CN104024668B - 静压气体轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静压气体轴承装置，该静压气体轴承装置被构造成有助于待支撑物体的轴向对准，而与待支撑物体的尺寸无关。静压气体轴承装置(1)设有：静压气体轴承垫，该静压气体轴承垫设有支撑表面(20)，该支撑表面用来不接触地支撑待支撑的实心柱形物体(未示出)；中空的柱形外壳(3)，该中空的柱形外壳保持该静压气体轴承垫(2)；和一对支架(4)，该一对支架支撑该外壳。为了沿着待支撑物体的外周边表面将支撑表面(20)布置在外壳(3)的内周边表面(30)上，静压气体轴承垫(2)附接到外壳(3)的内周边表面(30)以便沿顺着待支撑物体的外周边的方向(α)或沿待支撑物体的轴向方向(β)布置。

Description

静压气体轴承装置

技术领域

本发明涉及以无接触(non-contact)方式支撑待支撑物体的静压气体轴承装置，并尤其涉及适于以无接触方式支撑大尺寸物体的静压气体轴承装置。

背景技术

专利文献1披露了一种静压轴承垫类型的旋转装置。用在该静压轴承垫类型的旋转装置中的静压气体轴承装置包括：多个静压气体轴承垫(径向垫)，该多个静压气体轴承垫沿径向方向以无接触方式支撑旋转体(待支撑物体)，使得该旋转体可以绕其轴线旋转；和支架(静止体)，该支架用来固定这些静压气体轴承垫。球头螺栓支撑构件附接至支架，并且静压气体轴承垫经由被分别拧入球头螺栓支撑构件中的球头螺栓而固定至该支架。

引用清单

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开号2010-124565

发明内容

技术问题

根据专利文献1中描述的静压气体轴承装置，当作为待支撑物体的旋转体变大时，需要增加沿旋转体的周向方向(径向方向)或者沿旋转体的轴向方向(推力方向)放置的静压气体轴承垫数量。然而，当静压气体轴承垫的数量变多时，以下问题出现在专利文献1中描述的静压气体轴承装置中。

如上所述，在专利文献1中描述的静压气体轴承装置中，静压气体轴承垫通过相应的球头螺栓固定到支架，并且因此，每一个静压气体轴承垫相对于支架的安装角度得以自动地调节。然而，每一个静压气体轴承垫在径向方向上的定位通过精细调节每一个球头螺栓在球头螺栓支撑构件中的拧紧程度来实现。当作为待支撑物体的旋转体更大时，要经受麻烦的精细调节的静压气体轴承垫数量增加，而这增加了对作为待支撑物体的旋转体进行居中对准的工作量。因此，在静压气体轴承装置中，对布置在装置中的多个静压气体轴承垫进行定位是非常复杂的，并且该装置不适合于待支撑的大尺寸物体。

已经考虑上述情况作出本发明。本发明的目标在于提供一种静压气体轴承装置，在该静压气体轴承装置中，待支撑物体的居中对准是容易的，而无关该物体的尺寸。

解决问题的方案

为了解决上述问题，在本发明的静压气体轴承装置中，在外壳的内周边表面上安装有多个分段的静压气体轴承，使得静压气体轴承的支撑表面沿待支撑物体的轴向方向或沿周向方向布置。

例如，本发明提供一种以无接触方式支撑待支撑物体的静压气体轴承装置，其中：

所述静压气体轴承装置包括：

多个静压气体轴承，所述多个静压气体轴承具有相应的支撑表面，所述支撑表面用来以无接触方式支撑所述待支撑物体；和

外壳，所述外壳保持所述多个静压气体轴承；并且

所述多个静压气体轴承沿所述待支撑物体的轴向方向或周向方向布置并安装在所述外壳的内周边表面上，使得所述支撑表面相对于所述外壳的内周边表面的位置被固定。

本发明的有利效果

根据本发明，多个分段的静压气体轴承沿待支撑物体的周向方向或轴向方向布置并安装在外壳的内周边表面上，使得支撑表面相对于外壳内周边表面的位置被固定。因此，静压气体轴承的支撑表面可以一起经受机加工以便被精确地精加工。因此，静压气体轴承和待支撑物体可以被容易地对准，而不用执行对每一单个静压气体轴承的麻烦的精细调节。由此，可以提供一种静压气体轴承装置，该静压气体轴承装置容易与待支撑物体对准，而无关待支撑物体的尺寸。

