设有散热翅片的可精细调整间隙的装配式动静压轴承

摘要

本发明为一种装配式径向动静压轴承，由前端盖、轴套、后端盖、支架螺栓、调整螺钉和斜楔块等组成。通过调整螺钉使斜楔块作轴向移动，迫使内壁为圆柱面的轴套变形，使之与主轴轴颈之间形成月牙形收敛状油腔。配合其它一些结构特点，这些油腔既可起到静压油腔的作用，又可起到动压油腔的作用。本发明结构简单，工艺性好，具散热功能，可精细地调整轴承与主轴轴颈之间的间隙，适用范围极广。

权利要求

1.一种装配式动静压轴承，其特征是：动静压轴承包括一个前端盖、一个轴套、一个后端盖、数个轴套变形驱动机构和数个支架螺栓，前端盖、后端盖与支架螺栓构成动静压轴承的骨架，前端盖与后端盖配合变形后的轴套还起到静压油腔的作用；数个轴套变形驱动机构沿周向均布，通过轮流交错的方式逐步调整各个轴套变形驱动机构，迫使轴套沿其周向并在其全长上同步均匀地变形，从而在轴套与主轴轴颈之间形成数个月牙形收敛状动压油腔。

2.根据权利要求1所述的装配式动静压轴承，其特征是：所述轴套的内壁在变形前为一个完美的圆柱面，其外壁上设有散热翅片并沿轴向在全长上开有数条底面与轴心线成一定角度的沟槽。

3.根据权利要求1所述的装配式动静压轴承，其特征是：所述轴套变形驱动机构由斜楔块、调整螺钉和压缩弹簧所组成，旋转调整螺钉使斜楔块作轴向移动，可使轴套产生所需的弹性变形，压缩弹簧可以帮助斜楔块在使轴套松弛时更容易到位。

4.根据权利要求1所述的装配式动静压轴承，其特征是：动静压轴承内部的油路为压力油从月牙状油腔的一端注入，通过月牙状油腔的另一端位于轴套上的小孔流出油腔到达轴套的外壁，然后流经轴套外壁上的散热翅片的全长后排出。

说明书

设有散热翅片的可精细调整间隙的装配式动静压轴承

技术领域

[0001] 本发明涉及一种装配式径向动静压轴承，属于机械工程元件的发明。

背景技术

[0002] 全液体滑动轴承的优异性能已世所公认。就摩擦系数来说，滑动轴承为0.01-0.1，滚动轴承为0.0005-0.005，然而，全液体滑动轴承却可以轻易地做到0.0001之下，远远优于最精密的滚动轴承。在主轴回转精度、运转平稳性、吸振抗冲击、使用寿命等方面，全液体滑动轴承也都远优于其它轴承。全液体滑动轴承有静压轴承、动压轴承和动静压轴承之分。静压轴承通过打入轴承套静压腔内的高压润滑油将主轴托起而使主轴和轴承之间没有任何直接的接触，且该性能与主轴的转速无关，因此，静压轴承的最大优点就是在主轴低速甚至无转速的情况下都可以使主轴处在一种悬浮的状态，从而使主轴的启动转矩极低，且轴颈和轴承两者几乎永无磨损。然而静压轴承对液压系统的要求特别高，无论是指节流器、输出压力和系统能耗，还是指过滤的严格性和压力的稳定性，这都严重影响了静压轴承的推广使用。动压轴承则利用润滑油的粘性，使主轴轴颈表面附着的润滑油随着主轴的旋转而被带入呈收敛状的动压油腔并受到越来越大的挤压，产生所谓的油楔效应，其所生成的楔状油膜的压力在这过程中变得越来越大，所以，动压轴承具有很高的刚度和承载能力。但是，由于承压楔状油膜生成的前提条件是主轴和轴承之间必须达到一定的相对速度才行，因此，动压轴承的最大缺点就是在设备启动和停机的过程中无可避免地会出现轴颈和轴承之间直接的金属摩擦，这就使得主轴系统的使用寿命和精度保持性受到影响。而动静压轴承则既有静压油腔使其实现静压轴承的功能，又有收敛状动压油腔使其具备动压轴承的特性，因此，它兼具了静压轴承和动压轴承的所有优点，所以得到了广泛的应用并受到了越来越多的关注。

