CN106112753B - 气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，接触杆下端的两个吊臂之间设置接触轮，该接触轮套装于接触轮轴上，接触轮与接触轮轴之间小间隙配合；在接触轮轴上沿其轴心线开设有第一气流通道，接触轮轴位于接触轮内的轴身上分布气体排出孔，第一气流通道通过接触杆上的第二气流通道与支撑杆上的第三气流通道连通，在支撑杆上设有供气体进入第三气流通道的气体入口。本发明采用一种能实现轴与轴套无机械接触的气浮式结构，能抵抗接触轮重力、磨削压力和砂带张力等，保证接触轮轴和轴套之间存在有效间隙，达到气浮的效果，从而减少了磨损；低温气体通过热交换带走接触轮上的磨削热，有效提高了接触轮的提高寿命。

Description

气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置

技术领域

本发明属于砂带磨削技术领域，具体涉及一种适用于整体叶盘及叶片的砂带磨削中心的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置。

背景技术

随着我国科技发展，航空航天等高精尖领域对动力装置性能要求甚严。作为能源转换装置核心部件的叶片和整体叶盘，其生产效率和加工精度对整机性能都有着重要的影响。抛光工艺作为航发叶片及整体叶盘加工的最后一道工序，直接影响其表面质量和气动性。砂带磨削作为一种“万能”和“冷态”磨削方法被广泛的应用于叶片的抛光，且在近年来砂带磨削方法集成数控加工技术的数控砂带磨削技术被成功应用到叶片精密加工中，并正在逐步取代人工抛光成为航发叶片抛光的主流方法。随着砂带磨削和装置技术的快速发展，砂带研磨抛光机床已经发展为一种加工效率高、适应性强、应用范围广、使用成本低、操作安全方便的精加工设备。目前，数控砂带磨床已成功实现了对汽轮机叶片、航空发动机叶片等一些复杂曲面零件的抛磨工作。

为保证航空发动机叶片的磨削质量，要求叶片数控砂带磨削中心的接触轮半径要小于叶片曲面的最小曲率半径。且由于航发叶片具有型面复杂、曲率半径变化大且曲率半径较小的特点，则要求用于小曲率半径的航发叶片砂带磨削中心的接触轮半径必须较小。航空发动机整体叶盘与传统的航空发动机叶片相比，它的应用有利于航空发动机性能的提高、机构的简化、质量的减轻、可靠性与耐久度的提高。但其结构复杂，空间狭小，且同样叶盘的叶根等部位曲率半径极小，故要求整体叶盘砂带磨削中心使用小半径接触轮。

小半径接触轮的直径大约只有普通接触轮的1/5至1/10，其在尺寸上满足了小曲率半径叶片和整体叶盘砂带磨削的要求。由于尺寸的限制，小接触轮只能采用轴代替传统轴承。在高速磨削情况下，小接触轮的转速可达几万到几十万转。传统砂带磨削采用的冷却液冷却润滑方法对超高转速条件下的接触轮冷却效果并不明显，且其具有冷却液飞溅和清洁性较差等缺点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置。

本发明技术方案如下：一种气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，包括接触杆、支撑杆、安装座和接触轮，支撑杆的上端固定于安装座上，支撑杆的下端与接触杆的上端相固定，其特征在于：所述接触杆的下端一体形成有两个吊臂，在两个吊臂之间设置接触轮，该接触轮套装于接触轮轴上，接触轮与接触轮轴之间小间隙配合；在所述接触轮轴上沿其轴心线开设有第一气流通道，接触轮轴位于接触轮内的轴身上分布气体排出孔，气体排出孔从接触轮轴的圆周面贯通至第一气流通道的内壁；所述第一气流通道通过接触杆上的第二气流通道与支撑杆上的第三气流通道连通，在支撑杆上设有供气体进入第三气流通道的气体入口。