附图说明

图1(A)是示出根据本发明一个实施例的静压气体轴承装置1的外部视图，图1(B)是图1(A)所示静压气体轴承装置1的横截面视图；

图2(A)、图2(B)和图2(C)是静压气体轴承垫2的主视图、右视图和仰视图，图2(D)是图2(C)的A-A剖视图；

图3(A)和图3(B)是外壳3的主视图和右侧视图，图3(C)是图3(A)的B-B剖面图；

图4(A)是支架4的主视图，图4(B)是图4(A)的C-C剖视图；并且

图5是放大视图，示出图1(A)所示静压气体轴承装置的部分D。

具体实施方式

下文将参考附图描述本发明的实施例。

图1(A)是示出根据本发明一个实施例的静压气体轴承装置1的外部视图，图1(B)是图1(A)所示静压气体轴承装置1的剖视图。

本实施例的静压气体轴承装置1通过多个分段的静压气体轴承垫以非接触方式支撑待支撑的柱形物体(未示出)，诸如大尺寸的轴。如图中所示，静压气体轴承装置1包括：多个静压气体轴承垫2，每一个静压气体轴承垫具有支撑表面20，该支撑表面以非接触方式支撑待支撑物体；柱形的外壳3，该外壳保持静压气体轴承垫2；一对支架4，该一对支架支撑外壳3；和支撑位置调节机构5，该支撑位置调节机构被布置到相应的支架4并调节外壳3相对于支架4的位置(沿竖直方向(方向Z)的高度)。

这里，多个静压气体轴承垫2沿待支撑物体的轴向方向β和周向方向α布置，并附接到外壳3的内周边表面30，使得在外壳3的内周边表面30上，静压气体轴承垫2的支撑表面20沿待支撑物体的外周边表面布置。

在本实施例中，三个静压气体轴承垫2沿待支撑物体的周向方向α被布置，并且沿待支撑物体的轴向方向β布置有两排这种静压气体轴承垫2的组(共计六个静压气体轴承垫2)。然而，本发明不限于此。例如，静压气体轴承垫2(该静压气体轴承垫的数量取决于待支撑物体的尺寸、重量等等)可以沿周向方向α和轴向方向β中的至少一者布置。

图2(A)、图2(B)和图2(C)是静压气体轴承垫2的主视图、右侧视图和仰视图，并且图2(D)是图2(C)的A-A剖视图。

每一个静压气体轴承垫2的支撑表面20形成为具有弧形形状，该弧形形状的直径略微大于待支撑物体的外直径，使得在待支撑物体的外直径与支撑表面20之间形成有厚度均匀的气体层。如图中所示，每一个静压气体轴承垫2包括：弧形的背衬金属21；和多孔烧结层22，该多孔烧结层形成在背衬金属21的内周边表面23(在支撑表面20一侧上的表面)上。

背衬金属21具有与外壳3的内直径尺寸近似相同的外直径，使得外周边表面24(在与支撑表面20相对一侧上的表面)沿外壳3的内周边表面30延伸。在外周边表面24中形成有用于拧入螺栓(未示出)的螺纹孔25，以便将静压气体轴承垫2固定到外壳3。在背衬金属21的内周边表面23中，例如沿周向方向形成有一个或更多个凹槽26A。在背衬金属21的内部中形成有将压缩气体供应给这些凹槽26A的气体通道26。并且，在背衬金属21的一个侧表面27(当静压气体轴承垫2组装到外壳3的内周边表面30时从外壳3的开口面向外侧的表面)中形成有气体供应开口28，用来将压缩气体供应泵(未示出)的气体供应管道链接至气体通道26。此外，在背衬金属21的一个侧表面27中形成有用来插入螺栓的螺栓孔29，该螺栓孔用来在对静压气体轴承垫2的支撑表面20进行机加工(诸如切割、研磨等)时将静压气体轴承垫2固定到固定夹具(未示出)。

