CN101109409A - 用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承 - Google Patents

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本发明是一种用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承。包括有主轴(1)、轴承(2)，轴承(2)在与主轴(1)相对的表面设有若干静压油腔(12)，各静压油腔(12)分别通过轴承节流器(11)与各润滑点管路(3)连通，各润滑点管路(3)通过轴承总管路(4)与油－气两相流体润滑供给系统连接。本发明的润滑方式不同于油雾润滑和油气润滑两种形式，是所谓“亚油气润滑”。本发明可以避免在轴承内部产生气穴、气爆等不良现象，并且充分发挥油气润滑的优点。本发明可发展出综合高速、较高刚性、长寿命的新型轴承，进一步扩展静压动静压滑动轴承的应用领域，可在过去的常规气体润滑和液体润滑轴承之间开辟一种油气二相流混合润滑静压动静压轴承的新形式。

Description

用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承
技术领域：
本发明是一种用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，特别是一种采用了油-气两相流体润滑的静压、动静压轴承。属于静压、动静压轴承的改造技术。
背景技术：
目前，高速数控加工技术是实现优质、高效、低耗、柔性、环保加工的一项先进制造技术，高速数控机床是实现高速加工的先进制造装备，而高速数控机床的首要关键技术是高速大功率主轴，其中高速精密轴承是主轴的支承核心。目前，高速机床主轴轴承主要有陶瓷轴承、磁力轴承、静压动静压滑动轴承三个基本类型。静压动静压滑动轴承按润滑介质不同可分为空气润滑和液体润滑两种。空气润滑轴承的摩擦力很小，适合高速甚至超高速的工况条件，但气膜刚性较低，抗过载能力差，只能用于高速轻载机床主轴。而液体润滑轴承的油膜刚性和承载能力相对要大得多，实际应用范围比空气润滑轴承要宽，但液体轴承在高速运转时发热十分严重，摩擦发热极大的限制了主轴转速提高。
近年来，油气二相流润滑技术在许多行业得到越来越广泛的应用，油气二相流润滑技术目前主要有油雾润滑和油气润滑二种形式。油雾润滑装置以压缩空气作为动力，使油液雾化，即产生一种像烟雾一样的，粒度在5微米以下的干燥油雾，然后经管道将油雾和空气输送到润滑部位。工作后的空气及部分微小的油雾粒子，经过密封缝隙，或专设的排气孔排至大气。油雾润滑能大大减少由润滑问题所引起的机械摩擦部位的损坏。
油气润滑也是气液两相流体冷却润滑技术的典型应用，它利用压缩空气使微量的润滑油沿输送管道壁向前蠕动，将油输送到相对运动的摩擦面从而起到润滑作用，同时由于含有大量的气体，速度较高的气液两相流还可以带走大量摩擦热，又起到了冷却降温作用。并且在气液两相流中，液体与气体牢固地形成了气液两相膜。气液两相膜与单相气体膜相比，承载能力大大提高，气液两相膜的形成兼有流体动压和流体静压的双重作用。与前述的油雾润滑不同的是，这里的油-气润滑没有将油液进行雾化处理，而是利用压缩空气使微量的润滑油沿输送管道壁向前蠕动，分别连续不断地、精确地供给每个润滑点，微小油滴在润滑部位形成动压油膜，而空气则带走轴承运转所产生的部分热量。
之前有人研究过静压动静压轴承滑动轴承的气油润滑，但是在这些研究当中，都是油里含有少量气体的情况，主要是考虑气泡对整个轴承性能的影响。润滑油中含有气泡在传统看来是非常忌讳的，因为在轴承内部容易产生气穴、气爆等现象，这些现象对滑动轴承都是有害的。
发明内容：
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种采用在气体里注入少量润滑油的油气润滑方式的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承。本发明可以避免在轴承内部产生气穴、气爆等不良现象，并且充分发挥油气润滑的优点。
本发明的技术方案是：包括有主轴、轴承，轴承在与主轴相对的表面设有若干静压油腔，各静压油腔分别通过轴承节流器与各润滑点管路连通，各润滑点管路通过轴承总管路与油-气两相流体润滑供给系统连接。
