CN105952797A - 静压主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静压主轴，它包括壳体和通过径向轴承转动配合于壳体内的转轴，壳体内设有止推轴承，其特征在于：所述的止推轴承包括对转轴的轴肩施加轴向平衡力的第一子部件和第二子部件，第一子部件和第二子部件上分别设有工作油槽，各工作油槽与各自对应的轴肩端面相配合形成主油腔，第一子部件和第二子部件上分别设有供给各自工作油槽油液的进油支路，主油腔分别与第一辅助油腔和第二辅助油腔相连通，第一子部件和第二子部件上分别设有当转轴转速升高至临界值时通过第一辅助油腔供给主油腔油液的补油系统。本发明提供一种静压主轴，其可以将静压轴承作为轴向轴承应用，从而实现精度高、摩擦力小且轴向限位效果好。

Description

静压主轴

技术领域

本发明涉及主轴的技术领域，具体的是一种静压主轴。

背景技术

静压主轴是指，其转轴和轴承之间是通过油液进行滑动摩擦，也就是说，静压主轴的轴承为静压轴承，而静压轴承作为滑动轴承的一种，其工作原理是是通过压力泵将压力润滑剂强行泵入轴承和轴之间的微小间隙内。现有技术中的静压轴承多为径向轴承，其在轴向轴承上的应用极少。其原因在于，当静压轴承为径向轴承时，油液随着转轴转动而贴合在轴承内表面且沿周向运动，因此可以起到很好的润滑效果，但是当静压轴承作为轴向轴承使用时，行业内也称之为止推轴承，由于转轴的离心力作用，位于转轴的轴肩和止推轴承的间隙内的润滑油液将会由于离心力作用而被不断的甩出，也就是说，油液的出油速率随着转轴的转速升高而持续升高，当静压轴承内供给油腔的进油端的进油速率小于出油速率时将会导致油腔内形成负压，最终导致油腔的支撑作用失效，静压轴承和转轴的轴肩之间直接硬接触至损坏。而静压轴承为了使油腔具有一定的刚性，其进油口的口径必然是远小于油腔和转轴之间作用力的受力面积，即只有在小口径的进油口的前提下才能实现良好的油腔钢性，而这恰恰是止推轴承的较大进油速率相矛盾。这也就是为什么行业内的静压轴承大多数为径向轴承，而无法在止推轴承上进行推广的原因。而现有的止推轴承，例如推力球轴承和推力滚子轴承，其均存在滚子与轴肩线接触的精度和刚度问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种静压主轴，其可以将静压轴承作为轴向轴承应用，从而实现精度高、摩擦力小且轴向限位效果好。

本发明所采取的技术方案是：提供一种静压主轴，它包括壳体和通过径向轴承转动配合于壳体内的转轴，壳体内设有用于限制转轴沿轴向移动的止推轴承，所述的止推轴承包括对转轴的轴肩施加轴向平衡力的第一子部件和第二子部件，第一子部件和第二子部件近轴肩的端面上分别设有工作油槽，各工作油槽与各自对应的轴肩端面相配合形成主油腔，第一子部件和第二子部件上分别设有供给各自工作油槽油液的进油支路，主油腔通过轴肩 和止推轴承之间的间隙分别与近转轴的第一辅助油腔和远离转轴的第二辅助油腔相连通，第一子部件和第二子部件上分别设有当转轴转速升高至临界值时通过第一辅助油腔供给主油腔油液的补油系统。通过补油系统可以对油腔进行油液的补充，从而实现高转速下的静压轴承应用于止推轴承中。

所述的补油系统是指第一子部件和第二子部件内分别设有补油管路，补油管路的一端与第二辅助油腔相连通，补油管路的另一端与第一辅助油腔相连通。当静压主轴需要保证第一子部件和第二子部件之间的力平衡，才能实现轴肩沿轴向定位，即行业内俗称悬浮于止推轴承中间，达到零硬摩擦，所谓的硬摩擦是指刚性端面之间的直接接触摩擦。

所述的径向轴承为静压轴承；

第一子部件上的补油系统是指径向轴承与转轴之间的间隙和第一子部件所对应的第一辅助油腔连通；

所述第二子部件上的补油系统是指，第二子部件内设有补油管路，补油管路的一端与第二辅助油腔相连通，补油管路的另一端与第二子部件所对应的第一辅助油腔相连通。当静压主轴中含有通过静压轴承作为径向轴承时，由于径向轴承中也不断有油液溢出，因此可以简化管路，即，通过径向轴承的溢出油液用于对止推轴承进行补油，从而省略了径向轴承的溢出油液的回收管路，以及靠近径向轴承的第一子部件上的补油系统，具体地是指径向轴承与转轴之间的间隙和第一子部件所对应的第一辅助油腔连通。