当由压缩气体供应泵开始气体供应时，来自压缩气体供应泵的压缩气体通过与气体供应开口28和气体通道26链接的气体供应管道而供应给在多孔烧结层22的背侧上的凹槽26A。由此，来自压缩气体供应泵的压缩气体流经多孔烧结层22中的细孔，并且从多孔烧结层22的表面20(该表面用作支撑表面20)排出。

图3(A)和图3(B)是外壳3的主视图和右侧视图，并且图3(C)是图3(A)的B-B剖视图。

如图中所示，外壳3具有台阶式柱形形状，其中小直径部分33形成在外周边表面的两个端部上。具体而言，外壳3包括：柱形形状的外壳主体31；和插入部分33，该插入部分与外壳主体31一体地形成在外壳主体31的两个端部32上，并且每一个插入部分的具有直径小于外壳主体31的外直径的柱形形状。插入部分33分别插入到下文描述的支架4中的插入孔40内。

在外壳主体31的外周边表面34中，螺栓孔35形成为在对应于静压气体轴承垫2(其布置在外壳3的内周边表面30上的预定的位置处)的螺纹孔25的位置处穿过到外壳3的内周边表面30。通过从外周边表面34那一侧上插入螺栓(未示出)到这些螺栓孔35中并通过将螺栓拧入外壳3中的静压气体轴承垫2的螺纹孔25内，静压气体轴承垫2被固定在外壳3的内周边表面30上的预定的位置处。

此外，在外壳主体31的两个端表面32上形成有螺纹孔36，用于将外壳3固定到支架4的螺栓39(见图1)拧入到该螺纹孔36中。此外，在外壳主体31的外周边表面34中、在两个端表面32附近的上部位置处沿Z方向形成螺纹孔37，下文描述的支撑位置调节机构5的定位调节螺栓50拧入到该螺纹孔37中。

在另一方面，插入部分33的轴线和内直径与外壳主体31的轴线和内直径相同。插入部分33的外直径r1小于外壳主体31的外直径r2。这些插入部分33分别插入到置于外壳3两侧上的两个支架4(在下文描述)的插入孔40(在下文描述)中直至外壳主体31的两个端表面32接触相关支架4的一个侧表面。

图4(A)是支架4的主视图，图4(B)是图4(A)的C-C剖视图。

如图中所示，每一个支架4包括：板形的支架主体41；基座42，该基座与支架主体41一体地形成在支架主体41的下端部分处以便防止支架主体41侧向跌落；和保持部分43，该保持部分形成在支架主体41的上端部分以便保持支撑位置调节机构5。

在支架主体41中，插入孔40形成为穿过支架主体41的两个侧表面44和45。外壳3的插入部分33插入到插入孔40中。为了允许支撑位置调节机构5调节外壳3相对于支架4的位置，在支架4的插入孔40与外壳3的插入部分33之间存在有预定的间隙。例如，插入孔40与外壳3的插入部分33之间的配合是松的间隙配合，该间隙配合具有作为外壳3在插入孔40的内周边表面与外壳3的插入部分33的外周边表面之间的定位余量的间隙。就是说，其插入部分33插在支架4的插入孔40中的外壳3可以以对应于外壳3的定位余量的距离沿着支架4的插入孔的径向方向运动。在这里，插入孔40的孔直径r3形成为小于外壳3的外壳主体31的外直径r2，使得当外壳3的插入部分33插入到插入孔40中时，外壳主体31的侧表面32抵靠支架主体41的一个侧表面44。

此外，在支架主体41的插入孔40的外侧上(即，在支架主体41和基座42中)、在对应于外壳3(其插入部分33插入该插入孔40中)的外壳主体31的端表面32的螺纹孔36的位置处形成有螺栓孔46。在外壳3的插入部分33从支架4的一个侧表面44那一侧插在插入孔40中的状态中，螺栓39(见图1)从支架主体41的另一侧表面45插入相应的螺栓孔46中并拧入到外壳3中的螺纹孔36内，从而将外壳3固定到支架4。为了使得可以借助于支撑位置调节机构5来调节外壳3相对于支架4的定位，各螺栓孔46形成为具有一尺寸，该尺寸至少允许插入的螺栓39以外壳3的定位余量沿Z方向运动。

