凸台分别在弹性环的外壁和内壁沿圆周方向均勻分布， 所述外凸台和内凸台交错排列。作为本发明的优选实施例，所述每一个外凸台设置在相邻的两个的内凸台之间， 每一个内凸台设置在相邻的两个外凸台之间；作为本发明的优选实施例，所述每一个外凸台或者每一个内凸台沿弹性环的轴向连续延伸或者在弹性环的轴向断开成至少两截；作为本发明的优选实施例，所述弹性环进一步设置有同轴且位置相差180度的第一定位销孔和第一回油孔；本发明还提供了一种一体式弹性环阻尼器，包括壳体，设有轴承室；滚动轴承，安装在壳体的轴承室内；进油喷嘴，为滚动轴承提供润滑作用；以及弹性环，安装在滚动轴承和轴承室内壁之间，该弹性环的外壁沿轴向设置有与轴承室的内壁接触的外凸台，该弹性环的内壁沿轴向设置有与滚动轴承的外圈接触的内凸台，所述外凸台和内凸台交错设置， 所述内凸台和外凸台之间的弧形连接体形成弹性体，这样，内凸台、弹性体、内凸台和滚动轴承的外圈围成内油腔；所述外凸台、弹性体、外凸台和轴承室的内壁围成外油腔，当内油腔和外油腔没有油膜存在时，滚动轴承通过一体化的弹性环支承到轴承室，当内油腔和外油腔有油膜存在时，滚动轴承通过一体化的弹性环加内外腔油膜支承到轴承室。作为本发明的优选实施例，在所述弹性体上开设有阻尼调节孔，该阻尼调节孔连通内油腔和外油腔；作为本发明的优选实施例，在所述外凸台和内凸台之间且沿径向设置有过油孔， 所述滚动轴承在与过油孔相应的位置设置有喷油孔，润滑油依次通过过油孔和喷油孔为轴承提供润滑作用；作为本发明的优选实施例，所述进油喷嘴的中心开设有供润滑油流通的盲孔，在该盲孔的两侧分别开设有第一出油孔和第二出油孔，所述壳体上设置有分别与上述第一出油孔和第二出油孔相通的第一滑油通道和第二滑油通道，润滑油经由上述盲孔分别进入第一滑油通道和第二滑油通道，最后通过弹性环的过油孔和轴承的喷油孔为轴承提供润滑作用；作为本发明的优选实施例，所述弹性环进一步设置有同轴且位置相差180度的第一定位销孔和第一回油孔；所述滚动轴承和壳体分别在与上述第一定位销孔和第一回油孔相对应的位置设置有第二定位销孔和第二回油孔，以及第三定位销孔和第三回油孔，所述弹性环和滚动轴承通过进油喷嘴的销柱依次穿过第三定位销孔、第一定位销孔和第二定位销孔而实现径向定位；作为本发明的优选实施例，所述弹性环的轴向长度不小于转子两支承滚动轴承的外侧尺寸；所述外凸台和内凸台的轴向长度大于等于支承滚动轴承宽度。本发明弹性环以及应用该弹性环的一体式弹性环阻尼器至少具有以下优点本发明转子投入工作并旋转起来之后，在动态力的作用下，轴径偏离中心挤压一体化弹性环，处在内外油腔内的润滑油膜受到挤压而形成挤压压力油膜，为支承系统提供适当的刚度和阻尼；随着动态力的增大，挤压油膜压力也会升高，挤压油膜的刚度和阻尼亦随之升高。反之亦然。这种流固耦合作用改善了油膜压力场的分布和大小，也改善了油膜刚度的高度非线性，扩大了油膜刚度的线性区域，并获得相对更大的油膜阻尼。同时，弹性环凸台形成的小空腔，相当于降低油膜压力的卸荷腔，有利于降低油膜压力的非线性增长，从而改善油膜力特性，适应更大的不平衡量。
图1是本发明弹性环的立体结构示意图；图2是图1的弹性环装入滚动轴承后的装配示意图；图3是图1的弹性环装入另一种滚动轴承后的装配示意图；图4是进油喷嘴的结构示意图；图5是壳体和轴承室的结构示意图；图6是本发明弹性环、滚动轴承和壳体组装在一起后的结构示意图；图7是本发明一体式弹性环阻尼器的总体组装示意图；图8是本发明一体式弹性环阻尼器的轴向示意图。其中，元件标号与其对应名称的对应关系如下
权利要求
1.一种弹性环，其特征在于该弹性环(37)为两端开放且中空的圆筒状结构，在该弹性环(37)的外壁和内壁分别设置有沿弹性环(37)轴向延伸并分别朝外和朝内突出的外凸台⑶和内凸台(1)，所述外凸台(3)和内凸台⑴分别在弹性环(37)的外壁和内壁沿圆周方向均勻分布，所述外凸台(3)和内凸台(1)交错排列。
2.如权利要求1所述的弹性环，其特征在于所述每一个外凸台(3)设置在相邻的两个的内凸台(1)之间，每一个内凸台(1)设置在相邻的两个外凸台(3)之间。
