CN103307105B - 一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承及其制作方法，本发明将轴承制作成圆筒形状，并在该圆筒形状的轴承的外圆柱面上对称制作出3～6个肋板，同时在圆筒形状的轴承的内孔中每个肋板的位置处都制作出一个凹坑式的静压腔，在轴承的内孔中每两个静压腔之间都制作出一个回油槽，轴承放入轴承套内，使轴承套对轴承上每个肋板进行挤压，使轴承的内孔发生变形而产生楔形动压腔，并在轴承套圆柱面上的对称方向上分别制作出冷却液入口和冷却液出口，使冷却液通过冷却液循环孔流进每两个肋板之间的空间对轴承进行冷却。本发明不仅具有转速高、工作稳定性好的优点，而且还具有磨损小、散热好、结构简单、造价低、使用寿命长等优点。

Description

一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承及其制作方法，属于轧辊磨床磨头主轴轴承技术领域。

背景技术

目前，轧辊磨床磨头主轴上采用的轴承有纯静压轴承、纯动压轴承以及动静压轴承，由于纯静压轴承需要一套大功率的供油系统，纯动压轴承在启动和停车时有摩擦产生，而动静压轴承兼有动压轴承和静压轴承的优点，并具有承载能力大，轴承刚度高，转速高，功耗低等优点，因而，动静压轴承在轧辊磨床磨头主轴上的应用最为广泛。目前在生产实际中，轧辊磨床磨头主轴广泛采用的动静压轴承是4油腔轴承，其中上腔、下腔、前腔3个腔为静压腔，后腔为动压腔，3个静压腔是人工在轴承上加工出来的，而后部的动压腔是利用主轴与轴承在相对运动过程中形成的，现有技术中的这种采用主轴与轴承在相对运动过程中形成动压腔的方式，是利用主轴有一定的重量，当主轴装配在轴承上时，两者间有一定的偏心，于是在轴承的后腔位置便形成了楔形间隙，也就是所谓的动压腔。现有技术中的这种结构的动静压轴承，虽然克服了纯静压轴承和纯动压轴承的缺点，当砂轮线速度为45m/s及以下时，采用现有的这种动静压轴承其轴与轴承间的旋转产生的热量还能够有效地散发出去，但是，当砂轮线速度超过45m/s时，所产生的热量超出了轴承散热的极限从而破坏了油膜，使轴和轴承发生了金属间的直接接触，该轴承会很快被烧坏。产生这样的现象其根本原因是现有技术中的这种动静压轴承本身的结构所致：现有的这种动静压轴承依靠主轴重量而使轴和轴承间形成的动压油膜的均化作用不强，且动压面过大，轴承散热效果不好，一旦轴和轴承间相对转速超过额定转速时，因热量的散发作用不够，动压油膜将会被破坏，因而，这种类型的动静压轴承只能应用于普通轧辊磨床上（砂轮线速度低于45m/s）而不适合用于高速轧辊磨床上（砂轮线速度高于45m/s而小于150m/s）。所以，现有的动静压轴承的使用效果还是不够理想。

发明内容

本发明的目的是：提供一种磨损小、散热好、转速高、并且结构简单、工作稳定性好、造价较低的高速轧辊磨床磨头的动静压轴承及其制作方法，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：本发明的一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法是，在制作能安装在轧辊磨床磨头主轴上的轴承时，先将轴承制作成圆筒形状，并在该圆筒形状的轴承的外圆柱面上对称制作出3～6个肋板，使每个肋板的表面为圆锥面形状，并使带有肋板的轴承能安装在轴承套的圆锥孔中，使肋板的圆锥面锥度与轴承套的圆锥孔锥度相同，同时在圆筒形状的轴承的内孔中每个肋板的位置处都制作出一个凹坑式的静压腔，在每个静压腔中都制作出一个通过肋板的通油孔，并在轴承的内孔中每两个静压腔之间都制作出一个回油槽，并在将轴承放入轴承套内，使轴承套的圆锥孔对轴承上每个肋板进行挤压，从而使轴承的内孔发生变形，同时使轴承上的每个通油孔都分别与轴承套上的进油孔相连通。

在将上述轧辊磨床磨头的主轴安装在轴承的内孔中时，在主轴与轴承的变形孔之间形成有楔形动压腔，该楔形动压腔分别形成在每个静压腔与回油槽之间。

在将上述轧辊磨床磨头的主轴安装在轴承后，并在通过电机带动主轴转动前，先通过供油系统向轴承套上的每个进油孔中输入润滑油，使该润滑油充满所有的静压腔和所有的楔形动压腔，这样即可在润滑油的压力作用下，使装在轴承中的主轴与轴承的内孔壁分开，使主轴悬浮在轴承中间，从而消除启动时主轴与轴承两金属面间的干摩擦；在此基础上，即可启动电机使主轴旋转，主轴在由楔形动压腔和静压腔所形成的油膜作用下与轴承不产生接触而转动。