所述的径向轴承与第一子部件为一体式结构。一体式结构，可以使二者之间连接关系更加紧密、牢固。

所述第二辅助油腔上设有回油口，所述补油管路与第二辅助油腔连接处的端口几何中心的水平高度小于回油口的几何中心的水平高度，所述回油口与壳体上的出油口连通。回油口设置的高度较高，可以使第二辅助油腔始终留有余油，用于供给补油管路。

所述壳体内设有供给各工作油槽油液的进油通道，所述的进油通道的一端通过止推轴承上的进油支路与各工作油槽相连通，进油通道的另一端与壳体上的进油口相连通。

所述的径向轴承包括轴承本体，轴承本体的环形内壁上沿轴承本体的径向内凹形成至少两个油槽，所述轴承本体上设有循环通道，循环通道的两端分别与油槽沿轴承本体的周向所对应的两端部连通。通过循环通道可以消除径向轴承中的油液随着转轴带动而产生的高压，从而减少径向轴承对于转轴的负载作用，在同等电机负载的基础上可以提高转轴的转速。

相邻两个油槽之间设有将油槽内溢出的油液汇流的回油槽。

所述回油槽的长度方向沿轴承本体的轴向延伸，且回油槽的至少一端延伸至贯穿轴承本体的端面或轴承本体对应于各回油槽所在的位置上设有至少一个用于连通回油槽的回油道。

轴承本体上对应于各油槽所在的位置均分别设有用于供给各油槽油液的进油孔。

采用以上结构后，本发明的静压主轴与现有技术相比具有以下优点：首先，通过止推轴承及径向轴承油压悬浮于油膜上没有直接接触，启动和运转期间摩擦副均被压力油膜隔开，滑动阻力仅来自油自身的粘性，由于高油压和面接触，其轴向及径向承载能力比传统轴承刚性更大。由于主轴的轴向及径向是通过油膜面接触，有别与传统的轴承线接触，其接触面积更大，摩擦副表面承载的压力比较均匀，因此受热温度分布比较均匀热膨胀问题更小，轴向、径向承载力更大，刚性更高，发生碰撞时不易损坏。并且通过油膜的软性接触，使轴承的磨损小，噪音小，同时油膜还具有一定的减震效果，因此加工精度高。

附图说明

图1是本发明的静压主轴的结构示意图。

图2是本发明的静压主轴的侧视示意图。

图3为图2中“A-A”方向的剖视示意图。

图4为图3中“M”区域的局部放大示意图。

图5为图2中“B-B”方向的剖视示意图。

图6为图5中“N”区域的局部放大示意图。

图7为图2中“C-C”方向的剖视示意图。

图8为图7中“P”区域的局部放大示意图。

图9为图7中“D-D”方向的剖视示意图。

图10是本发明的径向轴承的结构示意图。

图11是图10的侧视示意图。

图12为图11中“E-E”方向的剖视示意图。

图13为图11中“F-F”方向的剖视示意图。

其中，1、壳体，2、径向轴承，2.1、轴承本体，2.2、油槽，2.3、循环通道，2.4、回油槽，2.5、进油孔，3、转轴，4、轴肩，5、第一子部件，6、第二子部件，7、工作油槽，8、进油支路，9、第一辅助油腔，10、第二辅助油腔，11、补油管路，12、回油口，13、出油口，14、进油通道，15、进油口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供一种静压主轴，它包括壳体1和通过径向轴承2转动配合于壳体1内的转轴3，壳体1内设有用于限制转轴3沿轴向移动的止推轴承，其特征在于：所述的止推轴承包括对转轴3的轴肩4施加轴向平衡力的第一子部件5和第二子部件6，第一子部件5和第二子部件6近轴肩4的端面上分别设有工作油槽7，各工作油槽7与各自对应的轴肩4端面相配合形成主油腔，第一子部件5和第二子部件6上分别设有供给各自工作油槽7油液的进油支路8，主油腔通过轴肩4和止推轴承之间的间隙分别与近转轴3的第一辅助油腔9和远离转轴3的第二辅助油腔10相连通(也就是说，进油支路8的油液进入工作油槽7，然后通过工作油槽7与轴肩端面之间的缝隙流入第一辅助油腔9和第二辅助油腔10内，并最终通过回油管路将第一辅助油腔9和第二辅助油腔10内的油液排出)，第一子部件5和第二子部件6上分别设有当转轴3转速升高至临界值时通过第一辅助油腔9供给主油腔油液的补油系统。上述的临界值是指随着转轴3的转动而导致油液的离心力持续变大，当离心力使工作油槽7内的压力小于第一辅助油腔9和第二辅助油腔10的压力差时，油液的流向将会改变，即油液由工作油槽7流入第一辅助油腔9和第二辅助油腔10改变为由第一辅助油腔9和第二辅助油腔10流入工作油槽7。

