CN102145475A - 具有双转子静压轴承结构的磨球机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双转子静压轴承结构的磨球机，包括机架和下研磨盘，所述下研磨盘包括内盘、内盘主轴、外盘、外盘主轴和固定于机架上的外盘主轴轴承座，所述内盘主轴与内盘固接，所述外盘主轴与外盘固接，所述内盘套设于外盘内，所述内盘主轴套设于外盘主轴内，所述外盘主轴套设于外盘主轴轴承座内，所述内盘主轴与外盘主轴之间设有内盘液体静压轴承，所述外盘主轴与外盘主轴轴承座之间设有外盘液体静压轴承。该具有双转子静压轴承结构的磨球机具有回转精度高，非常适合于精密、超精密磨削加工，结构简单紧凑，拆装方便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及磨球机，尤其涉及具有双转子静压轴承结构的磨球机。
背景技术
高精度球是圆度仪、陀螺、轴承和精密测量中的重要元件，需求量巨大，广泛应用于精密机械、航空航天、军事国防、石油化工等领域，在精密设备和精密加工中具有十分重要的地位。双自转研磨盘高精密球体研磨机采用国内外独创的双自转成球运动方式，实现高精度球球坯表面的均匀研磨、抛光，加工精度、加工效率和加工一致性高，且结构简单，加工、装配的精度要求低。精密球体研磨机的主轴作为核心功能部件，其性能的高低直接影响到精密球体研磨机的整体水平，而主轴轴承对机床的平稳运行有着重要的影响。
目前，应用于双自转研磨盘精密球体研磨机主轴的轴承主要为滚动轴承。滚动轴承具有速度高、结构简单、可批量生产、维修时可以整体更换等优点，但存在两个固有的不足：一是由于滚动轴承是在接触状态下长期连续旋转工作，不可避免的存在摩擦磨损和疲劳磨损，使用寿命较短，轴承磨损后，必须拆开主轴进行维修或更换轴承，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，维修或更换轴承需要花费很多时间和成本，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承的高精密球双自转研磨盘精密球体研磨机主轴不适用于加工精度与加工效率、加工一致性要求更高的超精密加工。
液体静压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，因此采用液体静压轴承作为支承的机械制造设备主轴刚性好、回转精度高，非常适合于作为精密超精密磨削设备的主轴部件。但由于研磨机独特的双自转研磨盘结构，导致采用液体静压轴承作为支承时存在以下几个问题，1、静压轴承布局困难；2、供回油路难以形成；3、需要经过回转间隙向内圈供油，导致油压不能有效传递到内轴承；4、磨球机主轴均为竖直布置，润滑油比较容易从下端泄出，油的泄漏问题难以解决。
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，提供一种回转精度高，非常适合于精密、超精密磨削加工，结构简单紧凑，拆装方便的具有双转子静压轴承结构的磨球机。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种具有双转子静压轴承结构的磨球机，包括机架和下研磨盘，所述下研磨盘包括内盘、内盘主轴、外盘、外盘主轴和固定于机架上的外盘主轴轴承座，所述内盘主轴与内盘固接，所述外盘主轴与外盘固接，所述内盘套设于外盘内，所述内盘主轴套设于外盘主轴内，所述外盘主轴套设于外盘主轴轴承座内，所述内盘主轴与外盘主轴之间设有内盘液体静压轴承，所述外盘主轴与外盘主轴轴承座之间设有外盘液体静压轴承。
所述内盘液体静压轴承与内盘主轴相接的面上、于内盘液体静压轴承两端设有内径向静压油腔，所述外盘液体静压轴承与外盘主轴相接的面上、于外盘液体静压轴承两端设有外径向静压油腔。
所述内盘主轴上设有内盘止推轴肩，内盘液体静压轴承靠近内盘止推轴肩的一端设有内盘液体静压止推轴承，所述外盘主轴上设有外盘止推轴肩，外盘液体静压轴承靠近外盘止推轴肩的一端设有外盘液体静压止推轴承。
所述内盘液体静压止推轴承与内盘止推轴肩相接的面上设有内止推静压环槽，所述外盘液体静压止推轴承与外盘止推轴肩相接的面上设有外止推静压环槽。
所述外盘主轴轴承座连有进油管，外盘主轴轴承座上开设有与进油管连通的轴向分油孔，所述外盘液体静压轴承上设有外径向节流器，所述外径向节流器一端与轴向分油孔连通，外径向节流器另一端与外径向静压油腔连通，所述外盘液体静压止推轴承上设有外止推节流器，所述外止推节流器一端与轴向分油孔连通，外止推节流器另一端与外止推静压环槽连通。