在上述轴承套上制作有冷却液入口和冷却液出口,并且使冷却液入口和冷却液出口分别与轴承的不同的两个肋板之间所形成的空间连通，在轴承的每个肋板上都制作出能使肋板两边空间相互连通的冷却液循环孔。

在将上述轴承安装在轧辊磨床磨头的主轴上使用时，通过在冷却液入口上连接一套冷却液供液系统，使冷却液通过冷却液循环孔流进每两个肋板之间的空间，并通过冷却液出口流出后进行不断的冷却循环。

根据上述方法构建的本发明的一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承为：该动静压轴承包括轴承、轴承套、前端盖和后端盖，轴承套的内孔为圆锥孔，在轴承套上设有进油孔，轴承为圆筒形状，在圆筒形状的轴承的外圆柱面上按对称分布有3～6个肋板，每个肋板的外表面为圆锥面形状，并且该圆锥面的锥度与轴承套的圆锥孔锥度相同，在圆筒形状的轴承的内孔中每个肋板的位置处都设有凹坑式的静压腔，在每个静压腔中都有一个通过肋板圆锥面的通油孔，在轴承的内孔中每两个静压腔之间都设有一个回油槽，轴承套套在轴承上，并且轴承的内孔通过轴承套的圆锥孔对肋板的挤压而发生变形，通过该变形在轴承的内孔中每个静压腔与回油槽之间形成有楔形动压腔，轴承上的每个通油孔都分别与轴承套上的进油孔相连通，前端盖和后端盖分别连接在轴承套的两端、并分别压盖在轴承的两端上，使轴承与轴承套连接在一起。

在上述轴承套圆柱面上的对称方向上分别设有冷却液入口和冷却液出口,并且冷却液入口和冷却液出口分别与轴承的不同的两个肋板之间所形成的空间连通，在轴承的每个肋板上都设有能使肋板两边空间相互连通的冷却液循环孔。

在上述轴承每个回油槽位置处的外圆柱面上都分别设有一个加强筋，并且每个加强筋的宽度都大于回油槽的宽度，每个加强筋的外端面与轴承套的圆锥孔壁之间留有间隙。

由于采用了上述技术方案，本发明通过在轴承上均布肋板，通过肋板与轴承套的锥度配合强迫轴承发生变形，从而在装配过程中强制轴承内形成对称均匀分布的楔形动压腔；另外，本发明通过在轴承上制作出静压腔，该静压腔分别设置在肋板之间所对应的内腔位置处，而且，在每两个肋板中间的内腔位置分别开有一个回油槽，以便润滑油液通过此回油槽流出到轴承外。轴承在工作前，由供油系统向润滑油入口（在轴承的每个肋板上都设有润滑油液入口）提供润滑油液，从而润滑油液充满每个静压腔和每个楔形动压腔，在润滑油液压力的作用下，强迫装在轴承中间的主轴与轴承分开，于是，主轴便悬浮在轴承中间，避免了启动时主轴外表面与轴承内表面两金属面间的接触，从而消除了启动时两金属面间的干摩擦。在此基础上，启动主轴的旋转，因主轴和轴承间存在楔形动压腔和静压腔，在楔形动压油膜和静压油膜的作用下，主轴承受外负载。在工作过程中，除了供油系统向润滑油入口提供润滑油液之外，另外一套冷却液供液系统向冷却液入口提供冷却液，冷却液便流进每两个肋板间的空间，因每个肋板上都设有一排冷却液循环孔，因而，在轴承的外表面和轴承套的内表面间所有空间里便充满着冷却液，于是，在主轴高速旋转过程中，主轴与轴承间所产生的热量便传给冷却液以及润滑油液，冷却液通过冷却液出口流回冷却液槽，润滑油液通过回油槽流回油槽，这样一来，润滑油液起到润滑轴承的作用，冷却液和润滑油液同时起到冷却轴承的作用，其中，以冷却液的冷却为主。本发明通过润滑油循环系统和冷却液循环系统对轴承同时进行润滑和冷却，使本发明能实现现有轧辊磨床轴承之所以不能实现的高速。本发明采用这种特殊的冷却结构而将冷却液引入轴承内部，从而大大改善了轴承的散热性能，使轴承的转速得到很大提高，这也是本发明的最大改进之处。本发明的动静压轴承可适用于砂轮线速度达80m/s（其主轴转速不低于2000转/分）的高速轧辊磨床的磨头中。所以，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有转速高、工作稳定性好的优点，而且还具有磨损小、散热好、结构简单、造价低、使用寿命长等优点。

