CN103912583B - 分体式并行微通道球形气体静压节流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式并行微通道球形气体静压节流器。传统的节流器难以满足系统的超稳定和高刚度的要求。本发明节流器由主体与配合塞组成，其主体成圆柱形，上表面为带有圆形中空的凹球面，与配合塞配合的侧壁均匀的开有多个微通道，微通道与出口段工作面之间成锐角连接，在节流器主体表面的微通道口设有均压槽，相邻均压槽之间用隔栅隔开；配合塞上表面为凹球面，该凹球面曲率半径与节流器主体上表面隔栅曲率半径相同，配合塞与节流器主体采用过盈配合，形成一个完整的凹球面；该凹球面曲率半径大于均压槽曲率半径，便于气体稳定流出；配合塞上表面中心位置开有节流孔。本发明所形成的静压系统气膜具有刚度高和稳定性好特点，适于超精密领域。

Description

分体式并行微通道球形气体静压节流器

技术领域

本发明属于气体静压润滑领域，涉及一种分体式并行微通道球形气体静压节流器。

背景技术

在超精密加工及超精密检测技术领域，无论是精密加工机械，还是测量仪器，都对其机械部分提出了精度高、运动分辨率高、热稳定性好、振动低、爬行小、污染少以及设备成本低等方面的苛刻要求。人们在实践中发现，气体静压技术正是解决上述苛刻要求的重要途径。球形节流器兼有径向与止推功能，主要用在轴系上，可以使其结构更紧凑。

传统节流器采用小孔节流原理时，气源压力会造成节流孔出口处的流速过高，形成的射流在润滑气膜中产生湍流和微旋涡，成为主要振源。采用多孔节流原理时因微孔材料的自然状态而使气流从微孔中流出的方向存在随机性，也会产生局部微小的湍流。此外，微孔垫片的制造及安装也不可避免地会造成纳米尺度的振动。节流器作为重要的压力补偿元件，安装于气源与气体静压系统之间，既可以直接安装在气体支承件上，也可以单独安装在支承件之外。只有在安装节流器之后，定压供气的气体静压系统才具有承载力。

分体式并行微通道球形气体静压节流器，由于采用多个微通道进行节流，可以有效减小气膜振动，提高系统的刚度与稳定性；同时，球形工作面可以同时提供止推力与径向力。

发明内容

为了克服传统气体静压节流器气膜振动大、刚度低且不能同时提供径向和轴向支撑力等问题，本发明的目的在于提供一种分体式并行微通道球形气体静压节流器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明由节流器主体和配合塞组成。

节流器主体成圆柱形，上表面为带有圆形中空的凹球面；配合塞为与节流器主体上表面隔栅曲率相同的凹球形，节流器主体在与配合塞配合的工作面上均匀的开有多个微通道，在节流器表面的微通道口分别开设有均压槽，微通道与出口段工作面之间成小于45°的锐角，相邻均压槽之间用隔栅隔开，为保证气流的稳定，均压槽曲率半径小于隔栅曲率半径，微通道进气口与节流器主体进气口相连接，节流器主体与配合塞采用过盈配合，形成完整的凹球面。

节流器主体上表面的均压槽的中轴线均垂直于该均压槽所在面的边沿，均压槽与节流器主体上的微通道连通。

从节流器主体进气孔进入的气体一部分从节流孔射出，另一部分沿微通道、均压槽射出到周围大气。

所述的配合塞上球面中心的节流孔，其直径为0.05～0.2mm。

所述的微通道的宽度为0.5～2mm，深度为0.05～0.2mm。

所述的均压槽俯视呈等腰梯形，上底边宽度与微通道宽度相等，深度为0.2～1mm。

本发明具有的有益效果是：

本发明采用工作面为凹球面，可同时提供径向推力与轴向推力。

本发明由于采用多个并行微通道进行节流，可以保证稳定的气体微流场，进而有效减小气膜振动、提高静压系统的刚度与稳定性。

附图说明

图1是分体式并行微通道球形气体静压节流器主视图。

图2是分体式并行微通道球形气体静压节流器俯视图。

图3是Ⅰ处放大示意图。

图４是Ⅱ放大示意图。

图５是Ⅲ处放大示意图。

图中：1.节流器主体，2.配合塞，3.进气孔，4.节流孔，5.球窝，6.燕尾槽，7.微通道，8.隔栅，9.均压槽。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明节流器由节流器主体1和配合塞2组成。

