CN104405769B - 一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其包括由内至外依次套着的主轴、轴系内套和轴系外套，上止推板设置在主轴上方，下止推板设置在主轴下方；在工作时主轴靠空气压力漂浮在轴系内套的内腔中转动；压缩空气由外部供气系统经进气嘴吹入轴系外套的内腔；压缩空气吹入轴系外套的内腔后，迅速充满轴系内套的外侧球面的环槽空间，使轴系内套的供气压力沿主轴轴线呈轴对称分布。本发明通过双半球主轴结构形式、多孔质节流方式和均压环槽的供气方式，达到提高空气静压轴系承载能力、刚度和工作稳定性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，采用双半球主轴结构形式、多孔质节流方式和均压环槽的供气方式，可有效提高轴系的承载能力和刚度，提高空气静压轴系的工作稳定性。
背景技术
空气静压轴系，是用气体作为润滑剂的滑动轴系。由于采用空气介质，遵循误差平均化原理，以低的制造精度获取高的回转精度，其制造精度可以比装配后工作时要求的回转精度低约一个数量级，广泛用于超精密运动、精密测量领域。但是，由于其径向承载能力较差，在实际应用当中常遇到刚度小、抗干扰能力差和稳定性差的问题。
空气静压轴系主要通过节流器将外部加压气体送入轴系间隙形成静压气膜，达到润滑效果。传统的孔式节流、缝式节流方式，由于节流孔的分布供气效应，没有发挥轴系结构的最大承载能力，且在轴系转动过程中会在节流孔射流核心区外的角落中形成涡流，进而对轴系产生压力波动，影响轴系工作的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其可有效增加空气静压轴系的承载能力、刚度和工作稳定性。
实现本发明目的的技术方案：一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其包括由内至外依次套着的主轴、轴系内套和轴系外套，上止推板设置在主轴上方，下止推板设置在主轴下方；
所述的轴系外套外侧为圆柱形，内侧加工为上下两个半球形内腔；
所述的轴系内套由多孔质材料制成，外侧为上下两个半球形碗状，轴系内套的外侧与轴系外套的内腔形状相配合；轴系内套的内侧加工为上下两个半球形碗状内腔；轴系内套的内腔内球面为轴系内套的工作面；
所述的主轴包括上半球主轴和下半球主轴，上半球主轴和下半球主轴的外侧均为半球形碗状，上半球主轴和下半球主轴通过若干连接螺杆连接；主轴的外侧与轴系内套的内腔形状相配合；主轴的外侧为主轴的工作面，在工作时主轴靠空气压力漂浮在轴系内套的内腔中转动；
在轴系外套的内腔双半球中间处开有内外联通的进气口；进气口处通过螺纹连接安装进气嘴，进气嘴外部连接进气管；工作时，压缩空气由外部供气系统经进气嘴吹入轴系外套的内腔；
在轴系内套的外侧球面上加工有若干道环槽，环槽之间通过若干道辐射槽连通；辐射槽垂直于环槽分布，或者辐射槽与环槽呈一定角度分布；工作时，压缩空气吹入轴系外套的内腔后，迅速充满轴系内套的外侧球面的环槽空间，使轴系内套的供气压力沿主轴轴线呈轴对称分布。
如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其所述的轴系内套采用多孔质石墨或多孔质青铜加工而成，该材料表面在微观上均匀分布着成千上万个微小的节流孔；轴系内套的外侧球面的环槽中的空气由于压力作用，通过上述微小的节流孔送入轴系内套与主轴之间的间隙，形成静压气膜，使主轴悬浮在轴系内套中转动。
如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其所述的环槽采用矩形槽或T形槽。
如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其所述的辐射槽与环槽深度相同。
如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其所述的轴系外套和主轴由不锈钢材料制成。
如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其在上半球主轴端面上加工有上止推板固定螺纹孔，用于固定上止推板；在下半球主轴的端面上加工有下止推板固定螺栓孔，用于固定下止推板。
本发明的效果在于：本发明所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，通过双半球主轴结构形式、多孔质节流方式和均压环槽的供气方式，达到提高空气静压轴系承载能力、刚度和工作稳定性的目的。采用带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其径向回转精度达到0.02μm，承载能力与传统的空气静压轴系相比提高30％。
附图说明
图1为本发明所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系结构示意图；
图2为轴系外套结构示意图；
图3为轴系内套结构示意图；
图4为主轴结构示意图；
图5为上止推板结构示意图；
图6为下止推板结构示意图。
图中：1.上止推板；2.轴系外套；3.轴系内套；4.主轴；5.下止推板；21.进气口；22.轴系外套的内腔；31.环槽；32.辐射槽；33.轴系内套的内腔；41.上半球主轴；42.下半球主轴；43.连接螺杆；11.上止推板固定螺纹孔；51.下止推板固定螺栓孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系作进一步描述。