[0003] 无论动压轴承，还是动静压轴承，它们都有一个结构元素是必不可少的，那就是生成楔状油膜所必需的呈收敛状的动压油腔。为此，就如何形成收敛状动压油腔出现了相当多的方式。在轴颈上动脑筋的，有轴颈断面为椭圆形和多边形的，如WO2010135135A2；有轴颈断面带有特殊凸耳的，如FR2616861A1；有轴颈上开有浅腔的，如ZL200820159321.6；但更多的是在轴套上想办法，有轴瓦式的，如US3738717A；有两端借斜楔可调间隙的轴瓦式的，如WO9529346A1；有可倾瓦式的，如SU1200009A；有偏心单油楔的，如GB2198194A；有偏心双油楔的，如US6966700B2；有月牙状凹腔多油楔的，如WO2008149038A2、我国的HSDB-R型(单向)和CA1234179A1(可双向)；有阶梯状凹腔多油楔的，如ZL200910104109.9和我国的WMB型、HSDB-1型；有锥套加可倾瓦的，如JP7332352A；有锥套加月牙状凹腔的，如CH273491A。除了上面这些方式之外，还有一类是利用材料的弹性变形来形成收敛状的动压油腔的，如带可变形支腿的轴瓦的US4676668A、US5664888A和US6379046B1；在两个固定支点和一个调整支点的作用下使薄壁圆筒变形的GB344228A和US3717393A；外圆内锥套通过楔形多齿迫使内圆外锥套变形的SU739269A1；还有DE2544497A1，它在圆筒的外圆面和内圆面上均开有多条径向割槽，在外圆面上还开有轴向割槽，使圆筒成为一个极易变形的弹性体，通过周向布置的螺钉，可以轻易地配合内圆面上开有的月牙状凹腔，形成收敛状的动压油腔并可对间隙进行调整，以发明人名字命名的Spieth动压轴承至今行销全世界。

[0004] 纵观现有的动压轴承和动静压轴承的设计，尽管其中不乏精妙天才之作，但总还是存在着这样或那样的不足之处，或结构太复杂，或工艺性太差，或为非整体式结构而致总体刚性太低，或面对轴承的温升毫无办法，或必须配备两套液压系统，或只能单向旋转而不能双向旋转，或间隙不能调整或不能精细调整，或只能做成动压轴承而无法做成动静压轴承。

发明内容

[0005] 针对全液体滑动轴承现有技术的不足，本发明提出一种结构简单、工艺性好、具散热功能、可以双向旋转并且可以对间隙作精细调整的动静压轴承。

[0006] 本发明所采用的技术方案是：在一个薄壁圆筒外壁上于周向均布的数处同时对圆筒施加相同的力，使薄壁圆筒产生有规则的弹性变形，变形后的形状与其内切圆之间会形成数个月牙形。将这种方式形成的月牙形来作为轴承的动压油腔，不单其形状在收敛状油腔中是再完美不过的了，而且，它还彻底地避免了在圆孔内部加工各种凹腔的工艺问题。在薄壁圆筒的两端再加上端盖，使月牙形油腔不单可以作为动压油腔，还可作为静压油腔。两端盖之间以支架螺栓联结，形成轴承的骨架。利用斜楔原理来实现薄壁圆筒的弹性变形。具体的做法是：动静压轴承采用装配式结构，主要由一个前端盖、一个轴套、一个后端盖、数个轴套变形驱动机构和数个支架螺栓组成，其中，前端盖、后端盖与支架螺栓构成动静压轴承的骨架，同时，前端盖与后端盖配合变形后的轴套还起到静压油腔的作用；数个轴套变形驱动机构沿周向均布，通过轮流交错的方式逐步调整各个轴套变形驱动机构，可以迫使轴套在其周向并在其全长上同步均匀地变形，从而在轴套与主轴轴颈之间形成数个月牙形收敛状动压油腔。轴套的内壁在变形前为一个完美的圆柱面，其外壁上设有散热翅片并沿轴向在全长上开有数条底面与轴心线成一定角度的沟槽。轴套变形驱动机构由斜楔块、调整螺钉和压缩弹簧所组成，旋转调整螺钉可以使斜楔块作轴向移动，从而使轴套产生弹性变形，压缩弹簧可以帮助斜楔块在使轴套松弛时更容易到位。动静压轴承内部的油路为压力油从月牙状油腔的一端注入，通过月牙状油腔的另一端位于轴套上的小孔流出油腔到达轴套的外壁，然后流经轴套外壁上的散热翅片的全长后排出。

