CN106321634A - 一种复合式气浮轴系结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合式气浮轴系结构，包括轴芯和轴套，轴芯套设在轴套内，使得轴芯和轴套之间形成第一腔体，轴芯在轴套内转动，轴套上斜向设置有径向节流孔，径向节流孔贯穿轴套，使得第一腔体与外界连通，径向节流孔的开孔方向与轴芯在轴套内转动的方向一致，径向节流孔所在平面与轴芯相互垂直。本发明中，由于径向节流孔斜向设置在轴套上，而且径向节流孔的开孔方向与轴芯在轴套内转动的方向一致，当高压气体通过径向节流孔斜向进入第一腔体内时，高压气体随着轴芯的转动在第一腔体内中产生附加环流效应，可有效提高轴芯转动的稳定性，能解决因正向进气使得轴芯与轴承间隙中的气体存在扩散流动，从而产生的压力损失，导致稳定性下降的问题。

Description

一种复合式气浮轴系结构
技术领域
本发明涉及轴承领域，尤其涉及一种复合式气浮轴系结构。
背景技术
气体悬浮电主轴的核心支撑技术包括气体轴承技术，随着超精密加工技术的迅速发展，现有技术的气体轴承在结构上难以满足高性能电主轴的设计需求。因为现有技术的气浮轴系结构相对简单，采用这种气浮轴系往往有以下缺点：
(1)现有技术的气浮轴系结构中，节流孔一般采用正向布置，即进气方向与轴芯垂直，高压气体从节流孔正向进入，使得轴芯与轴承间隙中的气体存在轴向流动和因轴芯高速旋转引起的附加周向流动，即存在扩散流动，从而产生的压力损失，导致稳定性下降；
(2)现有技术的气浮轴系结构中，在气浮轴承受到外界碰击的时候，很容易破坏主轴处于高速运转状态中的平稳性，严重时会使得主轴停止转动，缩短主轴的寿命。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合式气浮轴系结构，由于径向节流孔斜向设置在轴套上，而且径向节流孔的开孔方向与轴芯在轴套内转动的方向一致，当高压气体通过径向节流孔斜向进入第一腔体内时，高压气体随着轴芯的转动在第一腔体内中产生附加环流效应，可有效提高轴芯转动的稳定性，能解决因正向进气使得轴芯与轴承间隙中的气体存在扩散流动，从而产生的压力损失，导致稳定性下降的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种复合式气浮轴系结构，包括轴芯和轴套，轴芯套设在轴套内，使得轴芯和轴套之间形成第一腔体，轴芯在轴套内转动，轴套上斜向设置有径向节流孔，径向节流孔贯穿轴套，使得第一腔体与外界连通，径向节流孔的开孔方向与轴芯在轴套内转动的方向一致，径向节流孔所在平面与轴芯相互垂直。
优选的，轴套包括轴外套和轴内套，轴内套套设在轴外套内，轴外套和轴内套之间设有第二腔体，轴内套上设有连通孔，连通孔贯穿轴内套，使得第一腔体与第二腔体连通。
优选的，径向节流孔均匀分布在轴套上，第一腔体呈环状结构，连通孔均匀分布在轴内套上，第二腔体呈环状结构。
优选的，轴套底部设有套座，轴芯底部径向向外设有突出部，套座内圈上设有止推槽，突出部位于止推槽内，使得突出部和止推槽之间形成第三腔体。
优选的，套座包括上壁、侧壁和下壁，上壁、侧壁和下壁依次固定连接形成一个半封闭的止推槽，上壁设有轴向节流孔，轴向节流孔贯穿上壁，使得第三腔体与外界连通，下壁左表面和轴芯之间形成泄气缝，使得第三腔体与外界连通。
优选的，上壁下表面设有连通槽和至少两道均压槽，相邻的均压槽之间通过连通槽相互连通，均压槽与轴向节流孔相互连通。
优选的，还包括机体，机体呈筒状结构，轴套套设在所述机体内。
优选的，机体上设有进气道，进气道与径向节流孔连通。
