CN102588436A

CN102588436A - 内置式可变节流器

Info

Publication number: CN102588436A
Application number: CN2012100324656A
Authority: CN
Inventors: 熊万里
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: CN102588436B

Abstract

一种内置式可变节流器，包括节流器座、节流柱和弹簧，节流器座设有阶梯状中心孔，阶梯状中心孔由大径孔、中径孔和小径孔组成，大径孔经中径孔与小径孔连通，节流柱由大径柱、中径柱和小径柱连接组成，节流柱装设于节流器座中，大径柱与大径孔紧密配合，大径柱顶端与大径孔内壁围成储油腔，中径柱与大径孔之间形成进油腔，节流柱上开设有与连通储油腔与进油腔的进油通道，中径柱与中径孔之间形成与进油腔连通的节流间隙，小径柱与中径孔之间形成集油腔，小径柱与小径孔紧密配合，小径柱上开设有与集油腔连通的输出通道，弹簧抵设于中径柱底端和中径孔底端之间。该内置式可变节流器结构简单紧凑，对外载荷的变化动态响应迅速。

Description

内置式可变节流器

技术领域

本发明涉及精密、超精密机床中液体静压、动静压轴承机床主轴用的节流器，尤其涉及内置式可变节流器。

背景技术

精密、超精密加工是航空航天光学元器件、国防装备关键零件以及高档民用装备关键零部件加工不可或缺的手段。精密、超精密加工主要依赖于精密、超精密机床。液体静压、动静压轴承机床主轴由于具有特有的“误差均化效应”、动压效应和阻尼减振效果，其回转精度远高于滚动轴承式主轴，其承载能力远高于气体静压主轴，因而在精密、超精密机床中获得了广泛应用。

液体静压、动静压轴承按照供油方式可分为定量供油和定压供油两种。采用定量供油的液体静压和动静压轴承主要应用于大型重载机床的主轴、工件轴、转台、导轨和丝杠等领域，其供油量大，能耗高，所配备的定量泵数量多，成本也高。目前，在量大面广的精密超精密机床领域，普遍采用定压供油的液体静压和动静压轴承。

采用定压供油的液体静压和动静压轴承，必需合理配备和使用节流器，才能使轴承的承载能力、刚性和精度得到有效发挥。目前液体静压和动静压轴承采用的节流器可分为固定节流器和可变节流器两种。

现有的固定节流方式有毛细管节流、小孔节流、环面缝隙节流（圆柱面、端面、锥面）和表面节流等。其共同的不足是，当油腔压力升高后，由于节流前后的压力差减小，导致进入油腔的油液减少，因而其承载能力和刚度的提升幅度很有限。

为了进一步提高液体静压和动静压轴承的承载能力，国内外同行采用了可变节流器，现有的可变节流方式有薄膜反馈节流、滑阀反馈节流和内表面反馈节流等。薄膜反馈节流和滑阀反馈节流的不足之处在于：（1）其节流器的结构尺寸大，只能外置于轴承体外，因而反馈油路较长，对外载荷的变化动态响应较慢，影响了动刚度的提高；（2）节流器尺寸大导致机床主轴占用的整体空间增大；（3）节流器都是分两路分别向对置的两个油腔供油，对置油腔的刚度同时受同一节流器参数的影响，参数选择不当时，很容易导致主轴系统的刚度不稳定，导致主轴无法正常工作。内表面反馈节流的不足之处在于：（1）需要占用轴承油腔内表面的面积，导致轴承轴向尺寸变大，对于内孔尺寸小的轴承，内表面节流很难加工；（2）由于增加了内表面的面积，导致主轴旋转时，内表面与油膜的剪切发热增加，轴承温升升高，不利于提高主轴的高速性能。

现有的液体静压、动静压轴承机床主轴所采用的节流方式由于存在上述缺陷，导致目前未能在机床上得到充分应用，未能实现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，提供一种结构简单紧凑，对外载荷的变化动态响应迅速的内置式可变节流器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种内置式可变节流器，包括节流器座、节流柱和弹簧，所述节流器座设有阶梯状中心孔，所述阶梯状中心孔由大径孔、中径孔和小径孔组成，所述大径孔经中径孔与小径孔连通，所述节流柱呈由大径柱、中径柱和小径柱连接组成的阶梯柱状，所述节流柱装设于所述节流器座中，所述大径柱与大径孔紧密配合，所述大径柱顶端与大径孔内壁围成储油腔，所述中径柱与大径孔之间形成进油腔，所述节流柱上开设有与连通储油腔与进油腔的进油通道，所述中径柱与中径孔之间形成与进油腔连通的节流间隙，所述小径柱与中径孔之间形成集油腔，所述小径柱与小径孔紧密配合，所述小径柱上开设有与集油腔连通的输出通道，所述弹簧抵设于中径柱底端和中径孔底端之间。

所述节流器座的外圆柱面上设有螺纹。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的内置式可变节流器在自适应调节时反馈油路短，对外载荷的变化动态响应迅速，有利于提高动刚度，增加轴承的刚度和运动精度。本发明的内置式可变节流器比薄膜反馈节流器和滑阀反馈节流器结构更加简单、紧凑、小巧，可直接安装于轴承体内，有利于缩减机床主轴占用的整体空间，并且装配工艺性好、便于系列化标准化生产、降低制造成本、维修更换方便；同时，由于内置式可变节流器结构紧凑小巧，因此可采用各轴承静压油腔单独配置一件内置式可变节流器的结构，使针对轴承静压油腔内的压力变化所作的自适应调节的精度更高，避免了现有技术中用一个节流器同时对两个对置的轴承静压油腔进行自适应调节而引起的主轴系统刚度不稳定的现象。本发明的内置式可变节流器相比于内表面反馈节流的结构，其结构更简单，加工更方便，并且不存在主轴旋转时油膜受剪切发热的现象，轴承温升低，有利于提高主轴的高速性能。

