CN101402175B - 高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，是在套设于轴承座内的轴承的内壁上设有轴承油腔，作为整个浮环轴承系统的外油腔，在套设于轴承内的浮环的内壁上设有浮环油腔，作为整个浮环轴承系统的内油腔，还设有轴承油腔供油油路和浮环油腔供油油路，所述轴承油腔供油油路依次经轴承座和轴承与轴承油腔连通，浮环油腔供油油路依次经轴承座、装设于轴承座端部的垫片和端盖、浮环与浮环油腔连通，轴承油腔两侧设有端泄环槽。该高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构具有可避免轴承内壁油腔中的高温油进入浮环油腔、可充分发挥浮环轴承高速性能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构。
背景技术
以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征的高速精密加工是当代四大先进制造技术之一，是继数控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术。高速精密加工机床不仅具有极高的生产效率，而且可显著地提高零件的加工精度和表面质量。高速精密机床的主轴作为核心功能部件，其性能的高低直接影响到高速精密加工机床的整体发展水平，而机床主轴的轴承对机床主轴的平稳运行有着重要的影响。
目前，应用于高速精密机床主轴的轴承主要有磁悬浮轴承、空气轴承、滚动轴承和液体滑动轴承。其中，磁悬浮轴承转速高，磨损小，但由于其控制系统复杂，造价高，其作为机床主轴的实用性受到限制。空气轴承具有转速高，磨损小，精度高的优点，但由于其刚度小，承载能力有限，只能用于微小切削力加工的小功率主轴上。滚动轴承是目前机床主轴的主要支撑结构，具有速度高、结构简单、可批量生产、维修时可以整体更换等优点，但是存在两个固有的不足：一是由于滚动轴承是在接触状态下高频率旋转工作，不可避免地存在摩擦磨损和疲劳磨损，使用寿命较短，工作一段时间之后，必须拆开主轴进行维修，并且主轴的维修及装配工艺复杂，对维修人员的水平要求很高，维修或更换主轴需要花费很多的时间和成本，对机床的生产作业效率造成不良影响；二是由于滚动轴承是依靠有限个滚动体的刚性接触提供承载力，在轴承内外滚道与滚珠接触到的地方应力很高，而没有接触到的地方应力较小，在圆周方向上必然存在着变形不均匀的现象，因此采用滚动轴承作为支撑的机床主轴不适用于对加工精度和表面光洁度要求非常高的场合，如精密磨床、精密镗床等。
液体滑动轴承由于承载能力强、润滑介质具有阻尼减振和“均化”误差的作用，因此采用液体滑动轴承作为支撑的机床主轴刚性好、回转精度高，非常适合于作为精密机床如精密磨床和精密镗床的主轴部件。但是液体滑动轴承存在着液体介质摩擦损耗高、轴承温升高等缺点，从而导致采用液体滑动轴承作为支撑的机床主轴的工作转速较低。
为克服液体滑动轴承的上述不足，人们进一步提出了采用浮环轴承的电主轴结构形式，主轴旋转时，浮环在液体摩擦力的带动下相对于轴承座也会旋转，此类电主轴可以在传统滑动轴承基础上进一步提高主轴的转速。
但是现有的浮环轴承高速主轴结构存在明显的不利情况。现有浮环油腔的油普遍采用直接由轴承油腔供油的方式，或虽考虑独立供油但没有避免外层高温油流的混入影响。由于外层油腔的油在主轴高速旋转状态下已经有较高的温升，温度较高的油进入浮环油腔后，会导致主轴发热膨胀，可能发生“抱轴”事故；同时温度过高，会导致润滑油的黏度降低，从而降低主轴系统的刚度。这些缺点限制了高速性能的充分发挥。采用上述供油方式的浮环轴承高速主轴，由于存在上述缺陷，导致其目前未能在机床上得到充分应用，未能实现浮环轴承高速主轴作为单元功能部件的大批量生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种避免轴承油腔中的高温油进入浮环油腔、可充分发挥浮环轴承高速性能的高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，是在套设于轴承座内的轴承的内壁上设有轴承油腔，在套设于轴承内的浮环的内壁上设有浮环油腔，还设有轴承油腔供油油路和浮环油腔供油油路，所述轴承油腔供油油路依次经轴承座和轴承与轴承油腔连通，浮环油腔供油油路依次经轴承座、装设于轴承座端部的垫片和端盖、浮环与浮环油腔连通，轴承油腔两侧于轴承的内壁上分别设有端泄环槽。
所述轴承油腔供油油路包括设于轴承上的轴承油腔节流孔和第一轴承径向孔、以及设于轴承座上的、与外部供油油路连通的第一轴承座径向孔，所述第一轴承座径向孔与第一轴承径向孔的一端连通，第一轴承径向孔的另一端经轴承油腔节流孔与轴承油腔连通。
