CN101424584A - 组合油膜静压轴承式水平滑台 - Google Patents
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Abstract
一种组合油膜静压轴承式水平滑台，涉及电动振动试验台，其特征在于：在台面与台座之间设有一组油膜承载轴承和一组油膜导向轴承；油膜承载轴承由“T”形滑动导轨和“T”形导槽配合构成，以此在垂直方向和倾覆力矩方向形成油膜压力差动平衡的支撑结构；油膜导向轴承由矩形滑动导轨和矩形导槽配合构成，以此在水平方向形成油膜压力差动平衡的导向结构；各油膜承载轴承和各油膜导向轴承在水平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置。本方案能显著提高水平电动振动台负载能力以及抗倾覆能力和抗偏转力矩能力，可承受较大的倾覆力矩，防止水平滑台产生过大俯仰、偏转而损坏电动振动台和试件。
Description
技术领域
本发明涉及力学环境试验设备中的电动振动台，特别涉及电动振动台中用于从事水平方向振动试验的组合油膜静压轴承式水平滑台。
背景技术
水平滑台作为水平方向的滑动台体是电动振动台的辅助设备，用来在水平方向将电动振动台的运动传递给试件，或者在水平振动试验中支承试件，模拟水平方向的振动。现有典型的水平滑台主要由台面和台座两部分组成，台座相对地基固定，台面通过水平方向的滑动导向机构(如滑动导柱、滑动V形槽等)与台座连接。工作时油源向台面与台座之间提供润滑油，在静压油膜的作用下台面被浮起，而不与台座直接接触。油的表面张力可抑制台面垂直方向运动，而对水平方向的运动约束极小甚至可以忽略不计。导向机构限制台面只能沿水平方直线滑动，而不能横向运动。这种水平滑台只适用于小型台面(比如1.2m×1.2m)，而不适用于大型台面(比如3m×3m)。在使用中应严格保持振动台轴线与水平滑台对称轴线间的对称度和水平度，防止台面与台座之间直接接触，或者使振动台因受过量横向负载而损坏。安装负载时，要尽可能将其重心降低，并靠近台面中央位置，防止因产生过大倾覆力矩和偏转力矩而损坏振动台。这些缺点大大降低了水平滑台的实际负载能力以及水平电动振动台的使用效率，最终导致电动振动台的性能及寿命大幅下降。而且水平滑台内部分布有复杂的供油油路，不仅加工制造复杂，而且在维护修理时打新孔很容易破坏原有油路，造成使用时油液溢出，使整个台面损坏甚至于报废。如何才能避免这些现象，解决这些问题就是本专利研究的问题。
发明内容
本发明提供一种组合油膜静压轴承式水平滑台，其目的是要提高电动振动台在从事水平方向振动试验中的负载能力、抗倾覆能力以及抗偏转能力，在承受较大倾覆力矩时防止水平滑台产生过大俯仰、偏转而损坏电动振动台和试件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种组合油膜静压轴承式水平滑台，包括台面和台座，其创新在于：在台面与台座之间设有一组油膜承载轴承和一组油膜导向轴承；
所述油膜承载轴承由一个横截面为倒“T”形的“T”形滑动导轨和一个横截面为倒“T”形的“T”形导槽配合构成，其中，“T”形滑动导轨两肩上下两侧的两个水平面分别与T”形导槽两肩上下两侧对应的两个水平面间隙配合，并形成上下两个相互平行的配合面，这两个配合面的间隙中设有静压油膜，该静压油膜由设在“T”形导槽上的供油孔提供，以此在垂直方向和倾覆力矩方向形成油膜压力差动平衡的支撑结构；所述“T”形滑动导轨作为轴承的运动部件与台面固定连接，所述“T”形导槽作为轴承的供油支承座与台座固定连接；
所述油膜导向轴承由一个横截面为矩形的矩形滑动导轨和一个横截面为矩形的矩形导槽配合构成，其中，矩形滑动导轨左右两侧的两个垂直面分别与矩形导槽左右两侧对应的两个垂直面间隙配合，并形成左右两个相互平行的配合面，这两个配合面的间隙中设有静压油膜，该静压油膜由设在矩形导槽上的供油孔提供，以此在水平方向形成油膜压力差动平衡的导向结构；所述矩形滑动导轨作为轴承的运动部件与台面固定连接，所述矩形导槽作为轴承的供油导向座与台座固定连接；