本发明针对航空发动机叶片和整体叶盘砂带磨削中心的接触轮冷却润滑问题，特别是小半径接触轮的冷却润滑问题，设计了一种采用低温气体进行气浮、冷却润滑的接触轮装置。经压缩后的低温冷却气体从支撑杆上的气体入口进去，通过支撑杆上的第三气流通道进入接触杆上的第二气流通道，然后进入接触轮轴上的第一气流通道，最后由接触轮轴上的气体排出孔溢出，并充满接触轮轴和接触轮之间的间隙，使二者呈现气浮的状态，从而减少磨损；低温气体通过热交换带走接触轮上的磨削热，提高了接触轮提高寿命。

气体优选为超临界二氧化碳，经压缩后的低温超临界二氧化碳能抵抗接触轮重力、磨削压力和砂带张力等，保证接触轮轴和接触轮之间存在有效间隙，达到气浮的效果，减少磨损；采用低温超临界二氧化碳代替传统冷却液进行冷却，具有冷却介质来源广、清洁环保、安全等优点。

接触杆与接触轮轴气流通道的工艺孔用焊锡密封，支撑杆气流通道的工艺孔用螺钉密封。这样大尺寸的工艺孔采用螺钉密封经济有效；焊锡可以解决小尺寸工艺孔的密封，不但经济，而且美观实用。

为了简化结构，方便加工制作，降低生产成本，确保磨削效果，所述接触轮由轴套和橡胶圈构成，橡胶圈通过硫化固定于轴套上，该橡胶圈为空心圆柱结构，橡胶圈的两端与轴套的对应端面平齐。

所述接触轮轴由硬质合金钢制成，气体排出孔在接触轮轴上均匀分布，且气体排出孔垂直于接触轮轴的轴心线。以上结构接触轮轴具有较好的耐磨特性，能提高系统寿命；气体排出孔便于加工，并且可以使气体均匀充满接触轮与接触轮轴的间隙，达到良好的气浮和冷却效果。

为了便于接触轮轴装配，使接触轮轴安装牢靠，所述接触轮轴的端部伸入对应的吊臂中，接触轮轴通过粘合剂与吊臂相固定。

所述接触杆的上端一体形成有小柱，该小柱由支撑杆下端的适配孔套入，在接触杆与支撑杆接合处的外侧对称设置压板，该压板通过螺钉与支撑杆连接，使支撑杆和接触杆固定在一起。以上结构一方面牢固可靠，另一方面，接触杆和支撑杆通过压板连接便于拆卸与替换，在加工中可以根据需要通过更换接触杆与接触轮组件随时变换接触轮规格，在接触轮损坏后只需更换接触轮与接触杆组件即可，减少了更换零件时间。

为了增强气密性，防止接触杆与支撑杆的连接处发生泄漏，在所述小柱上的环槽中套装O型密封圈，该O型密封圈的外缘嵌入支撑杆下端适配孔孔壁的浅槽中。

所述接触杆上的第二气流通道为总分式结构，由主流孔和分流孔组成，所述分流孔为平顶“∩”形，该分流孔的两竖段分别位于两个吊臂中，并分别与第一气流通道的两头连通，分流孔的横段的中部与主流孔的下端连通，主流孔的上端贯通至小柱的顶面。以上结构第二气流通道中的压缩气体分流后从接触轮轴两端均匀进去，保证了压缩气体的气浮效果。

为了方便加工，并有利于与气源连接，所述支撑杆上的第三气流通道为“┒”形，由横孔和竖孔组成，横孔的孔口处扩孔形成气体入口，该气体入口为管螺纹孔。

所述支撑杆的横截面为“工”字形，在支撑杆上形成两条对称的导槽，该导槽的深度从上往下逐渐增大，使两个导槽的共壁呈上宽下窄的楔形。以上结构不仅支撑杆的强度好，不易发生变形或损坏，而且通过导槽可以对砂带起导向作用，防止跑带。