附图说明

图1为本发明高速轧辊磨床磨头的动静压轴承的主视结构示意图；

图2为图1的A-A剖视结构示意图。

附图标记说明：1-轴承，1.1-肋板，1.2-静压腔,1.3-通油孔,1.4-回油槽，1.5-加强筋，1.6-冷却液循环孔，2-轴承套，2.1-进油孔，2.2-冷却液入口，2.3-冷却液出口，3-前端盖，4-后端盖，5-冷却液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的实施例：本发明的一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法是，在制作能安装在轧辊磨床磨头主轴上的轴承时，先将轴承1制作成圆筒形状，轴承1的制作材料最好采用现有技术中的锡青铜材料制作，也可采用其它常规金属材料制作；制作时，在该圆筒形状的轴承1的外圆柱面上对称制作出3～6个肋板1.1，使每个肋板1.1的表面为圆锥面形状，并使带有肋板1.1的轴承1能安装在轴承套2的圆锥孔中，使肋板1.1的圆锥面锥度与轴承套2的圆锥孔锥度相同，同时在圆筒形状的轴承1的内孔中每个肋板1.1的位置处都制作出一个凹坑式的静压腔1.2，在每个静压腔1.2中都制作出一个通过肋板1.1的通油孔1.3，并在轴承1的内孔中每两个静压腔1.2之间都制作出一个回油槽1.4，将轴承1放入轴承套2内，使轴承套2的圆锥孔对轴承1上每个肋板1.1进行挤压，从而使轴承1的内孔发生变形，同时使轴承1上的每个通油孔1.3都分别与轴承套2上的进油孔2.1相连通；这样，在将轧辊磨床磨头的主轴安装在轴承1的内孔中时，在主轴与轴承1的变形孔之间即可形成楔形动压腔，该楔形动压腔分别形成在每个静压腔1.2与回油槽1.4之间；在将轧辊磨床磨头的主轴安装在轴承1后，并在通过电机带动主轴转动前，先通过供油系统向轴承套2上的每个进油孔2.1中输入润滑油，通过供油系统使润滑油充满所有的静压腔1.2和所有的楔形动压腔，这样即可在润滑油的压力作用下，使装在轴承1中的主轴与轴承1的内孔壁分开，使主轴悬浮在轴承1中间，从而消除启动时主轴与轴承1两金属面间的干摩擦；在此基础上，即可启动电机使主轴旋转，主轴在由楔形动压腔和静压腔1.2所形成的油膜作用下与轴承1不产生接触而转动；为了及时带走工作过程中产生的热量，以便此轴承可应用于高速轧辊磨床磨头的主轴上，在轴承套2上制作出冷却液入口2.2和冷却液出口2.3,并且使冷却液入口2.2和冷却液出口2.3分别与轴承1的不同的两个肋板1.1之间所形成的空间连通，在轴承1的每个肋板1.1上都制作出能使肋板两边空间相互连通的冷却液循环孔1.6；这样，即可在将轴承1安装在轧辊磨床磨头的主轴上使用时，通过在冷却液入口2.2上连接一套冷却液供液系统，使冷却液5通过冷却液循环孔1.6流进每两个肋板1.1之间的空间，并通过冷却液出口2.3流出后进行不断的冷却循环。