所述一组油膜承载轴承在台座水平平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置；所述一组油膜导向轴承在台座水平平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置；每个油膜承载轴承和每个油膜导向轴承的滑动方向均平行于台面的滑动方向，而且每个油膜承载轴承和每个油膜导向轴承均布置在台座水平平面内的不同部位。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述“台面”和“台座”分别指水平滑台的水平直线滑动部件和支承滑动部件的座体。在工作状态下，台面位于上方，台座位于下方。台座相对地基固定，台面由振动台带动在台座上作水平方向的往复直线滑动。试件固定在台面上进行水平振动试验。
2、上述方案中，所述“T”形滑动导轨两肩是指T形结构两侧类似肩膀的部位。
3、上述方案中，所述“上下”、“左右”、“前后”、“水平”、“垂直”等方向和位置均为水平滑台处于使用或工作状态下的方位。
4、上述方案中，为了提高台座对台面的浮动支撑效果，减少摩擦阻力，在台面与台座之间还可以设有一组油膜浮动轴承，油膜浮动轴承由轴承座和台面底部的平面组成，轴承座顶部设有平台，平台上设有油槽，油槽中设有进油孔，轴承座与台座固定连接，平台与台面底部的平面间隙配合，并形成水平方向的配合面，该配合面的间隙中设有静压油膜，以此在垂直方向上形成油膜压力支撑的浮动结构；所述一组油膜浮动轴承在台座水平平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置，而且每个油膜浮动轴承、每个油膜承载轴承和每个油膜导向轴承均布置在台座水平平面内的不同部位。
本发明的设计构思和效果是：在水平滑台的台面与台座之间设计三种不同功能和类型的油膜静压轴承，即油膜承载轴承、油膜导向轴承和油膜浮动轴承，然后将这三种油膜轴承在台座水平平面内通过不同的组合和平面布局设计形成一种适用于水平滑台的新的油膜静压支撑结构。这种支撑结构能显著提高水平电动振动台负载能力以及抗倾覆能力和抗偏转力矩能力，可承受较大的倾覆力矩，防止水平滑台产生过大俯仰、偏转而损坏电动振动台和试件。其次这种支撑结构还具有很好的导向性能，能够较好保证振动传递的方向。另外，这些油膜静压轴承本身独立于水平滑台台面，具有很好的通用性和适应性，供油油路不再经过水平滑台，使安装调试较方便，维护保养过程更简单。
附图说明
附图1为本发明实施例1油膜静压轴承布置示意图；
附图2为本发明实施例油膜承载轴承结构示意图；
附图3为附图2的剖视图；
附图4为本发明实施例油膜导向轴承结构示意图；
附图5为附图4的剖视图；
附图6为油膜浮动轴承结构示意图；
附图7为本发明实施例安装示意图；
附图8为本发明实施例2油膜静压轴承布置示意图；
附图9为本发明实施例1油膜静压轴承的一种变化布置示意图；
附图10为本发明实施例3油膜静压轴承布置示意图；
附图11为本发明实施例4油膜静压轴承布置示意图；
附图12为本发明实施例5油膜静压轴承布置示意图；
附图13为本发明实施例6油膜静压轴承布置示意图。
以上附图中：1、“T”形导槽上层板；2、“T”形导槽中层板；3、“T”形导槽下层板；4、螺钉沉孔；5、“T”形滑动导轨上层板；6、“T”形滑动导轨上层板；7、连接螺钉；8、矩形导槽上层板；9、连接螺钉孔；10、矩形滑动导轨；11、矩形导槽下层板；12、连接螺钉沉孔；13、连接螺钉；14、轴承座；15、连接螺钉沉孔；16、台座；17、外部通油管路；18、台座挡油板；19～21、不等高定位杆；22、台面；23、油膜承载轴承；24、油膜导向轴承；25、油膜浮动轴承；26、静压油膜；27、静压油膜；28、油槽；29、平台；30、供油孔；31、连接螺栓；A、基准面；B、基准面；C、定位孔；E、基准面；F、基准面；D、定位孔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种组合油膜静压轴承式水平滑台