节流器主体1成圆柱形，上表面为带有圆形中空的凹球面，侧面上开有贯穿节流器主体1的进气孔，节流器主体1与配合塞2结合的工作面上有12个的微通道7，微通道7与工作面之间为小于45°锐角，一定的角度有利于气体的平缓射出。

在节流器主体1表面的微通道口分别连接有均压槽9，相邻均压槽9之间用隔栅8隔开，其中，均压槽9曲率半径小于隔栅8曲率半径，气体依次通过微通道7与均压槽9，最终越过节流器主体1上表面边沿处射入大气。此过程不仅有效地降低了均压槽9的出口处以及节流器主体1上表面边沿处的气体流速，预防了射流产生的气体湍动和微漩涡，减小了气膜的微尺度振动，而且实现了气体出射时的多方向支承，保证了气膜润滑的稳定性，提高了气膜的承载能力与刚度。

配合塞2位于节流器主体1内，其纵截面为Y字型，配合塞2上表面为凹球面，其曲率半径与节流器主体1上表面隔栅8曲率半径相同，配合塞2上表面中心位置开有节流孔4，防止气体倒流引起气膜振动。

配合塞2上表面中心的节流孔，其直径一般为0.05～0.2mm。

微通道7的宽度为0.5～2mm，深度0.05～0.2mm。

均压槽9俯视呈等腰梯形，上底边宽度与微通道宽度相等，深度为0.2～1mm。

工作前，将球头螺栓的球头部分顶入气体静压节流器主体1下面的球窝5中，再将锥形支架嵌入燕尾槽6中，保证球头螺栓的中轴线垂直于节流器主体1的下底面，从而保证了气体静压节流器处于工作轴的径向方向，完成气体静压节流器的支承功能。

工作时，将压力为0.1Mpa～1Mpa气体通过进气口3送入气体静压节流器，气体通过12个微通道及节流孔喷射，使得气体节流器悬浮于其相应的工作面，达到气膜润滑作用，实现工作轴的气浮运动。

由于该种节流器使用多微通道节流，可以提高气体流场的稳定性及刚度，实现气膜流场的低湍动，该种节流器工作面为球面，可以同时提供止推力与径向力。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.分体式并行微通道球形气体静压节流器，由节流器主体（1）和配合塞（2）组成，其特征在于：节流器主体（1）成圆柱形，上表面为带有圆形中空的凹球面；配合塞（2）上表面为凹球面，在中心位置开有节流孔（4）；节流器主体（1）与配合塞（2）采用过盈配合，形成完整的凹球面；

节流器主体（1）与配合塞（2）配合的侧壁均匀的开有多个微通道（7），微通道口连接的表面分别开设有均压槽（9），相邻均压槽之间用隔栅（8）隔开，均压槽曲率半径小于隔栅曲率半径，隔栅曲率半径与配合塞（2）上表面的凹球面的曲率半径相同；

节流器主体上表面的均压槽的中轴线均垂直于该均压槽所在面的边沿，从节流器主体进气孔（3）进入的气体一部分从节流孔射出，另一部分沿微通道、均压槽射出到周围大气。

2.根据权利要求1所述的分体式并行微通道球形气体静压节流器，其特征在于：所述的配合塞(2)上球面中心的节流孔（4）直径为0.05～0.2mm。

3.根据权利要求1所述的分体式并行微通道球形气体静压节流器，其特征在于：所述的微通道(7)的宽度为0.5～2mm，深度为0.05～0.2mm。

4.根据权利要求1所述的分体式并行微通道球形气体静压节流器，其特征在于：所述的均压槽（9）俯视呈等腰梯形，上底边宽度与微通道宽度相等，深度为0.2～1mm。