所述外盘主轴轴承座、外盘液体静压轴承和外盘主轴上开设有相互连通的径向进油孔，所述外盘主轴上开设有与径向进油孔连通的轴向进油孔，所述内盘液体静压轴承上设有内径向节流器，所述内径向节流器一端与径向进油孔连通，内径向节流器另一端与内径向静压油腔连通，所述内盘液体静压止推轴承上设有内止推节流器，所述内止推节流器一端与轴向进油孔连通，内止推节流器另一端与内止推静压环槽连通。
所述外盘主轴轴承座上开设有轴向泄油孔，所述内径向静压油腔的两侧、外径向静压油腔的两侧、内止推静压环槽的两侧和外止推静压环槽的两侧均设有泄油槽，所述泄油槽经泄油管路与轴向泄油孔连通，所述外盘主轴轴承座装设有与轴向泄油孔连通的泄油管。
所述外盘主轴轴承座与外盘液体静压轴承之间、所述外盘液体静压轴承与外盘主轴之间、所述外盘主轴与内盘液体静压轴承之间以及所述内盘液体静压轴承与内盘主轴之间均设有相互连通的气密封环槽，所述外盘主轴轴承座上设有径向进气孔，所述径向进气孔连有气密封供气管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的具有双转子静压轴承结构的磨球机，采用液体静压轴承作为内盘主轴和外盘主轴的径向支撑，承载能力强、润滑介质具有阻尼减振和“均化”误差的作用，使主轴刚性好、回转精度高，非常适合于精密、超精密磨削加工；同时，双转子液体静压轴承布置合理、结构简单紧凑，不仅拆装快捷、检修方便，而且便于供油、回油以及对油路的密封。本发明进一步可通过两个内径向静压油腔内的压力油对内盘主轴径向支撑、通过两个外径向静压油腔内的压力油对外盘主轴径向支撑，确保内盘主轴和外盘主轴运转平稳，保证其回转精度；同时，两个内径向静压油腔均设在一件内盘液体静压轴承上、两个外径向静压油腔均设在一件外盘液体静压轴承上，加工、安装方便，便于保证同轴度。本发明可将止推轴承与径向轴承设为一体结构，安装、加工方便，可降低生产成本，提高生产效率。本发明还可在静压油腔和静压环槽的进油端安装节流器，从进油管进入的润滑油经各节流器节流后进入对应的静压油腔和静压环槽，可增大静压油腔和静压环槽中的油压，并在工作时保持静压油腔和静压环槽的油压稳定，为内盘主轴和外盘主轴的运转提供平稳、可靠的支撑。本发明还可设置气密封环槽，达到有效防止润滑油泄漏的目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的下研磨盘的放大结构示意图；
图3是图2中I处的放大图。
图中各标号表示：
1、机架；2、上研磨盘；3、下研磨盘；4、进油管；5、径向进油孔；6、轴向进油孔；7、轴向泄油孔；8、泄油槽；9、泄油管；10、气密封环槽；11、气密封供气管；301、内盘；302、内盘主轴；303、外盘；304、外盘主轴；305、外盘主轴轴承座；306、内盘液体静压轴承；307、外盘液体静压轴承；308、内盘止推轴肩；309、内盘液体静压止推轴承；310、外盘止推轴肩；311、外盘液体静压止推轴承；3051、轴向分油孔；3052、径向进气孔；3061、内径向静压油腔；3062、内径向节流器；3071、外径向静压油腔；3072、外径向节流器；3091、内止推静压环槽；3092、内止推节流器；3111、外止推静压环槽；3112、外止推节流器。
具体实施方式
图1、图2和图3示出了本发明的一种具有双转子静压轴承结构的磨球机实施例，该磨球机包括机架1和下研磨盘3，下研磨盘3包括内盘301、内盘主轴302、外盘303、外盘主轴304和固定于机架1上的外盘主轴轴承座305，内盘主轴302与内盘301固接，外盘主轴304与外盘303固接，内盘301套设于外盘303内，内盘主轴302套设于外盘主轴304内，外盘主轴304套设于外盘主轴轴承座305内，内盘主轴302与外盘主轴304之间设有内盘液体静压轴承306，外盘主轴304与外盘主轴轴承座305之间设有外盘液体静压轴承307。本发明的具有双转子静压轴承结构的磨球机，采用液体静压轴承作为内盘主轴302和外盘主轴304的径向支撑，承载能力强、润滑介质具有阻尼减振和“均化”误差的作用，使主轴刚性好、回转精度高，非常适合于精密、超精密磨削加工；同时，双转子液体静压轴承布置合理、结构简单紧凑，不仅拆装快捷、检修方便，而且便于供油、回油以及对油路的密封。