该水平滑台由台面22(见图7)、台座16和连接在台面22与台座16之间的油膜静压轴承三部分构成。其中，油膜静压轴承有油膜承载轴承23、油膜导向轴承24和油膜浮动轴承25三种类型。这三种类型的油膜静压轴承在台座16上的布置如图1所示(图1为拆除台面22的状态)，其中，五个油膜承载轴承23分别布置在台座16四个角部和中心位置，用于承受垂直方向负载和倾覆力矩；两个油膜导向轴承24一前一后布置，用于水平方向的直线滑动导向；两个油膜浮动轴承25一左一右布置，用于浮动支撑台面22，减少滑动摩擦。外部通油管路17用于连接供油通路，以便在油膜静压轴承内形成高压静压油膜。从图1中可以明显看出，由五个构成的一组油膜承载轴承23在台座16水平平面内以台座16中心为基点前后和左右均对称布置；由两个构成的一组油膜导向轴承24在台座16水平平面内以台座16中心为基点前后和左右均对称布置；由两个构成的一组油膜浮动轴承25在台座16水平平面内以台座16中心为基点前后和左右均对称布置。总共九个油膜静压轴承在台座16上形成3×3方阵排列布置，布局位置互不重叠。每个油膜承载轴承23和每个油膜导向轴承24的滑动方向均平行于台面的滑动方向(图1中箭头所示方向)。
如图2和图3所示，油膜承载轴承23由一个横截面为倒“T”形的“T”形滑动导轨和一个横截面为倒“T”形的“T”形导槽配合构成。“T”形导槽由“T”形导槽上层板1、“T”形导槽中层板2和“T”形导槽下层板叠加组合后再通过连接螺栓7固定连接形成。“T”形滑动导轨由“T”形滑动导轨上层板5和“T”形滑动导轨上层板6叠加组合后再通过连接螺栓31固定连接形成。“T”形滑动导轨两肩上下两侧的两个水平面分别与T”形导槽两肩上下两侧对应的两个水平面间隙配合，并形成上下两个相互平行的配合面。这两个配合面的间隙中设有静压油膜26，该静压油膜26由设在“T”形导槽上的供油孔(图中示画出)提供，以此在垂直方向和倾覆力矩方向形成油膜压力差动平衡的支撑结构。所述“T”形滑动导轨作为轴承的运动部件与台面22通过螺栓固定连接，所述“T”形导槽作为轴承的供油支承座与台座16通过螺栓固定连接。工作时，一定压力的液压油通过供油支承座中的供油孔(图中未画出)进入到间隙中，在“T”形滑动导轨和“T”形导槽之间形成一层刚性油膜，利用油膜刚度平衡垂直方向负载和倾覆力矩。
如图4和图5所示，油膜导向轴承24由一个横截面为矩形的矩形滑动导轨10和一个横截面为矩形的矩形导槽配合构成。矩形导槽由矩形导槽上层板8和矩形导槽下层板11通过连接螺钉13固定连接形成。矩形滑动导轨10左右两侧的两个垂直面分别与矩形导槽左右两侧对应的两个垂直面间隙配合，并形成左右两个相互平行的配合面。这两个配合面的间隙中设有静压油膜27，该静压油膜27由设在矩形导槽上的供油孔(图中示画出)提供，以此在水平方向形成油膜压力差动平衡的导向结构。所述矩形滑动导轨10作为轴承的运动部件与台面22通过连接螺钉孔9用螺栓固定连接，所述矩形导槽作为轴承的供油导向座与台座16通过连接螺钉沉孔12用螺栓固定连接。工作时，一定压力的液压油通过供油导向座中的供油孔进入到间隙中，在矩形滑动导轨10和矩形导槽之间形成一层刚性油膜，利用油膜刚度平衡侧向力，保证振动传递的方向。
如图6所示，油膜浮动轴承25由轴承座14和台面底部的平面组成，轴承座顶部设有平台29，平台29上设有油槽28，油槽28中设有供油孔30，轴承座14与台座16通过连接螺钉沉孔15用螺栓固定连接，平台29与台面22底部的平面间隙配合，并形成水平方向的配合面。该配合面的间隙中设有静压油膜(图中未画出)，以此在垂直方向上形成油膜压力支撑的浮动结构。工作时，轴承座14的平台29与台面22底部的平面存在比较小的间隙，一定压力的液压油通过供油孔30进入到间隙中，在平台29与台面22底部的平面之间形成一层刚性油膜，利用油膜刚度平衡垂直方向负载。