如图1所示，本发明提出一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，由内至外依次套着的主轴4、轴系内套3和轴系外套2，上止推板1固定在主轴4上方，下止推板5设固定在主轴4下方。
如图2所示，轴系外套是空气静压轴系的最外层，由不锈钢金属制成，轴系外套2外侧为圆柱形，内侧加工为上下两个半球形内腔22。
如图3所示，轴系内套3为轴系中间层部件，轴系内套3由多孔质石墨或多孔质青铜制成，外侧为上下两个半球形碗状，轴系内套3的外侧与轴系外套的内腔22形状相配合；轴系内套3的内侧加工为上下两个半球形碗状内腔23；轴系内套的内腔23内球面为轴系内套的工作面。在轴系外套的内腔22双半球中间处开有内外联通的进气口21；进气口处21通过螺纹连接安装进气嘴，进气嘴外部连接进气管；工作时，压缩空气由外部供气系统经进气嘴吹入轴系外套的内腔22。
如图4所示，主轴4包括上半球主轴41和下半球主轴42，由不锈钢金属制成，上半球主轴41和下半球主轴42的外侧均为半球形碗状，上半球主轴41和下半球主轴42通过3～6个(例如：3个或6个)均匀分布的连接螺杆43连接，主轴4的外侧与轴系内套的内腔23形状相配合。主轴4的外侧为主轴的工作面。在工作时主轴4靠空气压力漂浮在轴系内套的内腔23中转动。在轴系内套3的外侧球面上加工有若干道环槽31(环槽数量依据主轴外形尺寸而定，通常为5～20个，例如：5个、10个或20个)，环槽31采用矩形槽或T形槽。环槽31之间通过若干道辐射槽32(通常为6～20个，例如：6个、12个或20个)连通；辐射槽32垂直于环槽31分布，或者辐射槽32与环槽31呈一定角度分布(通常为30°～60°，例如30°、45°或60°)，辐射槽32与环槽31深度相同。工作时，压缩空气吹入轴系外套的内腔22后，由于环槽的低阻抗流动迅速充满轴系内套3的外侧球面的环槽31空间，使轴系内套3的供气压力沿主轴4轴线呈轴对称分布，并在轴系工作过程中保持供气压力分布均衡、稳定。
如图5所示，在上半球主轴41端面上加工有上止推板固定螺纹孔11，用于固定上止推板1。如图6所示，在下半球主轴42的端面上加工有下止推板固定螺栓孔51，用于固定下止推板5。
上述的轴系内套3采用多孔质石墨或多孔质青铜加工而成，该材料表面在微观上均匀分布着成千上万个微小的节流孔；轴系内套3的外侧球面的环槽31中的空气由于压力作用，通过上述微小的节流孔送入轴系内套3与主轴4之间的间隙，形成静压气膜，使主轴4悬浮在轴系内套3中转动。采用多孔质节流方式，可大幅提高供气面积，使主轴4表面压力分布更均匀，节流效果更好，能够在一定程度上提高轴系承载能力和刚度。
Claims (5)
1.一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其特征在于：它包括由内至外依次套着的主轴(4)、轴系内套(3)和轴系外套(2)，上止推板(1)设置在主轴(4)上方，下止推板(5)设置在主轴(4)下方；
所述的轴系外套(2)外侧为圆柱形，内侧加工为上下两个半球形内腔(22)；
所述的轴系内套(3)由多孔质材料制成，外侧为上下两个半球形碗状，轴系内套(3)的外侧与轴系外套的内腔(22)形状相配合；轴系内套(3)的内侧加工为上下两个半球形碗状内腔；轴系内套的内腔(33)内球面为轴系内套的工作面；
所述的主轴(4)包括上半球主轴(41)和下半球主轴(42)，上半球主轴(41)和下半球主轴(42)的外侧均为半球形碗状，上半球主轴(41)和下半球主轴(42)通过若干连接螺杆(43)连接；主轴(4)的外侧与轴系内套的内腔(33)形状相配合；主轴(4)的外侧为主轴的工作面，在工作时主轴(4)靠空气压力漂浮在轴系内套的内腔(33)中转动；
在轴系外套的内腔(22)双半球中间处开有内外联通的进气口(21)；进气口(21)处通过螺纹连接安装进气嘴，进气嘴外部连接进气管；工作时，压缩空气由外部供气系统经进气嘴吹入轴系外套的内腔(22)；
在轴系内套(3)的外侧球面上加工有若干道环槽(31)，环槽(31)之间通过若干道辐射槽(32)连通；辐射槽(32)与环槽(31)呈一定角度分布；工作时，压缩空气吹入轴系外套的内腔(22)后，迅速充满轴系内套(3)的外侧球面的环槽(31)空间，使轴系内套(3)的供气压力沿主轴(4)轴线呈轴对称分布；
在上半球主轴(41)端面上加工有上止推板固定螺纹孔(11)，用于固定上止推板(1)；在下半球主轴(42)的端面上加工有下止推板固定螺栓孔(51)，用于固定下止推板(5)。
2.根据权利要求1所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其特征在于：所述的轴系内套(3)采用多孔质石墨或多孔质青铜加工而成，该材料表面在微观上均匀分布着成千上万个微小的节流孔；轴系内套(3)的外侧球面的环槽(31)中的空气由于压力作用，通过上述微小的节流孔送入轴系内套(3)与主轴(4)之间的间隙，形成静压气膜，使主轴(4)悬浮在轴系内套(3)中转动。
3.根据权利要求1所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其特征在于：所述的环槽(31)采用矩形槽或T形槽。
4.根据权利要求1所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其特征在于：所述的辐射槽(32)与环槽(31)深度相同。
5.根据权利要求1所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系，其特征在于：所述的轴系外套(2)和主轴(4)由不锈钢材料制成。
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