CN1044976A - 气体浮环动静压混合轴承及超高速空气精密主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明采用双膜气体轴承和用此轴承支承、小型冷气涡轮驱动的精密主轴,高速稳定性好,支承精度高,摩擦功耗低,寿命长,精密主轴用于精密磨削加工时,速度达30万r/min仍稳定工作。本发明可用作各行业的精密加工重要设备。
Description
本发明涉及一种轴承结构和采用了此轴承的机械产品,适用于超高速精密支承和机械制造领域里精密加工的重要设备,可广泛应用于精密机械,仪器仪表,宇航、电子、医疗器械等行业。
目前,用于高速支承的轴承主要是单膜气体轴承,这种结构的轴承在速度超过20万r/min时,便会出现高速不稳定现象,而且轴承摩擦功耗大,为提高轴承稳定性和支承精度,往往要提高轴承部件的加工精度,使制造工艺变差,不利于推广生产及使产品商品化,国际通用的滚动轴承主轴,最高转速只有20万r/min,轴承寿命200小时左右,而且振动大、噪声大。
本发明的目的在于避免现有技术中上述不足之处而提供一种产品,以满足30万r/min以至更高的高速精密支承的需求,寻求一种结构合理、工艺简单的轴承,采用此结构轴承的超高速空气精密主轴在速度达30万r/min时仍能稳定工作。
本发明与现有技术相比具有如下优点:1、高速稳定性好;2、支承精度高;3、摩擦功耗低;4、寿命长。超高速空气精密主轴在速度达30万r/min时仍稳定工作。
本发明采用这样一种结构,即由外套、浮环、轴及止推板组成,轴与浮环构成内膜,浮环与外套构成外膜,在外套表面及浮环表面上沿周向均布数个浅腔,腔内有供气孔数个,在浮环两端面上制有扇形槽或螺旋槽,止推板在浮环两侧与浮环构成轴向间隙,作为浮环的轴向支承,超高速空气精密主轴采用了气体浮环动静压混合轴承支承,小型冷气涡轮驱动,外部加压气体由控制阀控制,确保轴承先于涡轮供气,后于涡轮断气。
本发明有如下附图:
图1是本发明的轴向剖视图,其中W1、W2为轴、浮环的旋转角速度,1外套,2浮环,3轴,7外膜,8内膜;
图2是本发明的径向剖视图,其中1外套,2浮环,3轴,4止推板,5外套供气孔,6浮环供气孔,7外膜,8内膜,9止推间隙;
图3是外套剖视图,其中5外套供气孔,10台区,11浅腔。
图4是外套上浅腔及供气孔分布图,其中5外套供气孔,10台区,11浅腔;
图5是浮环端面视图,其中20扇形槽,21螺旋槽。
图6是超高速空气精密主轴的剖视图,其中1外套,2浮环,12尾座,13壳体,14上止推板,15喷嘴环,16控制阀,17下止推轴承,18涡轮轴;
图7是超高速空气精密主轴的A-A剖视图,其中12尾座,15喷嘴环,19气涡轮;
图8是本发明的径向剖视图,其中1外套,2浮环,3轴,5外套供气孔,7外膜,8内膜,9止推间隙,22环形槽,23供气孔;
图9是外套上浅腔分布图,其中5外套供气孔,10台区,11浅腔,22环形槽,23供气孔;
图10是浮环上浅腔分布图,其中6浮环供气孔,10台区,11浅腔。
本发明将结合以上附图中的实施例作进一步详述:本发明由外套(1),浮环(2),轴(3)及止推板(4)组成,如图1、2、3、4、5,轴(3)与浮环(2)构成内膜(8),浮环(2)与外套(1)构成外膜(7),在外套(1)内表面及浮环(2)内表面沿周向均布3个浅腔(11),腔内有供气孔(5、6),在两端有止推板(4),与浮环(2)构成轴向间隙,作为浮环(2)的轴向止推气体轴承,轴(3)直径Φ9(单位mm),浮环(2)内外径分别为Φ9,Φ12,宽9,外套(1)直径Φ12,内膜(8)厚度平均值为8μm,外膜(7)平均厚度为10μm,浮环(2)止推间隙总值为30μm,浅腔(11)每腔内有一供气孔空(5、6),直径为Φ0.8,浅腔面积为浮环(2)单面面积的1/