本实施例中，内盘液体静压轴承306与内盘主轴302相接的面上、于内盘液体静压轴承306两端设有内径向静压油腔3061，外盘液体静压轴承307与外盘主轴304相接的面上、于外盘液体静压轴承307两端设有外径向静压油腔3071，通过两个内径向静压油腔3061内的压力油对内盘主轴302径向支撑、通过两个外径向静压油腔3071内的压力油对外盘主轴304径向支撑，确保内盘主轴302和外盘主轴304运转平稳，保正其回转精度；同时，两个内径向静压油腔3061均设在一件内盘液体静压轴承306上、两个外径向静压油腔3071均设在一件外盘液体静压轴承307上，加工方便、便于保证其同轴度，也使得安装更加方便。内盘主轴302上设有内盘止推轴肩308，内盘液体静压轴承306靠近内盘止推轴肩308的一端设有内盘液体静压止推轴承309，外盘主轴304上设有外盘止推轴肩310，外盘液体静压轴承307靠近外盘止推轴肩310的一端设有外盘液体静压止推轴承311，内盘液体静压止推轴承309与内盘止推轴肩308相接的面上设有内止推静压环槽3091，外盘液体静压止推轴承311与外盘止推轴肩310相接的面上设有外止推静压环槽3111，止推轴承与径向轴承为一体结构，安装、加工方便，可降低生产成本，提高生产效率。
本实施例中，外盘主轴轴承座305连有进油管4，外盘主轴轴承座305上开设有与进油管4连通的轴向分油孔3051，外盘液体静压轴承307上设有外径向节流器3072，外径向节流器3072一端与轴向分油孔3051连通，外径向节流器3072另一端与外径向静压油腔3071连通，外盘液体静压止推轴承311上设有外止推节流器3112，外止推节流器3112一端与轴向分油孔3051连通，外止推节流器3112另一端与外止推静压环槽3111连通；外盘主轴轴承座305、外盘液体静压轴承307和外盘主轴304上开设有相互连通的径向进油孔5，外盘主轴304上开设有与径向进油孔5连通的轴向进油孔6，内盘液体静压轴承306上设有内径向节流器3062，内径向节流器3062一端与径向进油孔5连通，内径向节流器3062另一端与内径向静压油腔3061连通，内盘液体静压止推轴承309上设有内止推节流器3092，内止推节流器3092一端与轴向进油孔6连通，内止推节流器3092另一端与内止推静压环槽3091连通。从进油管4进入的润滑油经各节流器节流后进入对应的静压油腔和静压环槽，形成动力润滑油膜，通过节流器可增大静压油腔和静压环槽中的油压，并在工作时保持静压油腔和静压环槽的油压稳定，为内盘主轴302和外盘主轴304的运转提供平稳、可靠的支撑。
本实施例中，外盘主轴轴承座305上开设有轴向泄油孔7，内径向静压油腔3061的两侧、外径向静压油腔3071的两侧、内止推静压环槽3091的两侧和外止推静压环槽3111的两侧均设有泄油槽8，泄油槽8经泄油管路与轴向泄油孔7连通，外盘主轴轴承座305装设有与轴向泄油孔7连通的泄油管9，经各静压油腔和静压环槽两端泄出的润滑油通过对应的泄油槽8汇集到轴向泄油孔7，再通过泄油管9集中排出。
本实施例中，外盘主轴轴承座305与外盘液体静压轴承307之间、外盘液体静压轴承307与外盘主轴304之间、外盘主轴304与内盘液体静压轴承306之间以及内盘液体静压轴承306与内盘主轴302之间均设有相互连通的气密封环槽10，这些气密封环槽10均靠下端设置，外盘主轴轴承座305上设有径向进气孔3052，径向进气孔3052连有气密封供气管11。由于内盘主轴302和外盘主轴304均为竖直布置，润滑油比较容易从下端泄出，通过设置气密封环槽10可有效防止润滑油的泄漏。
本发明的具有双转子静压轴承结构的磨球机，工作时由两个皮带轮分别经内盘主轴302和外盘主轴304带动内盘301和外盘303旋转，并使内盘301的转速与外盘303的转速存在一定的速度差，由于内盘主轴302和外盘主轴304通过静压轴承支撑，其回转精度高，加工出的球体精度也很高，完全满足精密、超精密加工的要求。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1. 一种具有双转子静压轴承结构的磨球机，包括机架（1）和下研磨盘（3），所述下研磨盘（3）包括内盘（301）、内盘主轴（302）、外盘（303）、外盘主轴（304）和固定于机架（1）上的外盘主轴轴承座（305），所述内盘主轴（302）与内盘（301）固接，所述外盘主轴（304）与外盘固接，所述内盘（301）套设于外盘（303）内，所述内盘主轴（302）套设于外盘主轴（304）内，所述外盘主轴（304）套设于外盘主轴轴承座（305）内，其特征在于：所述内盘主轴（302）与外盘主轴（304）之间设有内盘液体静压轴承（306），所述外盘主轴（304）与外盘主轴轴承座（305）之间设有外盘液体静压轴承（307）。