所述浮环油腔供油油路包括设于浮环上的浮环油腔节流孔和浮环轴向孔，设于端盖上的导油孔，设于垫片上的轴向通孔，以及设于轴承座上并与外部供油油路连通的轴承座轴向孔，所述轴承座轴向孔依次经轴向通孔、导油孔与浮环轴向孔的一端连通，浮环轴向孔的另一端经浮环油腔节流孔与浮环油腔连通。
于轴承座上设有与轴承座轴向孔连通的第二轴承座径向孔，于轴承上设有第二轴承径向孔、第一止推环进油孔和第一止推环静压环槽，第一止推环静压环槽设于轴承的端面上，所述第一止推环静压环槽与浮环的止推环相对，第二轴承径向孔一端与第二轴承座径向孔连通，另一端经第一止推环进油孔与第一止推环静压环槽连通，于端盖上设有第二止推环进油孔和第二止推环静压环槽，第二止推环静压环槽设于端盖的端面上，所述第二止推环静压环槽与浮环的止推环相对，第二止推环进油孔一端与导油孔连通，另一端与第二止推环静压环槽连通。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过分别设置独立的轴承油腔供油油路和浮环油腔供油油路，使两条供油油路完全分开，同时在轴承的内壁上于轴承油腔两端设置端泄环槽，保证从轴承油腔两端泄出的高温油及时经端泄环槽排出，避免高温油直接进入或端泄后混入浮环油腔，使浮环油腔内的油液在同等工况下温度相对降低，并使得主轴发热膨胀、发生“抱轴”事故的机率大大降低，在同等温升水平要求下可实现更高的运转速度；其整体结构简单合理、便于加工、制造成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A—A剖面视图；
图3是浮环的放大剖视图；
图4是图3的B—B剖面视图。
图中各标号表示：
1、端盖 2、垫片
3、浮环 4、轴承
5、轴承座 6、主轴
7、供油管 8、轴承油腔供油油路
9、浮环油腔供油油路 11、导油孔
12、第二止推环进油孔 13、第二止推环静压环槽
21、轴向通孔 31、浮环油腔
32、浮环油腔节流孔 33、浮环轴向孔
34、止推环 35、浮环进油环槽
41、轴承油腔 42、轴承油腔节流孔
43、第一轴承径向孔 44、第二轴承径向孔
45、第一止推环进油孔 46、第一止推环静压环槽
47、进油环槽 48、端泄环槽
51、第一轴承座径向孔 52、轴承座轴向孔
53、第二轴承座径向孔
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明的高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，它是在套设于轴承座5内的轴承4的内壁上设有轴承油腔41，作为整个浮环轴承系统的外油腔，在套设于轴承4内的浮环3的内壁上设有浮环油腔31，作为整个浮环轴承系统的内油腔，主轴6套设于浮环3内，轴承座5的端部装设有端盖1和垫片2，垫片2套设于浮环3的止推环34上，并位于端盖1和轴承座5之间，止推环34两侧的间隙可通过垫片2的厚度调整，同时还 设有轴承油腔供油油路8和浮环油腔供油油路9，轴承油腔供油油路8依次流经轴承座5和轴承4与轴承油腔41连通，浮环油腔供油油路9依次流经轴承座5、垫片2、端盖1和浮环3与浮环油腔31连通，轴承油腔41两侧于轴承4的内壁上分别设有端泄环槽48。本发明通过分别设置独立的轴承油腔供油油路8和浮环油腔供油油路9，使两条供油油路完全分开，同时在轴承4的内壁上于轴承油腔41两端设置端泄环槽48，保证从轴承油腔41两端泄出的高温油及时经端泄环槽48排出，避免高温油直接进入或端泄后混入浮环油腔31，使浮环油腔31内的油液在同等工况下温度相对降低，并使得主轴6发热膨胀、发生“抱轴”事故的机率大大降低，在同等温升水平要求下可实现更高的运转速度。
轴承油腔供油油路8包括设于轴承座5上的第一轴承座径向孔51，设于轴承4上的轴承油腔节流孔42、第一轴承径向孔43和设于轴承4外壁上的进油环槽47，轴承4上的轴承油腔节流孔42、第一轴承径向孔43和轴承油腔41各设有四个，且沿周向均匀布置。第一轴承座径向孔51一端与供油系统中的供油管7连通，另一端经轴承4外壁上的进油环槽47与各第一轴承径向孔43连通，各第一轴承径向孔43的另一端经一轴承油腔节流孔42与对应轴承油腔41连通。从供油管7输出的润滑油经第一轴承座径向孔51进入轴承4外壁上的进油环槽47，经进油环槽47分流后，进入各个第一轴承径向孔43，并经轴承油腔节流孔42节流后进入对应的各轴承油腔41中，形成外层动力润滑油膜；从轴承油腔41两端泄出的温度相对升高后的润滑油经端泄环槽48直接排出，使高温油不再混入浮环油腔31。
