CN104533954A - 双层气浮轴承 - Google Patents

Abstract

双层气浮轴承，包括轴芯和具有气浮轴承段的机体，该轴芯上具有第一飞盘和第二飞盘，机体气浮轴承段具有与第一飞盘和第二飞盘间隙配合的第一气室和第二气室，第一气室、第二气室上下端面均设置呈圆周阵列分布的多个喷气孔，通过设置于机体内的气道，将喷气孔与外部气源实现气路导通，产生的气膜可让轴芯保持与机体不发生机械摩擦。本发明克服了以往单层气浮轴承承载能力低，性能不稳定的缺陷。通过双层气浮轴承使得轴芯的承载能力提高一倍，让加工的适用范围变广。本发明结构简单容易实施，有利于产业上的大规模推广应用。

Description

双层气浮轴承

技术领域

本发明涉及一种利用流体支承轴系的机构，特别是一种双层气浮轴承。

背景技术

气浮主轴采用气浮轴承为支撑，运转过程摩擦损耗小，具有高寿命、高精度、低振动、高转速等优点，且由于稳定性高，在加工过程中可以减少刀具损耗，延长道具使用寿命，提高加工表面质量。同时结构简单，易于装拆，便于后期针对主轴的维护保养。然而相比于滚珠轴承主轴，气浮主轴也存在承载能力较低、刚性较低等缺点。目前，各种气浮主轴应用的气浮轴承都是单层形式的气浮轴承，即轴芯上配有一个飞盘，飞盘两端面分别对应气浮轴承的止推面和推力轴承的止推面，尚未出现应用多层级形式的气浮轴承结构。多层级形式的气浮轴承，可增加成倍气浮主轴的承载力、刚性，因而气浮主轴在加工过程中可承受更大的切削力，扩大气浮主轴的使用范围。然而现有的气浮主轴尚未出现类似产生双效气浮的结构。如此限制了相关机加设备的加工范围。

发明内容

本发明提供一种双层气浮轴承，解决现有单层气浮轴承承载能力低，稳定性差，可参与加工的范围较窄的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

双层气浮轴承，包括：

机体，其下端的内侧面具有气浮轴承段，所述气浮轴承段上设置有沿机体轴向错开的第一气室和第二气室，所述第一气室、第二气室的上下端面均具有呈圆周阵列分布的多个喷气孔；

穿接于机体的轴芯，所述轴芯侧面具有第一飞盘、第二飞盘；所述第一飞盘容纳于第一气室并与第一气室的内壁间隙配合，所述第二飞盘容纳于第二气室并与第二气室的内壁间隙配合；

设置于机体内的气道，所述喷气孔与外部气源通过气道导通。

作为优选方案，轴芯包括由上至下一次设置的带第一飞盘的轴芯头段、轴芯过渡段、带第二飞盘的轴芯尾段；所述轴芯头段、过渡轴段、轴芯尾段由一连接件固定连接在一起。如此，轴芯的制造将比较简单和廉价。

优选地，所述气浮轴承段由包括由上至下设置的内插件、第一环形件、过渡环形件、第二环形件、外插件；所述内插件具有的插接部插接于机体并于机体紧密结合；第一环形件的上端面紧密结合内插件，第一环形件的下端面紧密结合过渡环形件上端面，过渡环形件的下端面紧密结合第二环形件的上端面，第二环形件的下端面紧密结合外插件的上端面；所述内插件、第一环形件、过渡环形件、第二环形件、外插件的外圆与机体的外圆直径相同。如此，机体的气浮轴承段将较容易被制造，加工和装配成本较少。

优选地，所述气浮轴承段由左半圆模块和右半圆模块紧密结合组成。如此，气浮轴承段则可以减少前述方案零件繁多的缺陷，减少高压空气泄漏，也可以适配一体成形的轴芯和按照轴芯头端、过渡轴段、轴芯尾段组装成的轴芯。

优选地，所述喷气孔内安装有阻尼塞。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

双层气浮轴承，可产生两倍于单气浮轴承的气浮效果，更可靠地利用充填在轴芯与机体间隙的气膜减少轴芯与机体间的摩擦，增加轴芯承载能力，从而使得机床切削加工的适用范围更广。本发明结构简单、制造容易、气路泄漏小，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图结合技术方案进行描述。

图1是本发明实施例的示意图；

图2是本发明分拆式轴芯示意图；

图3是图1A处对应的放大效果图；

图4是本发明以两个半圆模块组成机体的示意图。

附图标记：10、机体；100、左半圆模块；101、右半圆模块；110、径向输气道；11、输气道；12、内插件；130、第一环形件；131、第二环形件；140、第一气室；141、第二气室；15、过渡环形件；16、外插件；17、阻尼塞；20、轴芯；21、第一飞盘；22、第二飞盘。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明进行更进一步的描述：

为了满足让轴芯20可以无机械摩擦地在机体10内转动，本发明分为两大核心部分，如图1所示，轴芯20和机体10，其中轴芯20的下端具有第一飞盘21和第二飞盘22，该第一飞盘21、第二飞盘22都是径向往外的圆盘，设置第一飞盘21、第二飞盘22的目的在于让喷气孔喷出的高速气流形成气膜，并作用在飞盘的端面上，飞盘提供足够的接受气膜面积，再产生足够的推力让轴芯20在轴向上保持轴芯20与机体10不接触。