优选的，机体上设有进气道，进气道与轴向节流孔连通。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：轴芯套设在轴套内，使得轴芯和轴套之间形成第一腔体，当轴芯在轴套内转动的时候，由于径向节流孔斜向设置在轴套上，而且径向节流孔的开孔方向与轴芯在轴套内转动的方向一致，高压气体通过径向节流孔斜向进入第一腔体内，高压气体随着轴芯的转动在第一腔体内中产生附加环流效应，可有效提高轴芯转动的稳定性，能解决因正向进气使得轴芯与轴承间隙中的气体存在扩散流动，从而产生的压力损失，导致稳定性下降的问题；另一方面，轴套包括轴外套和轴内套，轴外套和轴内套之间设有第二腔体，在轴芯受到外界碰击的时候，轴芯会在第一腔体内向一方向偏移，此时导致第一腔体和第二腔体之间形成压力差，压力差会使气体通过连通孔从第一腔体内流向第二腔体，或者使气体通过连通孔从第二腔体内流向第一腔体，使得第一腔体和第二腔体达成压力平衡，气体往复通过连通孔，从而产生节流效应，将振动能量转化为热能，从而达到衰减振动的效果，可以保证轴芯处于高速运转状态中的平稳性，能解决由于气浮轴承因受到外界碰击而破坏主轴处于高速运转状态中的平稳性的问题；第三方面，由于上壁的下表面设有连通槽和至少两道均压槽，而且均压槽与轴向节流孔相互连通，高压气体通过轴向节流孔进入其中一道均压槽后，高压气体通过连通槽流向其他均压槽，可以有效的提高轴承的轴向承载力。
附图说明
图1为本发明复合式气浮轴系结构的一种实施方式的结构示意图。
图2为图1所示复合式气浮轴系结构中轴套的结构示意图。
图3为图2所示A部的放大结构示意图。
图4为图2所示轴套中套座的上壁下表面的结构示意图。
图5为图2所示B-B方向的剖视结构示意图。
图6为图2所示C-C方向的剖视结构示意图。
图7为图6所示B部的放大结构示意图。
图中：1、轴芯；11、突出部；21、径向节流孔；22、轴外套；23、轴内套；231、连通孔；24、第二腔体；25、止推槽；26、上壁；261、轴向节流孔；262、连通槽；263、均压槽；27、侧壁；28、下壁；3、机体；31、进气道。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
请参见图1-图7，本发明涉及一种复合式气浮轴系结构，包括轴芯1、轴套和机体3。
如图1所示，机体3内成型有第一通道，使得机体3呈圆筒状结构，将轴套套设在呈圆筒状结构的机体3内，可以为轴套提供一个承载载体。
如图2所示，轴套内成型有第二通道，使得轴套呈圆筒状结构，将轴芯1套设在轴套内(轴芯1和轴套之间不进行相互接触)，使得轴芯1和轴套之间形成第一腔体，而且第一腔体呈环状结构，机体3上成型有进气道31，在轴套上斜向成型有径向节流孔21(径向节流孔21成型与径向节流器中)，径向节流孔21均匀分布在轴套上并贯穿所述轴套，使得第一腔体依次通过径向节流孔21、进气道31与外界连通，径向节流孔21的开孔方向与轴芯1在轴套内转动的方向一致，径向节流孔21所在平面与轴芯1相互垂直。当轴芯1在轴套内转动的时候，由于径向节流孔21斜向设置在轴套上，而且径向节流孔21的开孔方向与轴芯1在轴套内转动的方向一致，高压气体通过径向节流孔21斜向进入第一腔体内，高压气体随着轴芯1的转动在第一腔体内中产生附加环流效应，可有效提高轴芯1转动的稳定性。
本实施方式中，同一平面中径向节流孔21的数量为十个。在其他实施方式中，同一平面中径向节流孔21的数量可以根据实际情况进行变更。例如可以为十一个、十二个、十三个或十四个。只要保证高压气体通过径向节流孔21斜向进入第一腔体内，高压气体在第一腔体内中产生附加环流效应，可有效提高轴芯1转动的稳定性即可。
本实施方式中，分布有径向节流孔21的平面的数量为四个。在其他实施方式中，分布有径向节流孔21的平面的数量可以根据实际情况进行变更。例如五个、六个、七个或十个。