为了防止支架主体41的侧向跌落，基座42至少在支架主体41的下端部分处从支架主体41的侧表面悬垂，并且形成宽于支架主体41的板厚度的底表面49。在本实施例中，基座42形成为具有在与外壳3相对一侧上从支架主体41的另一侧表面45伸出的形状。

保持部分43在支架主体41的上端部分处从支架主体41的另一侧表面45悬垂。并且，用于保持支撑位置调节机构5的凹入部分47形成在保持部分43的上表面43A中。在凹入部分47的底表面48中形成有螺纹孔(未示出)，用于固定支撑位置调节机构5的固定螺栓拧入到该螺纹孔中。如下面描述地，当外壳3的插入部分33插入到支架主体41的插入孔40中时，凹部部分47的底表面48处于比外壳主体31的外周边表面34高的位置处(见图5)。

图5是放大视图，示出图1(A)所示静压气体轴承装置1的部分D。

如图中所示，每一个支撑位置调节机构5包括：定位调节螺栓50；和板51，该板由固定螺栓(未示出)固定到支架4的保持部分43的凹入部分47。

在该板中、在对应于支架4的保持部分43的凹入部分47的底表面48中的螺纹孔的位置处形成有螺栓孔(未示出)。通过将固定螺栓插入到螺栓孔中并通过将固定螺栓拧入到支架4的保持部分43的凹入部分47的底表面48中的螺纹孔内，板51被固定到支架4的保持部分43。此外，在板51中、在对应于形成在外壳3(该外壳的插入部分33插在支架4的插入孔40中)的外壳主体31中的螺纹孔37的位置处形成有用来插入定位调节螺栓50的螺栓孔。

如上所述，当外壳3的插入部分33插入支架4的插入孔40时，由于支架4的插入孔40与外壳的插入部分33之间存在松的间隙配合，在插入部分33的外周边表面和插入孔40的内周边表面之间形成有至少为外壳3的定位余量的间隙d1。此外，由于形成在支架4的保持部分43中的凹入部分47的底表面48形成为处于比外壳主体31的外周边表面34高的位置处，在板51的下表面53与外壳主体31的外周边表面34之间也形成有至少为外壳3的定位余量的间隙d2。因此，通过将定位调节螺栓50插入板51的螺栓孔52中，通过将定位调节螺栓50拧入到外壳3的螺纹孔37中，并且通过调节拧紧程度，外壳3被拉向板51或拉离板51，从而能够调节外壳3相对于支架4的位置。

接下来将描述组装具有上述结构的静压气体轴承装置1的方法。

首先，将静压气体轴承垫2布置在外壳3中；将螺栓插入外壳3中的相应螺栓孔35中；以及将螺栓拧入置于外壳3中的静压气体轴承垫2中的螺纹孔25内，从而将静压气体轴承垫2固定至外壳3的内周边表面30中的预定位置。在那时，静压气体轴承垫2被定位成使得背衬金属21的其中形成有螺栓孔29的一个侧表面27与插入部分33的端表面齐平(见图1)。通过对所有静压气体轴承垫2执行类似的工作，希望数量的支撑表面20以希望的图案沿待支撑物体的周向方向α并且沿待支撑物体的轴向方向β布置。

接下来，通过使用形成在静压气体轴承垫2的侧表面(背衬金属21的一个侧表面27)中的螺栓孔29，固定夹具(未示出)用螺栓固定到被固定在外壳3的内周边表面30上的多个静压气体轴承垫2。然后，如图1(A)中所示，被固定在外壳3的内周边表面30上的多个静压气体轴承垫2的支撑表面20一起经受机加工(研磨、切割等)。结果，多个静压气体轴承垫2的支撑表面20被精确地精加工而变成同一圆的数个圆弧。

接下来，外壳3的两个插入部分33分别从一对支架的一个侧表面插入到该对支架的插入孔40中。结果，外壳3由彼此相对的这对支架4支撑。然后，定位调节螺栓50分别插入到被固定至支架4的板51的螺栓孔52中，并被拧入到形成在外壳3的外壳主体31的外周边表面34中的螺纹孔37内。通过调节每一个定位调节螺栓50的拧紧程度，每一个支架4的外壳位置(高度)得以调节，使得待支撑物体(该物体由多个静压气体轴承3以无接触方式支撑)的轴线O变得水平。