根据上述方法构建的本发明的一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承的结构示意图如图1和图2所示，本发明的高速轧辊磨床磨头的动静压轴承包括轴承1、轴承套2、前端盖3和后端盖4，轴承套2的内孔为圆锥孔，在轴承套2上设有进油孔2.1，轴承1为圆筒形状，在圆筒形状的轴承1的外圆柱面上按对称分布有3～6个肋板1.1（在通常情况下按对称分布设置4个肋板1.1即可），将每个肋板1.1的外表面制作为圆锥面形状，并且使该圆锥面的锥度与轴承套2的圆锥孔锥度相同，在圆筒形状的轴承1的内孔中每个肋板1.1的位置处都设有凹坑式的静压腔1.2，在每个静压腔1.2中都制作有一个通过肋板1.1圆锥面的通油孔1.3，在轴承1的内孔中每两个静压腔1.2之间都设置一个回油槽1.4，将轴承套2套在轴承1上，并且使轴承1的内孔通过轴承套2的圆锥孔对肋板1.1的挤压而发生变形，通过该变形在轴承1的内孔中每个静压腔1.2与回油槽1.4之间形成有楔形动压腔，并使轴承1上的每个通油孔1.3都分别与轴承套2上的进油孔2.1相连通，将前端盖3和后端盖4分别通过螺钉连接的方式连接在轴承套2的两端、并使其分别压盖在轴承1的两端上，这样即可使轴承1与轴承套2连接在一起；为了及时带走工作过程中产生的热量，在轴承套2圆柱面上的对称方向上分别制作出冷却液入口2.2和冷却液出口2.3,并且使冷却液入口2.2和冷却液出口2.3分别与轴承1的不同的两个肋板1.1之间所形成的空间连通，在轴承1的每个肋板1.1上都制作出1～2排、每排4～10个使肋板两边空间相互连通的冷却液循环孔1.6；为了提高轴承1的强度和在轴承1上静压腔1.2与回油槽1.4之间更好地形成楔形动压腔，可在轴承1每个回油槽1.4位置处的外圆柱面上都分别制作出一个加强筋1.5，使每个加强筋1.5的宽度都大于回油槽1.4的宽度，并使每个加强筋1.5的外端面与轴承套2的圆锥孔壁之间留有间隙即成。

本发明所采用的轴承的供油系统可直接采用现有的普通轧辊磨床上使用的供油系统进行供油；由于普通轧辊磨床所用的轴承没有冷却液供液系统，本发明所采用的冷却液供液系统可直接采用现有的专门的冷却液供液系统成品装置，也可利用轧辊磨床上的砂轮磨削用的冷却液供液系统进行供液。

Claims (5)

1.一种高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法，其特征在于：在制作能安装在轧辊磨床磨头主轴上的轴承时，先将轴承（1）制作成圆筒形状，并在该圆筒形状的轴承（1）的外圆柱面上对称制作出3～6个肋板（1.1），使每个肋板（1.1）的表面为圆锥面形状，并使带有肋板（1.1）的轴承（1）能安装在轴承套（2）的圆锥孔中，使肋板（1.1）的圆锥面锥度与轴承套（2）的圆锥孔锥度相同，同时在圆筒形状的轴承（1）的内孔中每个肋板（1.1）的位置处都制作出一个凹坑式的静压腔（1.2），在每个静压腔（1.2）中都制作出一个通过肋板（1.1）的通油孔（1.3），并在轴承（1）的内孔中每两个静压腔（1.2）之间都制作出一个回油槽（1.4），将轴承（1）放入轴承套（2）内，使轴承套（2）的圆锥孔对轴承（1）上每个肋板（1.1）进行挤压，从而使轴承（1）的内孔发生变形，同时使轴承（1）上的每个通油孔（1.3)都分别与轴承套（2）上的进油孔（2.1）相连通即成。

2.根据权利要求1所述的高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法，其特征在于：在将轧辊磨床磨头的主轴安装在轴承（1）的内孔中时，在主轴与轴承（1）的变形孔之间形成有楔形动压腔，该楔形动压腔分别形成在每个静压腔（1.2）与回油槽（1.4）之间。

3.根据权利要求2所述的高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法，其特征在于：在将轧辊磨床磨头的主轴安装在轴承（1）后，并在通过电机带动主轴转动前，先通过供油系统向轴承套（2）上的每个进油孔（2.1）中输入润滑油，使该润滑油充满所有的静压腔（1.2）和所有的楔形动压腔，这样即可在润滑油的压力作用下，使装在轴承（1）中的主轴与轴承（1）的内孔壁分开，使主轴悬浮在轴承（1）中间，从而消除启动时主轴与轴承（1）两金属面间的干摩擦；在此基础上，即可启动电机使主轴旋转，主轴在由楔形动压腔和静压腔（1.2）所形成的油膜作用下与轴承（1）不产生接触而转动。

4.根据权利要求1所述的高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法，其特征在于：在轴承套（2）上制作有冷却液入口（2.2）和冷却液出口（2.3）,并且使冷却液入口（2.2）和冷却液出口（2.3）分别与轴承（1）的不同的两个肋板（1.1）之间所形成的空间连通，在轴承（1）的每个肋板（1.1）上都制作出能使肋板两边空间相互连通的冷却液循环孔（1.6）。

5.根据权利要求4所述的高速轧辊磨床磨头的动静压轴承制作方法，其特征在于：在将轴承（1）安装在轧辊磨床磨头的主轴上使用时，通过在冷却液入口（2.2）上连接一套冷却液供液系统，使冷却液（5）通过冷却液循环孔（1.6）流进每两个肋板（1.1）之间的空间，并通过冷却液出口（2.3）流出后进行不断的冷却循环。