3.如权利要求1或2所述的弹性环，其特征在于所述每一个外凸台(3)或者每一个内凸台(1)沿弹性环的轴向连续延伸或者在弹性环的轴向断开成至少两截。
4.如权利要求1所述的弹性环，其特征在于所述弹性环(37)进一步设置有同轴且位置相差180度的第一定位销孔(7)和第一回油孔(10)。
5.一种一体式弹性环阻尼器，其特征在于该一体式弹性环阻尼器包括壳体，设有轴承室09)；滚动轴承(36)，安装在壳体的轴承室09)内；进油喷嘴(38)，为滚动轴承提供润滑作用；以及弹性环(37)，安装在滚动轴承(36)和轴承室09)内壁之间，该弹性环(37)的外壁沿轴向设置有与轴承室09)的内壁接触的外凸台(3)，该弹性环的内壁沿轴向设置有与滚动轴承的外圈接触的内凸台(1)，所述外凸台(3)和内凸台(1)交错设置，所述内凸台(1)和外凸台⑶之间的弧形连接体形成弹性体，这样，内凸台(1)、弹性体O)、内凸台⑴和滚动轴承的外圈(13)围成内油腔⑵；所述外凸台(3)、弹性体⑵、外凸台(3)和轴承室09) 的内壁围成外油腔(Q)，当内油腔(P)和外油腔(Q)没有油膜存在时，滚动轴承(36)通过一体化的弹性环(37)支承到轴承室( )，当内油腔(P)和外油腔(Q)有油膜存在时，滚动轴承(36)通过一体化的弹性环(37)加内外腔油膜支承到轴承室09)。
6.如权利要求5所述的一体式弹性环阻尼器，其特征在于在所述弹性体上开设有阻尼调节孔，该阻尼调节孔连通内油腔(P)和外油腔⑴)。
7.如权利要求5所述的一体式弹性环阻尼器，其特征在于在所述外凸台(3)和内凸台(1)之间且沿径向设置有过油孔(8)，所述滚动轴承在与过油孔(8)相应的位置设置有喷油孔(18)，润滑油依次通过过油孔⑶和喷油孔(18)为轴承提供润滑作用。
8.如权利要求7所述的一体式弹性环阻尼器，其特征在于所述进油喷嘴(38)的中心开设有供润滑油流通的盲孔(25)，在该盲孔0 的两侧分别开设有第一出油孔06)和第二出油孔(27)，所述壳体上设置有分别与上述第一出油孔06)和第二出油孔(XT)相通的第一滑油通道(30)和第二滑油通道(32)，润滑油经由上述盲孔分别进入第一滑油通道 (30)和第二滑油通道(32)，最后通过弹性环(37)的过油孔(8)和轴承的喷油孔(18)为轴承提供润滑作用。
9.如权利要求5所述的一体式弹性环阻尼器，其特征在于所述弹性环(37)进一步设置有同轴且位置相差180度的第一定位销孔(7)和第一回油孔(10)；所述滚动轴承(36)和壳体分别在与上述第一定位销孔(7)和第一回油孔(10)相对应的位置设置有第二定位销孔(16)和第二回油孔(17)，以及第三定位销孔(31)和第三回油孔(33)，所述弹性环(37) 和滚动轴承(36)通过进油喷嘴的销柱依次穿过第三定位销孔(31)、第一定位销孔(7)和第二定位销孔(16)而实现径向定位。
10.如权利要求5所述的一体式弹性环阻尼器，其特征在于所述弹性环的轴向长度不小于转子两支承滚动轴承的外侧尺寸；所述外凸台和内凸台的轴向长度大于等于支承滚动轴承宽度。
全文摘要
本发明公开了一种弹性环以及应用该弹性环的一体式弹性环阻尼器，包括设有轴承室的壳体、安装在轴承室内的滚动轴承、为滚动轴承提供润滑作用的进油喷嘴、以及安装在滚动轴承和轴承室内壁之间的弹性环，该弹性环的外壁沿轴向设置有与轴承室的内壁接触的外凸台，该弹性环的内壁沿轴向设置有与滚动轴承的外圈接触的内凸台，所述外凸台和内凸台交错设置，所述内凸台和外凸台之间的弧形连接体形成弹性体，内凸台、弹性体、内凸台和滚动轴承的外圈围成内油腔；所述外凸台、弹性体、外凸台和轴承室的内壁围成外油腔，当内油腔和外油腔没有油膜存在时，滚动轴承通过一体化的弹性环支承到轴承室，当内油腔和外油腔有油膜存在时，滚动轴承通过一体化的弹性环加内外腔油膜支承到轴承室。
文档编号F16C27/04GK102338158SQ20111027369
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者何洪, 王世琥, 田中梁, 赵新军 申请人:中国兵器工业集团第七○研究所, 西安交通大学