如图所示，上述的第一辅助油腔9和第二辅助油腔10为环形的油腔。

所述的补油系统是指第一子部件5和第二子部件6内分别设有补油管路11，补油管路11的一端与第二辅助油腔10相连通，补油管路11的另一端与第一辅助油腔9相连通。

所述的径向轴承2为静压轴承；

当如图所示一个径向轴承2与止推轴承的第一子部件5相近时，所述第一子部件5上的补油系统是指径向轴承2与转轴3之间的间隙和第一子部件5所对应的第一辅助油腔9连通，当然也可以是靠近第一子部件5的径向轴承2的回油槽2.4以及径向轴承2与转轴3之间的间隙与第一子部件5所对应的第一辅助油腔9连通；如图8所示通过径向轴承中的油液可以补充至左侧的第一辅助油腔9内，因此第一子部件5上无需额外的设置补油管路11；

所述第二子部件6上的补油系统是指，第二子部件6内设有补油管路11，补油管路11的一端与第二辅助油腔10相连通，补油管路11的另一端与第二子部件6所对应的第一辅助油腔9相连通。

所述的径向轴承2与第一子部件5为一体式结构。即如图所示径向轴承2的右侧形成工作油槽7作为第一子部件5使用，近止推轴承的径向轴承2和止推轴承当中的第一子部 件5可以是一个整体的毛配件加工而成。

所述第二辅助油腔10上设有回油口12，所述补油管路11与第二辅助油腔10连接处的端口几何中心的水平高度小于回油口12的几何中心的水平高度，所述回油口12与壳体1上的出油口13连通。参阅附图9所示，当回油口12设置的高度高于补油管路11的连接口的高度时可以使第二辅助油腔10的底部一直存余油用于供给补油管路11。当然所述的壳体1包括前端盖和后端盖，上述的出油口13设于后端盖上。

所述壳体1内设有供给各工作油槽7油液的进油通道14，所述的进油通道14的一端通过止推轴承上的进油支路8与各工作油槽7相连通，进油通道14的另一端与壳体1上的进油口15相连通。

所述的径向轴承2包括轴承本体2.1，轴承本体2.1的环形内壁上沿轴承本体2.1的径向内凹形成至少两个油槽2.2，所述轴承本体2.1上设有循环通道2.3，循环通道2.3的两端分别与油槽2.2沿轴承本体2.1的周向所对应的两端部连通。

相邻两个油槽2.2之间设有将油槽2.2内溢出的油液汇流的回油槽2.4。

所述回油槽2.4的长度方向沿轴承本体2.1的轴向延伸，且回油槽2.4的至少一端延伸至贯穿轴承本体2.1的端面或轴承本体2.1对应于各回油槽2.4所在的位置上设有至少一个用于连通回油槽2.4的回油道。所述的回油道是指回油用的通道，其可以时在壳体内设置的通道，也可以时额外设置的管路。

轴承本体2.1上对应于各油槽2.2所在的位置均分别设有用于供给各油槽2.2油液的进油孔2.5。进油孔2.5根据油腔压力所需大小采用小孔节流或薄膜反馈调节阀的方式控制压力。