所述安装座为两段式圆柱结构，在安装座大直径段的端面上开设矩形导向槽，支撑杆的上端位于该矩形导向槽中，支撑杆与安装座小间隙配合，并通过螺钉固定。以上结构安装座与机床连接容易；支撑杆和安装座通过安装座上的矩形导向槽连接，可以保证整个装置在竖直方向上的精度要求。

有益效果：本发明采用一种能实现轴与轴套无机械接触的气浮式结构，能抵抗接触轮重力、磨削压力和砂带张力等，保证接触轮轴和轴套之间存在有效间隙，达到气浮的效果，从而减少了磨损；低温气体通过热交换带走接触轮上的磨削热，有效提高了接触轮的提高寿命。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图2的俯视图。

图4是图1的A部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2所示，本发明通过安装座4与机床连接固定。安装座4为两段式圆柱结构，安装座4与机床连接部分为小直径段，该小直径段尺寸与机床上对应安装孔呈小间隙配合关系，安装座4上均匀分布有4个用于与机床固定的螺钉孔。

如图1、图2、图3所示，支撑杆2的横截面为“工”字形，在支撑杆2上形成两条对称的导槽23，该导槽23的深度从上往下逐渐增大，使两个导槽23的共壁呈上宽下窄的楔形。在安装座4大直径段的端面上开设矩形导向槽，支撑杆2的上端位于该矩形导向槽中，支撑杆2与安装座4小间隙配合，并通过螺钉固定。

如图1、图2所示，接触杆1的上端一体形成有小柱13，该小柱13由支撑杆2下端的适配孔套入，两者小间隙配合。在接触杆1与支撑杆2接合处的左右两侧对称设置压板3，压板3呈“L”形，支撑杆2与压板3通过螺钉连接，该螺钉连接部分设置在压板3“L”形的竖直边上，压板3“L”形的横边的长度采用正公差，保证压板能从左右两边施力将接触杆1压紧，使支撑杆2和接触杆1固定在一起。在小柱13上的环槽中套装O型密封圈5，该O型密封圈5的外缘嵌入支撑杆2下端适配孔孔壁的浅槽中，以防止接触杆1与支撑杆2的接合处发生气体泄漏。

如图1、图4所示，接触杆1的下端竖直向下一体延伸，形成有两个吊臂11，这两个吊臂11相对称。在两个吊臂11之间设置接触轮，接触轮由轴套7和橡胶圈8构成，橡胶圈8通过硫化固定于轴套7上，该橡胶圈8为空心圆柱结构，橡胶圈8的两端与轴套7的对应端面平齐。接触轮套装于接触轮轴6上，接触轮轴6由硬质合金钢制成，接触轮与接触轮轴6之间小间隙配合，间隙的具体大小根据实际需要确定。接触轮轴6的端部伸入对应的吊臂11中，接触轮轴6通过粘合剂与吊臂11相固定。

如图1、图4所示，在接触轮轴6上沿其轴心线开设有第一气流通道61，接触轮轴6位于接触轮内的轴身上均匀分布气体排出孔62，气体排出孔62垂直于接触轮轴6的轴心线，气体排出孔62从接触轮轴6的圆周面贯通至第一气流通道61的内壁。在接触杆1上开设第二气流通道12，接触杆1上的第二气流通道12为总分式结构，由主流孔和分流孔组成，其中，分流孔为平顶“∩”形，该分流孔的两竖段分别位于两个吊臂11中，并分别通过接触轮轴6上的过渡气道与第一气流通道61的两头连通，分流孔的横段的中部与主流孔的下端连通，主流孔的上端贯通至小柱13的顶面。在支撑杆2的下段开设第三气流通道21，第三气流通道21为“┒”形，由横孔和竖孔组成，第三气流通道21横孔的进气孔口处扩孔形成气体入口22，该气体入口22为管螺纹孔。第三气流通道21的竖孔贯通至支撑杆2下端的适配孔，并与接触杆1上的第二气流通道12连通。