总之，水平滑台和试件往复运动时，油膜承载轴承23和油膜导向轴承24的滑动导轨和导槽之间产生振动方向的相对运动。油膜浮动轴承25的轴承座14和台面22之间产生振动方向的相对运动。由于高压油膜的存在，为纯液体摩擦，摩擦阻力很小，驱动功率损耗可以忽略不计，工作寿命长，可长期保持工作精度。由于本方案在台面22与台座16之间合理、科学的设计和布局了三种类型的油膜静压轴承，显著提高了水平电动振动台负载能力、导向精度以及抗倾覆能力，防止了水平滑台产生过大俯仰、偏转而损坏电动振动台和试件。而且所述三种类型的油膜静压轴承做为单独部件，布置灵活性大，可根据负载和抗倾覆力矩大小要求进行数量和分布位置的调整，具有很好的通用性和适应性。
本实施例中，由于有三种类型的油膜静压轴承在台面22与台座16之间合理布置，即使试件负载的重心比较高，或者没有靠近台面22的中央位置，该水平滑台都可以通过油膜静压轴承来抗倾覆力矩和抗偏转力矩消除其危害，而不会由于倾覆力矩或偏转力矩过大损坏振动台。假设单个油膜承载轴承23的抗倾覆力矩能力为T(牛顿·米)，油膜承载轴承23的数量为n，则由n个油膜承载轴承23所产生的抗倾覆力矩为ξnT(牛顿·米)。其中ξ为多个油膜承载轴承23组合使用时的组合系数。根据油膜承载轴承23的数量，可取0.5～1不等。在实际状况下，油膜导向轴承24一般成对使用。若单个油膜导向轴承24的抗偏转力矩能力为S(牛顿·米)，油膜导向轴承24的数量为n，则由n个油膜导向轴承24所产生的抗偏转力矩为λnS(牛顿·米)。其中λ为多个油膜导向轴承24组合使用时的组合系数。根据油膜导向轴承24的数量，可取0.6～0.9不等。使用时可根据负载倾覆力矩和偏转力矩的大小来初定油膜承载轴承23和油膜导向轴承24的数量，然后再根据沿台座16对称轴线均匀布置最终确定数量和布置方式。
本实施例中，所述的油膜承载轴承23和油膜导向轴承24的滑动导轨均相对台面22通过连接螺栓固定连接。由于水平滑台的台面22多为铝、镁等软金属，连接强度较低，所以需要通过增加螺纹衬套以提高台面22与滑动导轨的连接强度。
本实施例中，三种油膜静压轴承安装调整时都具有安装基准。如图2所示，油膜承载轴承23有A、B两个基准面，其中A基准面为油膜承载轴承23的“T”形导槽下层板3相对台座16通过连接螺栓固定连接之基准；B基准面和C定位孔为油膜承载轴承23“T”形滑动导轨上层板5相对台面22通过连接螺栓固定连接之基准。如图4所示，油膜导向轴承24有E、F两个基准面，其中F基准面为油膜导向轴承24的矩形导槽上层板8相对台座16通过连接螺栓固定连接之基准；E基准面和D定位孔为油膜导向轴承24的矩形滑动导轨10相对台面22通过连接螺栓固定连接之基准。由于滑动导轨为运动部件，安装时与台面22易产生相对位移。C定位孔和D定位孔主要用于多个油膜静压轴承同时安装的情况下，配合定位杆19～21进行所有油膜静压轴承整体的定位与安装，使安装调试较方便，维护保养过程更简单。所述定位杆19～21长度可使用不等高的杆件，如图7所示，在本实施例中装配时按从左至右顺序，由于左边的定位杆最高，首先第一排完成定位，接下来依次为第二排、第三排进行定位。若以最短的定位杆为基准长度，每一排的长度差最佳为台面22厚度加20mm。
当油膜静压轴承的数量较多，而且水平滑台承受比较大的倾覆力矩时，对台座16与地基的连接也有相应要求，其连接强度至少应该能够承受倾覆力矩，可通过台座16内填充混凝土来提高台座16自身重量，使其在大倾覆力矩作用下稳定性更高。安装填充有混凝土的台座16时，可在台座16边缘增加空气支撑，以减少大重量台座16对地基的冲击和损害。
本实施例中的油膜静压轴承由五个油膜承载轴承23、两个油膜导向轴承24和两个油膜浮动轴承25组成3×3方阵在台座16上排列布置，但其中两个油膜浮动轴承25不使用在理论上也是可行的，见图9所示。为了提高台座16对台面22的浮动支撑效果，减少摩擦阻力，使用两个油膜浮动轴承25效果更好。
实施例2：一种组合油膜静压轴承式水平滑台
如图8所示，该水平滑台由四个油膜承载轴承23和两个油膜导向轴承24组成2×3阵列在台座16上排列布置。关于油膜承载轴承23和油膜导向轴承24的结构及连接关系等相关信息与实施例1内容相同，这里不再重复描述。