上述油-气两相流体润滑供给系统包括有空气压缩机、空气压力调节阀、油液雾化混合阀、油液流量调节阀、润滑油箱、油气输送管道，其中空气压缩机的气体输出口通过空气压力调节阀及管道与油液雾化混合阀连接，润滑油箱通过油液流量调节阀及管道与油液雾化混合阀连接，油液雾化混合阀产生的油-气两相流体通过油气输送管道与轴承总管路连接，轴承总管路与各润滑点管路连接，各润滑点管路分别通过轴承节流器与各静压油腔连通。
上述油液雾化混合阀产生的油-气两相流体为油液雾化颗粒与气体均匀混合的两相流体。
上述油液雾化颗粒的尺寸为0.05-0.1mm。
上述轴承为形状是圆柱面的径向力轴承，或形状是平面的止推力轴承，或形状是圆锥面的径向推力轴承。
上述轴承与主轴之间有装配间隙，主轴与轴承之间的若干静压油腔的截面形状包括纵向深度大于其横向宽度的静压腔及横向宽度大于纵向深度的动压腔，动压腔的深度为上述装配间隙的十倍以内。
上述静压油腔的动压腔与静压腔联通，并且沿着主轴的前进方向分布。
上述静压油腔的数量为三个或四个或六个或者八个。
上述油-气两相流体中的油液根据轴承运行性能的需要选择不同油品牌号和粘度大小。
上述油-气两相流体根据轴承运行性能的需要选择不同的空气和油液混合比例。
本发明由于采用在气体里注入少量润滑油的油-气二相流对静压动静压滑动轴承进行混合润滑的结构，其润滑方式不同于油雾润滑和油气润滑两种形式，本发明采用的是所谓“亚油气润滑”。本发明可以避免在轴承内部产生气穴、气爆等不良现象，并且充分发挥油气润滑的优点。本发明可发展出综合高速、较高刚性、长寿命的新型轴承，进一步扩展静压动静压滑动轴承的应用领域，可在过去的常规气体润滑和液体润滑轴承之间开辟一种油气二相流混合润滑静压动静压轴承的新形式。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中主轴1的结构示意图；
图3为图1中A处本发明轴承油腔的结构示意图；
图4为图1中B处本发明油气输送管道的油颗粒输送示意图。
具体实施方式：
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，包括有主轴1、轴承2，其中轴承2在与主轴1相对的表面设有若干静压油腔12，各静压油腔12分别通过轴承节流器11与各润滑点管路3连通，各润滑点管路3通过轴承总管路4与油-气两相流体润滑供给系统连接。
本实施例中，上述油-气两相流体润滑供给系统包括有空气压缩机5、空气压力调节阀6、油液雾化混合阀7、油液流量调节阀8、润滑油箱9、油气输送管道10，其中空气压缩机5的气体输出口通过空气压力调节阀6及管道与油液雾化混合阀7连接，润滑油箱9通过油液流量调节阀8及管道与油液雾化混合阀7连接，油液雾化混合阀7产生的油-气两相流体通过油气输送管道10与轴承总管路4连接，轴承总管路4与各润滑点管路3连接，各润滑点管路3分别通过轴承节流器11与各静压油腔12连通。上述油液雾化混合阀7产生的油-气两相流体为油液雾化颗粒13与气体均匀混合的两相流体。上述油液雾化颗粒13的尺寸为0.05-0.1mm。本实施例中，上述油液雾化颗粒13的尺寸为0.08mm。上述油-气两相流体中的油液根据轴承运行性能的需要选择不同油品牌号和粘度大小。上述油-气两相流体根据轴承运行性能的需要选择不同的空气和油液混合比例。
上述轴承2形状是圆柱面的径向力轴承，或形状是平面的止推力轴承，或形状是圆锥面的径向推力轴承。本实施例中，上述轴承2为形状是圆柱面的径向力轴承。此外，上述轴承2与主轴1之间有装配间隙，主轴1与轴承2之间的若干静压油腔12的截面形状包括纵向深度大于其横向宽度的静压腔及横向宽度大于纵向深度的动压腔，动压腔的深度为上述装配间隙的十倍以内。上述静压油腔12的动压腔与静压腔联通，并且沿着主轴的前进方向分布。
上述静压油腔12的数量为三个或四个或六个或者八个。本实施例中，静压油腔12的数量四个。
本发明工作时，首先由空气压缩机5产生压力气体，经过空气压力调节阀6调节得到合适的气体压力，润滑油箱9内的润滑油通过油液流量调节阀8调节到所需要的流量大小，然后注入油液雾化混合阀7，在压力气体的作用下将油液雾化成所需要的颗粒13大小，并与气体均匀混合。油气润滑供给系统产生的油-气两相流体，通过油气输送管道10均匀的分送轴承总管路4以及各润滑点管路3，油气两相流体经过各节流器11进入静压油腔12。节流器11总成是各静压油腔的压力反馈元件，起到调节轴和各油腔之间油膜压力大小的作用，从而使轴获得承载能力。由于滑动轴承的润滑点多，不可能像传统意义的油气润滑，在每个润滑点进行点对点的润滑。但与油雾润滑不同的是，其油颗粒13的大小要大得多，尺寸达到0.05-0.1mm左右。由于油颗粒尺寸较大，容易在狭小的缝隙处聚集，从而在轴承动压面处形成压力油膜，起到油膜润滑的作用。