[0007] 本发明的有益效果是：1.结构简单，利用材料的弹性变形就获得了形状最完美的收敛状动压油腔；2.工艺性好，无任何内孔的复杂加工；3.无需设置外加节流器；4.只需一套独立的液压系统，系统设定两种压力值，在主轴转速低于某定值时，液压系统输出高压，这时，轴承主要以静压轴承的方式工作，当主轴转速到达或高于该定值时，液压系统输出常压，这时，轴承主要以动压轴承的方式工作，这样，既可以保证主轴在低转速或无转速时的安全，又可以减少液压系统的温升，降低系统的能耗；5.因为轴承与主轴轴颈无接触，因此，无需在轴套内壁衬有巴氏合金等材料；6.因为动压油腔的面积比较大，因此，在同等刚度要求的前提下，本发明所需的供油压力可以比较低；7.轴套外壁上散热翅片的设计以及轴承内部油路的设计，使本发明的轴承独一无二地具备了自身散热的功能，这对精度保持性要求特别高的、对轴承热变形非常敏感的那些应用场合特别有用，比如高精密的机床和测试设备；8.因为斜楔具有尺寸的缩放作用，斜楔块在轴向移动的距离反映到轴套在径向上的变形，尺寸会大大缩小，因此本发明可以非常轻松地实现对轴承与主轴轴径之间最小半径间隙的精细调整，这对主轴旋转精度要求特别高的那些应用场合比如高精密机床和测试设备特别有用；9.本发明根据轴径的大小改变油楔的数量，即可应用于各种大小的主轴上；改变前端盖、后端盖上轴向封油面的长度以及轴套上出油小孔的直径或数量就可以改变轴承的静压性能；在主轴轴径确定的情况下，改变轴套内圆的直径就可以调整月牙形空腔的楔形度等等，因此，本发明可以适应各种行业的不同的工况和不同的技术要求。

附图说明

[0008] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0009] 图1是本发明实施例当轴套处于松弛状态时的装配图。

[0010] 图2是本发明实施例当轴套处于收紧状态时的装配图。

[0011] 图中1.前端盖，2.支架螺栓，3.调整螺钉，4.压缩弹簧，5.轴套，6.斜楔块，7.后端盖，8.周向定位销。

具体实施方式

[0012] 本发明实施例选用四油楔动静压轴承作为示例对象，轴颈直径为60mm，附图比例为1∶1。图1为轴套(5)松弛时的状态，图2为轴套(5)收紧时的状态。

[0013] 动静压轴承主要由前端盖(1)、轴套(5)、后端盖(7)、支架螺栓(2)、调整螺钉(3)和斜楔块(6)组成。前端盖(1)、后端盖(7)与支架螺栓(2)构成动静压轴承的骨架。控制支架螺栓(2)两肩部间距离跟轴套(5)长度的配合，确保轴套(5)刚好可以在前端盖(1)和后端盖(7)之间移动。轴套(5)的内壁是一个完美的圆柱面，其外壁上开有四条均布的沟槽，沟槽的两侧面与轴心线平行，沟槽的底面与轴心线成一定的角度。在轴套(5)的外壁上还设有散热翅片。在轴套(5)外壁上的沟槽内设有由斜楔块(6)、调整螺钉(3)和压缩弹簧(4)组成的轴套变形驱动机构。采用轮流交错的方式逐步旋转四个调整螺钉(3)，使四个斜楔块(6)轮流交错地作轴向移动，斜楔块(6)作轴向移动的力根据斜楔原理径向作用在轴套(5)外壁沟槽的底面，从而使轴套(5)产生均匀的弹性变形。变形后的轴套(5)与主轴轴颈之间形成四个月牙形的空腔。调整螺钉(3)在收紧轴套(5)的同时也在压缩弹簧(4)上施力，因此，当借助调整螺钉(3)松弛轴套(5)时，除了调整螺钉(3)以及轴套(5)的回弹会在斜楔块(6)上施力之外，压缩弹簧(4)也会帮助斜楔块(6)更容易到位。前端盖(1)和后端盖(7)的外圆为轴承安装的基础，故它们的公差等级宜取h5。前端盖(1)和后端盖(7)的内孔是轴承在静压运行状态时的轴向封油面，因此该两孔与主轴轴颈之间应当留有适当的间隙。润滑油从后端盖(7)的进油孔通过环槽流入四个月牙形空腔，再通过月牙形空腔的另一端(即靠近前端盖(1)处的那端)的位于轴套(5)上的八个出油小孔流出月牙形空腔，到达轴套(5)的外壁，然后再流经轴套(5)外壁上的散热翅片的全长后从排油孔排出。轴套(5)上的八个出油小孔在轴承以静压运行方式工作时还作为静压油腔的后阻抗。也就是说，当轴承需要以静压轴承状态运行时，四个月牙形空腔配合前端盖(1)和后端盖(7)上的轴向封油面以及轴套(5)上八个出油小孔形成的后阻抗即刻可以起到静压油腔的作用。调整螺钉(3)为M6，螺距为1mm，斜楔块(6)的斜度为1∶6，就算最后精细调整时每次旋转调整螺钉(3)的角度为1°，则每次精细调整时，轴套(5)在半径上的变形尺寸为由此可以看出，本发明可以非常轻松地对轴承与主轴轴径之间的最小半径间隙实现精细调整。