浮环油腔供油油路9包括设于轴承座5上的轴承座轴向孔52，设于垫片2上的轴向通孔21，设于端盖1上的导油孔11，设于浮环3上的浮环油腔节流孔32、浮环轴向孔33和浮环进油环槽35，浮环3上的浮环油腔节流孔32和浮环轴向孔33各设有四个，且沿周向均匀布置。轴承座轴向孔52一端与供油系统中的供油管7连通，另一端经轴向通孔21与导油孔11的一端连通，导油孔11的另一端经浮环进油环槽35与各浮环轴向孔33连通，浮环轴向孔33的另一端经浮环油腔节流孔32与浮环油腔31连通。从供油管7输出的润滑油进入轴承座轴向孔52，一部分依次经轴向通孔21、导油孔11进入浮环进油环槽35，经浮环进油环槽35分流后，进入各个浮环轴向孔33，并经浮环油腔节流孔32节流后进入对应的各浮环油腔31中，形成内层动力润滑油膜；从浮环油腔31两端泄出的润滑油分别经浮环内壁上的泄油槽和端盖1上的泄油槽排出。
轴承座5上设有与轴承座轴向孔52连通的第二轴承座径向孔53，轴承4上设有第二轴承径向孔44、第一止推环进油孔45和第一止推环静压环槽46，第一止推环静压环槽46设于轴承4与浮环3的止推环34相对的端面上，第二轴承径向孔44一端与第二轴承座径向孔53 连通，另一端经第一止推环进油孔45与第一止推环静压环槽46连通。从供油管7进入轴承座轴向孔52的润滑油，一部分依次经第二轴承座径向孔53、第二轴承径向孔44和第一止推环进油孔45进入第一止推环静压环槽46，在轴承4与止推环34之间形成油膜，从此工作面泄出的润滑油一部分经靠近止推环34的端泄环槽48泄出，另一部分经止推环34与垫片2之间的径向间隙泄出。端盖1上设有第二止推环进油孔12和第二止推环静压环槽13，第二止推环静压环槽13设于端盖1与浮环3的止推环34相对的端面上，在第二止推环静压环槽13和导油孔11的出口之间设有泄油槽，第二止推环进油孔12一端与导油孔11连通，另一端与第二止推环静压环槽13连通。从供油管7进入轴承座轴向孔52的润滑油经轴向通孔21进入导油孔11后，一部分经第二止推环进油孔12进入第二止推环静压环槽13，在端盖1与止推环34之间形成油膜，从此工作面泄出的润滑油从止推环34与垫片2之间的径向间隙泄出。
Claims (4)
1.一种高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，是在套设于轴承座(5)内的轴承(4)的内壁上设有轴承油腔(41)，在套设于轴承(4)内的浮环(3)的内壁上设有浮环油腔(31)，其特征在于还设有轴承油腔供油油路(8)和浮环油腔供油油路(9)，所述轴承油腔供油油路(8)依次经轴承座(5)和轴承(4)与轴承油腔(41)连通，浮环油腔供油油路(9)依次经轴承座(5)、装设于轴承座(5)端部的垫片(2)和端盖(1)、浮环(3)与浮环油腔(31)连通，轴承油腔(41)两侧于轴承(4)的内壁上分别设有端泄环槽(48)。
2.根据权利要求1所述的高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，其特征在于：所述轴承油腔供油油路(8)包括设于轴承(4)上的轴承油腔节流孔(42)和第一轴承径向孔(43)、以及设于轴承座(5)上的、与外部供油油路连通的第一轴承座径向孔(51)，所述第一轴承座径向孔(51)与第一轴承径向孔(43)的一端连通，第一轴承径向孔(43)的另一端经轴承油腔节流孔(42)与轴承油腔(41)连通。
3.根据权利要求1或2所述的高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，其特征在于：所述浮环油腔供油油路(9)包括设于浮环(3)上的浮环油腔节流孔(32)和浮环轴向孔(33)，设于端盖(1)上的导油孔(11)，设于垫片(2)上的轴向通孔(21)，以及设于轴承座(5)上并与外部供油油路连通的轴承座轴向孔(52)，所述轴承座轴向孔(52)依次经轴向通孔(21)、导油孔(11)与浮环轴向孔(33)的一端连通，浮环轴向孔(33)的另一端经浮环油腔节流孔(32)与浮环油腔(31)连通。
4.根据权利要求3所述的高速机床主轴浮环轴承内外油腔独立供油结构，其特征在于：于轴承座(5)上设有与轴承座轴向孔(52)连通的第二轴承座径向孔(53)，于轴承(4)上设有第二轴承径向孔(44)、第一止推环进油孔(45)和第一止推环静压环槽(46)，第一止推环静压环槽(46)设于轴承(4)的端面上，所述第一止推环静压环槽(46)与浮环(3)的止推环(34)相对，第二轴承径向孔(44)一端与第二轴承座径向孔(53)连通，另一端经第一止推环进油孔(45)与第一止推环静压环槽(46)连通，于端盖(1)上设有第二止推环进油孔(12)和第二止推环静压环槽(13)，第二止推环静压环槽(13)设于端盖(1)的端面上，所述第二止推环静压环槽(13)与浮环(3)的止推环(34)相对，第二止推环进油孔(12)一端与导油孔(11)连通，另一端与第二止推环静压环槽(13)连通。
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