2. 根据权利要求1所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述内盘液体静压轴承（306）与内盘主轴（302）相接的面上、于内盘液体静压轴承（306）两端设有内径向静压油腔（3061），所述外盘液体静压轴承（307）与外盘主轴（304）相接的面上、于外盘液体静压轴承（307）两端设有外径向静压油腔（3071）。
3. 根据权利要求2所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述内盘主轴（302）上设有内盘止推轴肩（308），内盘液体静压轴承（306）靠近内盘止推轴肩（308）的一端设有内盘液体静压止推轴承（309），所述外盘主轴（304）上设有外盘止推轴肩（310），外盘液体静压轴承（307）靠近外盘止推轴肩（310）的一端设有外盘液体静压止推轴承（311）。
4. 根据权利要求3所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述内盘液体静压止推轴承（309）与内盘止推轴肩（308）相接的面上设有内止推静压环槽（3091），所述外盘液体静压止推轴承（311）与外盘止推轴肩（310）相接的面上设有外止推静压环槽（3111）。
5. 根据权利要求4所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述外盘主轴轴承座（305）连有进油管（4），外盘主轴轴承座（305）上开设有与进油管（4）连通的轴向分油孔（3051），所述外盘液体静压轴承（307）上设有外径向节流器（3072），所述外径向节流器（3072）一端与轴向分油孔（3051）连通，外径向节流器（3072）另一端与外径向静压油腔（3071）连通，所述外盘液体静压止推轴承（311）上设有外止推节流器（3112），所述外止推节流器（3112）一端与轴向分油孔（3051）连通，外止推节流器（3112）另一端与外止推静压环槽（3111）连通。
6. 根据权利要求5所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述外盘主轴轴承座（305）、外盘液体静压轴承（307）和外盘主轴（304）上开设有相互连通的径向进油孔（5），所述外盘主轴（304）上开设有与径向进油孔（5）连通的轴向进油孔（6），所述内盘液体静压轴承（306）上设有内径向节流器（3062），所述内径向节流器（3062）一端与径向进油孔（5）连通，内径向节流器（3062）另一端与内径向静压油腔（3061）连通，所述内盘液体静压止推轴承（309）上设有内止推节流器（3092），所述内止推节流器（3092）一端与轴向进油孔（6）连通，内止推节流器（3092）另一端与内止推静压环槽（3091）连通。
7. 根据权利要求6所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述外盘主轴轴承座（305）上开设有轴向泄油孔（7），所述内径向静压油腔（3061）的两侧、外径向静压油腔（3071）的两侧、内止推静压环槽（3091）的两侧和外止推静压环槽（3111）的两侧均设有泄油槽（8），所述泄油槽（8）经泄油管路与轴向泄油孔（7）连通，所述外盘主轴轴承座（305）装设有与轴向泄油孔（7）连通的泄油管（9）。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的具有双转子静压轴承结构的磨球机，其特征在于：所述外盘主轴轴承座（305）与外盘液体静压轴承（307）之间、所述外盘液体静压轴承（307）与外盘主轴（304）之间、所述外盘主轴（304）与内盘液体静压轴承（306）之间以及所述内盘液体静压轴承（306）与内盘主轴（302）之间均设有相互连通的气密封环槽（10），所述外盘主轴轴承座（305）上设有径向进气孔（3052），所述径向进气孔（3052）连有气密封供气管（11）。
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