当完成对外壳3的定位时，螺栓被插入到形成在支架4的插入孔40周围的螺栓孔46中并被拧入到外壳3的螺纹孔36中，从而将外壳3固定到支架4。由此，完成上述结构的静压气体轴承装置1。

上文已经描述了本发明的实施例。

根据上述实施例，多个静压气体轴承垫2安装在外壳3的内周边表面30上，使得静压气体轴承垫2的支撑表面20沿待支撑物体的周向方向α或轴向方向β布置，并且静压气体轴承垫2的支撑表面20一起经受机加工。由此，多个静压气体轴承垫2的支撑表面20可以被精确地精加工，使得支撑表面20变成同一圆的数个圆弧。因此，在没有对待支撑物体的对准的麻烦精细调节的情况下，可以容易地使静压气体轴承垫2的轴线O与待支撑物体的轴线重合。因此，可以提供静压气体轴承装置1，其中，对待支撑物体的对准得以容易地执行。

此外，在本实施例中，多个静压气体轴承垫2的支撑表面20可以被同时加工成精确的弧形形状，该弧形形状的直径略微大于待支撑的柱形物体的外周边表面直径。因此，例如即使在外壳3的内周边还没有被精确地精加工的情况下也可以在待支撑物体的外周边表面和静压气体轴承垫2的支撑表面20之间形成厚度均匀的气体层；并且因此，可以以无接触方式稳定地支撑待支撑物体。

此外，在本实施例中，每一个支架4的插入孔40与外壳3的插入部分33之间的配合是松的间隙配合，并且同时每一个支架4的螺栓孔46(其对应于外壳3的螺纹孔37)的内直径形成为比螺栓39的名义直径至少大外壳3的定位余量。并且，通过调节定位调节螺栓50(其经由被固定到支架4的板51中的螺栓孔52而拧入到外壳中的螺纹孔37内)的拧紧程度，可以调节外壳3相对于支架4的位置。因此，根据本实施例，通过调节定位调节螺栓50的拧紧程度以便调节支撑待支撑物体的外壳3的两个端部的位置这一简单的操作，可以调节待支撑物体的倾斜度等。

本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的范围内多样地改变。

例如，在上述实施例中，多个静压气体轴承垫2沿待支撑物体的周向方向α布置使得支撑表面20相对于包括轴线O的水平平面不对称地布置。具体而言，在沿外壳3的内周边表面30的圆圈中，一个静压气体轴承垫2位于包括轴线O的水平平面上方，而两个静压气体轴承垫3位于该水平平面下方。通过这种布置，从位于上方的一个静压气体轴承垫2的支撑表面20排出的压缩气体压力和待支撑物体的自身重量与从位于下方的两个静压气体轴承垫2的支撑表面20排出的压缩气体压力平衡。然而，本发明不限于此。例如，在待支撑物体被支撑成该物体的轴线O变得竖直的情况中，多个静压气体轴承垫2可以沿该物体的外周边表面布置成使得它们的支撑表面20以几乎规则的角间隔围绕该轴线O定位。

此外，在上述实施例中，静压气体轴承垫2的支撑表面20形成为具有与待支撑的柱形物体的外周边表面一致的弧形形状。然而，本发明不限于此。每一个支撑表面20形成为在待支撑物体的以无接触方式面对支撑表面20的区域处具有与待支撑物体形状相同的形状便足矣。

此外，在上述实施例中，每一个支撑位置调节机构5包括：板51，该板固定到支架4的保持部分43；和定位调节螺栓50，该定位调节螺栓经板51中的螺栓孔52拧入到外壳3中的螺纹孔37内。然而，可以使用任何结构的支撑位置调节机构5，只要该结构可以调节外壳3相对于支架4的位置。

此外，在上述实施例中，支撑位置调节机构5安装在支架4的上部分上。然而，其它支撑位置调节机构5可以在面对外壳3的外周边表面的侧表面处安装在支架4上。

此外，在上述实施例中，外壳的形状是柱形的。然而，外壳的形状不限于此。该外壳可以具有另一形状，只要那个形状可以保持住被分离成多个段的静压气体轴承并且可以防止不必要的气体泄漏等。