2,深度为15μm,如图6、7,尾座(12),壳体(13)上制有气路,与外套(1)和浮环(2)上的供气孔(5,6)相通,控制阀(16)安装在精密主轴进气端尾座(12)上,涡轮轴(18)一端固接气涡轮(19),另一端连接砂轮杆或钻头,下止推轴承(17)与上止推板(14)在浮环(2)上下两侧,外部加压气体由控制阀(16)控制,通过轴承外套(1)上的供气孔(5)及浮环(2)上的供气孔(6)进入外膜(7)和内膜(8),由于气体静压作用形成静压气膜,继而驱动轴(3)使之高速旋转,随之,浮环(2)在外膜(7)的粘带摩擦作用下,也跟着旋转,此时,轴承内外两膜(7、8)均有静、动压混合润滑效果,速度达30万r/min时仍稳定,此时环速比
Ω=W2/W1≈0.3,功耗比单膜气体轴承小30-40%,寿命超过10000h,超高速空气精密主轴用于Φ1小孔精密磨削,线速度达11m/s,表面粗糙度可达Ra0.2μm,停止工作时,控制阀(16)使涡轮(19)气先切断,然后停供轴承(1,2,14,17,18)气。
浅腔也可以制在轴(3)及浮环(2)的外表面上,沿周向均布。浅腔(11)的个数可以是3-8个,每个浅腔内供气孔(5,6)个数可以是1-2个。
实施例2如图8,9,10所示,轴承外套(1)尺寸为Φ14×20(单位mm),浮环(2)尺寸Φ14×20×Φ10,轴(3)直径为Φ10,外套(1)内表面上制有2排浅腔(11),每排3个,周向均布,每腔内有一供气孔(5),两排浅腔(11)之间开一环形槽(22),宽×深=2×1,槽内设一供气孔(23)直径Φ2,与气源相通,浮环(2)内表面制有6个浅腔(11),一排沿周向均布,每腔内设一供气孔(6),沿轴向位于外套环形槽(22)同一轴截面内,轴(3)与浮环(2)及浮环(2)与外套(1)分别构成轴承内外气膜(8,7),本例供气孔(5,6)直径均为Φ0.6,浅腔(11)深度为6μm,内膜(8)厚度为8μm,外膜(7)厚度为6μm,浮环(2)两端面开有螺旋沟,端面与止推板(4)构成轴向间隙,承受轴向止推作用,总轴的间隙为24μm,本实施例内、外膜(8,7)均具有二次节流静压效果。
每排浅腔(11)的个数可以是3-8个,供气孔(5,6)每个浅腔内个数可以是1-2个。
Claims (4)
1、本发明涉及一种轴承结构,由外套、轴、止推板组成,其特征在于轴(3)与外套(1)间有一浮环(2),在外套(1)内表面及浮环(2)内表面沿周向均布数个浅腔(11),腔内有数个供气孔(5,6),在浮环(2)两端面上制有扇形槽(20),也可以是螺旋槽(21),在浮环(2)外圆,沿供气孔(6)截面上开一环形槽(22),止推板(4)在浮环(2)两测,与浮环(2)之间有轴向间隙。
2、本发明涉及一种采用了气体浮环动静压混合轴承的机械产品,其特征是由气体浮环动静压混合轴承(1,2,14,17,18)、尾座(12)、壳体(13)、气涡轮(19)和控制阀(16)组成,尾座(12)和壳体(13)上制有与外套(1)和浮环(2)上供气孔(5,6)相通的气路,控制阀(16)安装在本发明进气端、尾座(12)上,轴(18)一端固接气涡轮(19),另一端连接砂轮杆或钻头,上止推板(14)与下止推轴承(17)在浮环(2)上下两侧。
3、如权利要求1所述的气体浮环动静压混合轴承,其特征是浅腔(11)可以是3-8个,也可以布置在轴(3)及浮环(2)的外表面上。
4、如权利要求1和3所述的气体浮环动静压混合轴承,其特征是外套(1)的浅腔(11)可以是两排,每排3-8个,沿周向均布,两排浅腔(11)之间开一环形槽(22),槽内有与气源相通的供气孔(23)1-2个,供气孔(23)位于外套(1)环形槽(22)的同一轴向截面内。
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