附图说明

图1是本发明的主剖视结构示意图。

图2是将本发明装设于液体静压轴承上的结构示意图。

图3是图2的A－A剖视图。

图中各标号表示：

1、节流器座；2、节流柱；3、弹簧；4、储油腔；5、进油腔；6、节流间隙；7、集油腔；8、输出通道；11、大径孔；12、中径孔；13、小径孔；21、大径柱；22、中径柱；23、小径柱；24、进油通道；91、供油油路；92、轴承静压油腔。

具体实施方式

图1示出了本发明的一种内置式可变节流器实施例，该内置式可变节流器包括节流器座1、节流柱2和弹簧3，节流器座1设有阶梯状中心孔，阶梯状中心孔由大径孔11、中径孔12和小径孔13组成，大径孔11经中径孔12与小径孔13连通，节流柱2呈由大径柱21、中径柱22和小径柱23连接组成的阶梯柱状，节流柱2装设于节流器座1中，大径柱21与大径孔11紧密配合，大径柱21顶端与大径孔11内壁围成储油腔4，中径柱22与大径孔11之间形成进油腔5，节流柱2上开设有连通储油腔4与进油腔5的进油通道24，该进油通道24由两个径向孔和一个轴向孔连接而成，中径柱22与中径孔12之间形成与进油腔5连通的节流间隙6，该节流间隙6呈环形柱状，小径柱23与中径孔12之间形成集油腔7，集油腔7与该节流间隙6连通，小径柱23与小径孔13紧密配合，小径柱23上开设有与集油腔7连通的输出通道8，该输出通道8由两个径向孔和一个轴向孔连接而成，弹簧3抵设于中径柱22底端和中径孔12底端之间，该弹簧3用于辅助节流柱2向大径柱21的一端回位。节流器座1的外圆柱面上设有螺纹，便于节流器座1的连接安装。

下面结合超精密机床中主轴的液体静压轴承，对本发明内置式可变节流器的工作原理作进一步说明：

如图2和图3所示，将本发明的内置式可变节流器装入超精密机床中主轴的液体静压轴承，使储油腔4与供油油路91连接，使输出通道8与轴承静压油腔92连接。供油油路91为储油腔4供油，供油油路91为轴承静压油腔92供油，从供油油路91输入的压力油经储油腔4、进油通道24均匀、快速的进入进油腔5，再经节流间隙6节流后进入集油腔7，经节流后的压力油在集油腔7内聚集后经小径柱23上的输出通道8输入轴承静压油腔92。本发明的内置式可变节流器可根据轴承静压油腔92内的压力变化进行自适应调节，当轴承静压油腔92内的压力升高时，节流柱2向大径柱21一端移动，环形柱状的节流间隙6在其轴向方向上的长度减小，节流液阻减小，使进入轴承静压油腔92的液体进一步增加；当轴承静压油腔92压力减小时，节流柱2向小径柱23一端移动，环形柱状的节流间隙6在其轴向方向上的长度增加，节流液阻增加，使进入轴承静压油腔92的液体进一步减少，由此可见，本发明的内置式可变节流器在自适应调节时反馈油路短，对外载荷的变化动态响应迅速，有利于提高动刚度，增加轴承的刚度和运动精度。本发明的内置式可变节流器比薄膜反馈节流器和滑阀反馈节流器结构更加简单、紧凑、小巧，可直接安装于轴承体内，有利于缩减机床主轴占用的整体空间，并且装配工艺性好、便于系列化标准化生产、降低制造成本、维修更换方便；同时，由于内置式可变节流器结构紧凑小巧，因此可采用各轴承静压油腔92单独配置一件内置式可变节流器的结构，使针对轴承静压油腔92内的压力变化所作的自适应调节的精度更高，避免了现有技术中用一个节流器同时对两个对置的轴承静压油腔92进行自适应调节而引起的主轴系统刚度不稳定的现象。本发明的内置式可变节流器相比于内表面反馈节流的结构，其结构更简单，加工更方便，并且不存在主轴旋转时油膜受剪切发热的现象，轴承温升低，有利于提高主轴的高速性能。

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

1.一种内置式可变节流器，其特征在于：包括节流器座（1）、节流柱（2）和弹簧（3），所述节流器座（1）设有阶梯状中心孔，所述阶梯状中心孔由大径孔（11）、中径孔（12）和小径孔（13）组成，所述大径孔（11）经中径孔（12）与小径孔（13）连通，所述节流柱（2）呈由大径柱（21）、中径柱（22）和小径柱（23）连接组成的阶梯柱状，所述节流柱（2）装设于所述节流器座（1）中，所述大径柱（21）与大径孔（11）紧密配合，所述大径柱（21）顶端与大径孔（11）内壁围成储油腔（4），所述中径柱（22）与大径孔（11）之间形成进油腔（5），所述节流柱（2）上开设有连通储油腔（4）与进油腔（5）的进油通道（24），所述中径柱（22）与中径孔（12）之间形成与进油腔（5）连通的节流间隙（6），所述小径柱（23）与中径孔（12）之间形成集油腔（7），所述小径柱（23）与小径孔（13）紧密配合，所述小径柱（23）上开设有与集油腔（7）连通的输出通道（8），所述弹簧（3）抵设于中径柱（22）底端和中径孔（12）底端之间。

2.根据权利要求1所述的内置式可变节流器，其特征在于：所述节流器座（1）的外圆柱面上设有螺纹。