本发明的工作原理如下

气体入口22通过管路与气源连接，经压缩后的低温冷却气体(优选二氧化碳)从支撑杆2上的气体入口22进去，通过支撑杆2上的第三气流通道21进入接触杆1上的第二气流通道12，分流后从两端进入接触轮轴6上的第一气流通道61，最后由接触轮轴6上的气体排出孔62溢出，并充满接触轮轴6和轴套7之间的间隙，使接触轮轴6和接触轮呈现气浮的状态，从而减少磨损；低温气体通过热交换带走接触轮上的磨削热，提高了接触轮提高寿命。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化，如改变接触轮的结构，或者改变接触杆与支撑杆之间的连接方式等等。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，包括接触杆(1)、支撑杆(2)、安装座(4)和接触轮，支撑杆(2)的上端固定于安装座(4)上，支撑杆(2)的下端与接触杆(1)的上端相固定，其特征在于：所述接触杆(1)的下端一体形成有两个吊臂(11)，在两个吊臂(11)之间设置接触轮，该接触轮套装于接触轮轴(6)上，接触轮与接触轮轴(6)之间小间隙配合；在所述接触轮轴(6)上沿其轴心线开设有第一气流通道(61)，接触轮轴(6)位于接触轮内的轴身上分布气体排出孔(62)，气体排出孔(62)从接触轮轴(6)的圆周面贯通至第一气流通道(61)的内壁；所述第一气流通道(61)通过接触杆(1)上的第二气流通道(12)与支撑杆(2)上的第三气流通道(21)连通，在支撑杆(2)上设有供气体进入第三气流通道(21)的气体入口(22)；

所述接触轮轴(6)由硬质合金钢制成，气体排出孔(62)在接触轮轴(6)上均匀分布，且气体排出孔(62)垂直于接触轮轴(6)的轴心线。

2.如权利要求1所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述接触轮由轴套(7)和橡胶圈(8)构成，橡胶圈(8)通过硫化固定于轴套(7)上，该橡胶圈(8)为空心圆柱结构，橡胶圈(8)的两端与轴套(7)的对应端面平齐。

3.如权利要求1或2所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述接触轮轴(6)的端部伸入对应的吊臂(11)中，接触轮轴(6)通过粘合剂与吊臂(11)相固定。

4.如权利要求3所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述接触杆(1)的上端一体形成有小柱(13)，该小柱(13)由支撑杆(2)下端的适配孔套入，在接触杆(1)与支撑杆(2)接合处的外侧对称设置压板(3)，该压板(3)通过螺钉与支撑杆(2)连接，使支撑杆(2)和接触杆(1)固定在一起。

5.如权利要求4所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：在所述小柱(13)上的环槽中套装O型密封圈(5)，该O型密封圈(5)的外缘嵌入支撑杆(2)下端适配孔孔壁的浅槽中。

6.如权利要求4或5所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述接触杆(1)上的第二气流通道(12)为总分式结构，由主流孔和分流孔组成，所述分流孔为平顶“∩”形，该分流孔的两竖段分别位于两个吊臂(11)中，并分别与第一气流通道(61)的两头连通，分流孔的横段的中部与主流孔的下端连通，主流孔的上端贯通至小柱(13)的顶面。

7.如权利要求6所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述支撑杆(2)上的第三气流通道(21)为“┒”形，由横孔和竖孔组成，横孔的孔口处扩孔形成气体入口(22)，该气体入口(22)为管螺纹孔。

8.如权利要求1或4或5或7所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述支撑杆(2)的横截面为“工”字形，在支撑杆(2)上形成两条对称的导槽(23)，该导槽(23)的深度从上往下逐渐增大，使两个导槽(23)的共壁呈上宽下窄的楔形。

9.如权利要求8所述的气体悬浮冷却式砂带磨头接触轮装置，其特征在于：所述安装座(4)为两段式圆柱结构，在安装座(4)大直径段的端面上开设矩形导向槽，支撑杆(2)的上端位于该矩形导向槽中，支撑杆(2)与安装座(4)小间隙配合，并通过螺钉固定。