以附图中所示的实施方式为例，其工作原理是，首先油液经过进油口15内的多个支路进入壳体，并且经过壳体1内的多个支路被分别输送至径向轴承2的各油腔内以及止推轴承的工作油槽7内，工作油槽7内形成高压油液，从而使轴肩4悬置于第一子部件5和第二子部件6之间，油液经过间隙流入第一辅助油腔9和第二辅助油腔10内，并最终通过回油管路从壳体1上的出油口流出形成循环，而当转轴3的转速持续上升至临界值时，由于离心力的作用，工作油槽7内的油液加速流动至第二辅助油腔10内，而第一辅助油腔9内的油液回流至工作油槽7内，此时第一辅助油腔9内的压力下降，在压力差的作用下通过补油管路将第二辅助油腔10和径向后轴承轴向的回油槽内的油液抽取并输送至第一辅助油腔9内，完成对工作油槽7的持续补偿，使转轴3始终处于高速稳定的旋转中。

以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不 仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种静压主轴，它包括壳体(1)和通过径向轴承(2)转动配合于壳体(1)内的转轴(3)，壳体(1)内设有用于限制转轴(3)沿轴向移动的止推轴承，其特征在于：所述的止推轴承包括对转轴(3)的轴肩(4)施加轴向平衡力的第一子部件(5)和第二子部件(6)，第一子部件(5)和第二子部件(6)近轴肩(4)的端面上分别设有工作油槽(7)，各工作油槽(7)与各自对应的轴肩(4)端面相配合形成主油腔，第一子部件(5)和第二子部件(6)上分别设有供给各自工作油槽(7)油液的进油支路(8)，主油腔通过轴肩(4)和止推轴承之间的间隙分别与近转轴(3)的第一辅助油腔(9)和远离转轴(3)的第二辅助油腔(10)相连通，第一子部件(5)和第二子部件(6)上分别设有当转轴(3)转速升高至临界值时通过第一辅助油腔(9)供给主油腔油液的补油系统。

2.根据权利要求1所述的静压主轴，其特征在于：所述的补油系统是指第一子部件(5)和第二子部件(6)内分别设有补油管路(11)，补油管路(11)的一端与第二辅助油腔(10)相连通，补油管路(11)的另一端与第一辅助油腔(9)相连通。

3.根据权利要求1所述的静压主轴，其特征在于：所述的径向轴承(2)为静压轴承；

第一子部件(5)上的补油系统是指径向轴承(2)与转轴(3)之间的间隙和第一子部件(5)所对应的第一辅助油腔(9)连通；

所述第二子部件(6)上的补油系统是指，第二子部件(6)内设有补油管路(11)，补油管路(11)的一端与第二辅助油腔(10)相连通，补油管路(11)的另一端与第二子部件(6)所对应的第一辅助油腔(9)相连通。

4.根据权利要求3所述的静压主轴，其特征在于：所述的径向轴承(2)与第一子部件(5)为一体式结构。

5.根据权利要求2或3所述的静压主轴，其特征在于：所述第二辅助油腔(10)上设有回油口(12)，所述补油管路(11)与第二辅助油腔(10)连接处的端口几何中心的水平高度小于回油口(12)的几何中心的水平高度，所述回油口(12)与壳体(1)上的出油口(13)连通。

6.根据权利要求1所述的静压主轴，其特征在于：所述壳体(1)内设有供给各工作油槽(7)油液的进油通道(14)，所述的进油通道(14)的一端通过止推轴承上的进油支路(8)与各工作油槽(7)相连通，进油通道(14)的另一端与壳体(1)上的进油口(15)相连通。

7.根据权利要求1所述的静压主轴，其特征在于：所述的径向轴承(2)包括轴承本体(2.1)，轴承本体(2.1)的环形内壁上沿轴承本体(2.1)的径向内凹形成至少两个油槽(2.2)，所述轴承本体(2.1)上设有循环通道(2.3)，循环通道(2.3)的两端分别与油槽(2.2)沿轴承本体(2.1)的周向所对应的两端部连通。

8.根据权利要求7所述的静压主轴，其特征在于：相邻两个油槽(2.2)之间设有将油槽(2.2)内溢出的油液汇流的回油槽(2.4)。

9.根据权利要求8所述的静压主轴，其特征在于：所述回油槽(2.4)的长度方向沿轴承本体(2.1)的轴向延伸，且回油槽(2.4)的至少一端延伸至贯穿轴承本体(2.1)的端面或轴承本体(2.1)对应于各回油槽(2.4)所在的位置上设有至少一个用于连通回油槽(2.4)的回油道。

10.根据权利要求7所述的静压主轴，其特征在于：轴承本体(2.1)上对应于各油槽(2.2)所在的位置均分别设有用于供给各油槽(2.2)油液的进油孔(2.5)。