Claims (10)

1.一种用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，包括有主轴(1)、轴承(2)，其特征在于轴承(2)在与主轴(1)相对的表面设有若干静压油腔(12)，各静压油腔(12)分别通过轴承节流器(11)与各润滑点管路(3)连通，各润滑点管路(3)通过轴承总管路(4)与油-气两相流体润滑供给系统连接。
2.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述油-气两相流体润滑供给系统包括有空气压缩机(5)、空气压力调节阀(6)、油液雾化混合阀(7)、油液流量调节阀(8)、润滑油箱(9)、油气输送管道(10)，其中空气压缩机(5)的气体输出口通过空气压力调节阀(6)及管道与油液雾化混合阀(7)连接，润滑油箱(9)通过油液流量调节阀(8)及管道与油液雾化混合阀(7)连接，油液雾化混合阀(7)产生的油-气两相流体通过油气输送管道(10)与轴承总管路(4)连接，轴承总管路(4)与各润滑点管路(3)连接，各润滑点管路(3)分别通过轴承节流器(11)与各静压油腔(12)连通。
3.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述油液雾化混合阀(7)产生的油-气两相流体为油液雾化颗粒(13)与气体均匀混合的两相流体。
4.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述油液雾化颗粒(13)的尺寸为0.05-0.1mm。
5.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述轴承(2)为形状是圆柱面的径向力轴承，或形状是平面的止推力轴承，或形状是圆锥面的径向推力轴承。
6.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述轴承(2)与主轴(1)之间有装配间隙，主轴(1)与轴承(2)之间的若干静压油腔(12)的截面形状包括纵向深度大于其横向宽度的静压腔及横向宽度大于纵向深度的动压腔，动压腔的深度为上述装配间隙的十倍以内。
7.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述静压油腔(12)的动压腔与静压腔联通，并且沿着主轴的前进方向分布。
8.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述静压油腔(12)的数量为三个或四个或六个或者八个。
9.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述油-气两相流体中的油液根据轴承运行性能的需要选择不同油品牌号和粘度大小。
10.根据权利要求1所述的用于高速精密机床主轴上的静压、动静压轴承，其特征在于上述油-气两相流体根据轴承运行性能的需要选择不同的空气和油液混合比例。
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