此外，在上述实施例中，用作每一个静压气体轴承垫2，使用了其支撑表面20由多孔烧结层制成的静压气体轴承垫。然而，本发明不限于此。所使用的静压气体轴承垫的支撑表面20中可以形成固有约束类型、孔口约束类型、表面约束类型等的压缩空气排出孔。

此外，在上述实施例中，外壳3具有柱形形状。然而，外壳3具有管状形状便足矣。此外，在上述实施例中，一对支架4保持外壳3的两个端部。然而，外壳3可以由至少一个支架4保持。

工业实用性

本发明可以应用于对待支撑在静压气体轴承装置中的物体的对准加以简化的广泛用途，其中该静压气体轴承装置以无接触方式支撑该物体。

附图标记清单

1:静压气体轴承装置；

2:静压气体轴承垫；

3:外壳；

4:支架；

5:支撑位置调节机构；

20:支撑表面；

21:背衬金属；

22:多孔烧结层；

23:背衬金属的内周边表面；

24:背衬金属的外周边表面；

25:背衬金属的螺纹孔；

26:背衬金属的气体通道；

26A:背衬金属的凹槽；

27:背衬金属的侧表面；

28:背衬金属的气体供应开口；

29:背衬金属的螺栓孔；

30:外壳的内周边表面；

31:外壳主体；

32:外壳主体的端表面；

33:插入部分；

34:外壳主体的外周边表面；

35:外壳的螺栓孔；

36、37:外壳主体的螺纹孔；

39:螺栓；

40:支架的插入孔；

41:支架主体；

42:基座；

43:保持部分；

43A:保持部分的上表面；

44,45:支架主体的侧表面；

46:支架4的螺栓孔；

47:保持部分的凹入部分；

48:凹入部分的底表面；

49:支架4的底表面；

50:定位调节螺栓；

51:板；

52:板的螺栓孔；和

53:板的下表面。

Claims (5)

1.一种用于以无接触方式支撑待支撑物体的静压气体轴承装置，包括：

多个静压气体轴承，所述多个静压气体轴承中的每一个静压气体轴承具有：支撑表面，所述支撑表面用来以无接触方式支撑所述待支撑物体；气体通道，所述气体通道用于引导从气体供应开口提供至所述支撑表面的气体；以及螺纹孔；

外壳，所述外壳具有用于保持所述多个静压气体轴承的内表面；以及

多个螺栓，其中：

所述多个静压气体轴承沿着围绕所述待支撑物体的轴线的方向布置，从而所述支撑表面以相对于包括所述待支撑物体的轴线的水平平面不对称的方式布置，并且所述多个静压气体轴承被安装在所述外壳的内表面上，从而固定所述支撑表面相对于所述外壳的内表面的位置；

所述外壳具有穿过所述外壳的内表面的多个螺纹孔；并且

所述多个螺栓通过所述外壳的所述多个螺纹孔拧入所述静压气体轴承的螺纹孔中，以便将所述静压气体轴承固定至所述外壳。

2.根据权利要求1所述的静压气体轴承装置，其中：

所述支撑表面被加工成沿着所述待支撑物体的面对所述支撑表面的相应区域成形。

3.根据权利要求2所述的静压气体轴承装置，其中：

所述待支撑物体具有柱形形状；并且

所述支撑表面分别被加工成具有弧形形状。

4.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的静压气体轴承装置，其中：

所述静压气体轴承装置还包括支撑所述外壳的至少一个支架；并且

所述支架设有支撑位置调节机构，所述支撑位置调节机构用来调节所述外壳相对于所述支架的位置。

5.根据权利要求4所述的静压气体轴承装置，其中：

所述支架具有通孔，所述外壳插入到所述通孔中，从而在所述外壳和所述支架之间留出预定间隙；

所述外壳还具有沿着所述支架的通孔的径向方向形成的螺纹孔；并且

所述支撑位置调节机构包括螺栓，所述支撑位置调节机构的所述螺栓被拧入到沿着所述支架的通孔的径向方向形成的所述螺纹孔内，并且所述支撑位置调节机构的所述螺栓使所述外壳沿着所述通孔的径向方向相对于所述支架运动达所述预定间隙的距离。