实施例3：一种组合油膜静压轴承式水平滑台
如图10所示，该水平滑台由六个油膜承载轴承23、四个油膜导向轴承24和两个油膜浮动轴承25组成3×4阵列在台座16上排列布置。关于油膜承载轴承23、油膜导向轴承24和油膜浮动轴承25的结构及连接关系等相关信息与实施例1内容相同，这里不再重复描述。
实施例4：一种组合油膜静压轴承式水平滑台
如图11所示，该水平滑台由八个油膜承载轴承23、四个油膜导向轴承24和四个油膜浮动轴承25组成4×4阵列在台座16上排列布置。关于油膜承载轴承23、油膜导向轴承24和油膜浮动轴承25的结构及连接关系等相关信息与实施例1内容相同，这里不再重复描述。
实施例5：一种组合油膜静压轴承式水平滑台
如图12所示，该水平滑台由六个油膜承载轴承23、四个油膜导向轴承24和十个油膜浮动轴承25组成4×5阵列在台座16上排列布置。关于油膜承载轴承23、油膜导向轴承24和油膜浮动轴承25的结构及连接关系等相关信息与实施例1内容相同，这里不再重复描述。
实施例6：一种组合油膜静压轴承式水平滑台
如图13所示，该水平滑台由十三个油膜承载轴承23、六个油膜导向轴承24和六个油膜浮动轴承25组成5×5阵列在台座16上排列布置。关于油膜承载轴承23、油膜导向轴承24和油膜浮动轴承25的结构及连接关系等相关信息与实施例1内容相同，这里不再重复描述。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。比如油膜静压轴承在实施例中最多只给出5×5阵列，实际上可以根据需要设计成9×9阵列，甚至更多。
Claims (2)
1、一种组合油膜静压轴承式水平滑台，包括台面和台座，其特征在于：在台面与台座之间设有一组油膜承载轴承和一组油膜导向轴承；
所述油膜承载轴承由一个横截面为倒“T”形的“T”形滑动导轨和一个横截面为倒“T”形的“T”形导槽配合构成，其中，“T”形滑动导轨两肩上下两侧的两个水平面分别与T”形导槽两肩上下两侧对应的两个水平面间隙配合，并形成上下两个相互平行的配合面，这两个配合面的间隙中设有静压油膜，该静压油膜由设在“T”形导槽上的供油孔提供，以此在垂直方向和倾覆力矩方向形成油膜压力差动平衡的支撑结构；所述“T”形滑动导轨作为轴承的运动部件与台面固定连接，所述“T”形导槽作为轴承的供油支承座与台座固定连接；
所述油膜导向轴承由一个横截面为矩形的矩形滑动导轨和一个横截面为矩形的矩形导槽配合构成，其中，矩形滑动导轨左右两侧的两个垂直面分别与矩形导槽左右两侧对应的两个垂直面间隙配合，并形成左右两个相互平行的配合面，这两个配合面的间隙中设有静压油膜，该静压油膜由设在矩形导槽上的供油孔提供，以此在水平方向形成油膜压力差动平衡的导向结构；所述矩形滑动导轨作为轴承的运动部件与台面固定连接，所述矩形导槽作为轴承的供油导向座与台座固定连接；
所述一组油膜承载轴承在台座水平平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置；所述一组油膜导向轴承在台座水平平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置；每个油膜承载轴承和每个油膜导向轴承的滑动方向均平行于台面的滑动方向，而且每个油膜承载轴承和每个油膜导向轴承均布置在台座水平平面内的不同部位。
2、根据权利要求1所述的组合油膜静压轴承式水平滑台，其特征在于：在台面与台座之间还设有一组油膜浮动轴承，油膜浮动轴承由轴承座和台面底部的平面组成，轴承座顶部设有平台，平台上设有油槽，油槽中设有进油孔，轴承座与台座固定连接，平台与台面底部的平面间隙配合，并形成水平方向的配合面，该配合面的间隙中设有静压油膜，以此在垂直方向上形成油膜压力支撑的浮动结构；所述一组油膜浮动轴承在台座水平平面内以台座中心为基点前后和左右均对称布置，而且每个油膜浮动轴承、每个油膜承载轴承和每个油膜导向轴承均布置在台座水平平面内的不同部位。
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