如图3所示，机体10下端具有一气浮轴承段，该气浮轴承段具有可以与第一飞盘21间隙配合的第一气室140，和具有可以与第二飞盘22间隙配合的第二气室141；第一气室140和第二气室141之间沿轴向错开；轴芯20的第一飞盘21、第二飞盘22对应地与第一气室140、第二气室141间隙配合，第一气室140和第二气室141的上下端面处均设置有呈圆周阵列分布的多个喷气孔。该喷气孔在气室的上下端面对称地设置。另外，机体10内设置有气道，所述气道将喷气孔连通外部气源。

由图3可知，使用时，在喷气孔喷出的高速空气的作用下，第一飞盘21和第二飞盘22的上下端面受到气浮推力作用。不过，第一飞盘21或第二飞盘22越接近喷气孔时，受到较贴近的喷气孔给予的气浮推力会越大，反之则气浮推力越小。因此，当喷出的高速气流时，产生的气浮推力克服了轴芯20重力和工件给轴芯20的反作用力时，轴芯20就会在机体10内保持不与机体10产生机械摩擦。另外，在轴芯20的侧面，轴芯20与气浮轴承段的内插件12也是间隙配合，轴芯20与内插件12内侧壁间具有径向的间隙。

该间隙起到的作用是让流动的空气在间隙中形成高速流动气膜，避免轴芯20径向上受到机械摩擦，同时也使得进入的空气通过机体10其他位置向外部排出。

当然，高速气流产生气膜的具有一定承受范围，只要外部给轴芯20的反作用力大小在气膜推力承受范围内，机体10与轴芯20不会产生机械摩擦。因此，双层气浮轴承必然对轴芯20产生更大的推力，换言之，轴芯20的承载能力也会相对提高。

本发明中，轴芯20可设置为如下两种结构形式：

方式一：一体式的轴芯20，第一飞盘21和第二飞盘22与轴芯20一体成型；

方式二：分拆式的轴芯20，如图2所示，整个轴芯20分为轴芯头段、过渡轴段、轴芯尾段三个零件，该三个零件以连接件实现拼合，该连接件可以为螺钉。

本发明中，与轴芯20配合的机体10可以设置为如下两种结合方式：

方式一：气浮轴承段，如图4所示，可以是分为左半圆模块100和由右半圆模块101连接而成，这种成型方式的好处在于零件较少，其气浮轴承段适用于一体式的轴芯20和分拆式的轴芯20；

方式二：在机体10下端按照从上至下顺序安装内插件12，第一环形件130，过渡配合段，第二环形件131，外插件16。具体地，内插件12的上端插接于机体10下端内壁，第一环形件130的上端面与内插件12的下端面紧密结合，过渡环形件15的上端面与第一环形件130的下端面紧密结合，第二环形件131的上端面与过渡环形件15的下端面紧密结合，外插件16的上端面与第二环形件131的下端面紧密结合；其中，内插件12，第一环形件130，过渡环形件15，第二环形件131，外插件16的外圆均与机体10的外圆直径相同。

这种结构的优点在于制造方便，成本低廉，不过只能适配于分拆式轴芯20；具体地，第一气室140由所述内插件12下表面、第一环形件的内侧面、过渡配合段的上表面围成；第二气室141由过渡配合段的表面、第二环形件的内侧面、外插件16的上表面围成。

如图4所示，机体10内的气道的类型可分为输气道11和径向输气道110两种，喷气孔通过输气道11和径向输气道110连接外部高压气源。如此设计的好处，在于方便气路加工，减少加工成本。

为了使气道内保持一定压力，同时提高轴间间隙气膜的流动速度和轴芯20与机体10之间间隙气膜的流动速度，在每个喷气孔内均安装阻尼塞17。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.双层气浮轴承，其特征在于：包括，

机体，其下端的内侧面具有气浮轴承段，所述气浮轴承段上设置有沿机体轴向错开的第一气室和第二气室，所述第一气室、第二气室的上下端面均具有呈圆周阵列分布的多个喷气孔；

穿接于机体的轴芯，所述轴芯侧面具有第一飞盘、第二飞盘；所述第一飞盘容纳于第一气室并与第一气室的内壁间隙配合，所述第二飞盘容纳于第二气室并与第二气室的内壁间隙配合；

设置于机体内的气道，所述喷气孔与外部气源通过气道导通。

2.根据权利要求1所述的双层气浮轴承，其特征在于：轴芯包括由上至下一次设置的带第一飞盘的轴芯头段、轴芯过渡段、带第二飞盘的轴芯尾段；所述轴芯头段、过渡轴段、轴芯尾段由一连接件固定连接在一起。

3.根据权利要求1所述的双层气浮轴承，其特征在于：气浮轴承段由包括由上至下设置的内插件、第一环形件、过渡环形件、第二环形件、外插件；所述内插件具有的插接部插接于机体并于机体紧密结合；第一环形件的上端面紧密结合内插件，第一环形件的下端面紧密结合过渡环形件上端面，过渡环形件的下端面紧密结合第二环形件的上端面，第二环形件的下端面紧密结合外插件的上端面；所述内插件、第一环形件、过渡环形件、第二环形件、外插件的外圆均与机体的外圆直径相同。

4.根据权利要求1所述的双层气浮轴承，其特征在于：所述气浮轴承段由左半圆模块和右半圆模块紧密结合组成。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的双层气浮轴承，其特征在于：所述喷气孔内安装有阻尼塞。