如图2所示，轴套包括轴外套22和轴内套23，轴内套23套设在所述轴外套22内，在轴外套22和轴内套23之间成型有第二腔体24，而且第二腔体24呈环状结构，在轴内套23上成型有连通孔231(如图3所示)，连通孔231均匀分布在轴内套23上并贯穿所述轴内套23，使得第一腔体与第二腔体24连通。在轴芯1受到外界碰击的时候，轴芯1会在第一腔体内向一方向偏移，此时导致第一腔体和第二腔体24之间形成压力差，压力差会使气体通过连通孔231从第一腔体内流向第二腔体24，或者使气体通过连通孔231从第二腔体24内流向第一腔体，使得第一腔体和第二腔体24达成压力平衡，气体往复通过连通孔231，从而产生节流效应，将振动能量转化为热能，从而达到衰减振动的效果，可以保证轴芯1处于高速运转状态中的平稳性。
本实施方式中，同一平面中连通孔231的数量为十二个。在其他实施方式中，同一平面中连通孔231的数量可以根据实际情况进行变更。例如可以为十一个、十三个或十四个。只要保证气体往复通过连通孔231，从而产生节流效应，将振动能量转化为热能，从而达到衰减振动的效果即可。
本实施方式中，分布有连通孔231的平面的数量为四个。在其他实施方式中，分布有连通孔231的平面的数量可以根据实际情况进行变更。例如五个、六个、七个或十个。
如图2所示，轴套底部成型有套座，轴芯1底部径向向外成型有突出部11，在套座内圈上设有止推槽25，其中，套座包括上壁26、侧壁27和下壁28，上壁26、侧壁27和下壁28(下壁28为止推轴承)依次固定连接形成一个半封闭的止推槽25，将突出部11放置于所述止推槽25内，使得所述突出部11和止推槽25之间形成第三腔体(突出部11与第三腔体不进行接触)。在止推槽25的上壁26成型有轴向节流孔261(轴向节流孔261成型与轴向节流器中)，轴向节流孔261的开口方向竖直向下，轴向节流孔261贯穿所述上壁26，使得第三腔体依次通过轴向节流孔261、进气道31与外界连通，在止推槽25的下壁28左表面和轴芯1之间形成泄气缝，使得第三腔体与外界连通。当高压气体依次从进气道31、轴向节流孔261流进第三腔体内并从泄气缝流向外界时，使得轴芯1的突出部11与第三腔体实现零接触，可以减少突出部11与第三腔体之间的摩擦，而且突出部11位于所述止推槽25内，可以起到止推作用，即防止轴芯1在第二通道内轴向窜动。
如图4所示，在止推槽25上壁26下表面成型有连通槽262和三道均压槽263，相邻的均压槽263之间通过连通槽262相互连通，均压槽263与轴向节流孔261相互连通。高压气体通过轴向节流孔261进入其中一道均压槽263后，高压气体通过连通槽262流向其他均压槽263，可以有效的提高轴承的轴向承载力。
本实施方式中，均压槽263的数量为三道。在其他实施方式中，均压槽263的数量可以根据实际情况进行变更。例如五道、六道、七道或十道。
本实施方式中，连通槽262的数量为八道。在其他实施方式中，连通槽262的数量可以根据实际情况进行变更。例如六道、七道、九道或十道。只要高压气体通过连通槽262流向其他均压槽263，可以有效的提高轴承的轴向承载力即可。
当轴芯1在轴套内转动的时候，高压气体通过径向节流孔21斜向进入第一腔体内，起到径向支撑的作用，高压气体从轴向节流孔261流进第三腔体内，起到轴向支撑的作用，两者结合在一起，可以保证轴芯1工作时的精准度。
使用本发明时，将轴套套设在机体3内，然后将轴芯1套设在轴套内，使得轴芯1和轴套之间形成第一腔体，当轴芯1在轴套内转动的时候，由于径向节流孔21斜向设置在轴套上，而且径向节流孔21的开孔方向与轴芯1在轴套内转动的方向一致，高压气体通过径向节流孔21斜向进入第一腔体内，高压气体随着轴芯1的转动在第一腔体内中产生附加环流效应，可有效提高轴芯1转动的稳定性，能解决因正向进气使得轴芯1与轴承间隙中的气体存在扩散流动，从而产生的压力损失，导致稳定性下降的问题；另一方面，轴套包括轴外套22和轴内套23，轴外套22和轴内套23之间设有第二腔体24，在轴芯1受到外界碰击的时候，轴芯1会在第一腔体内向一方向偏移，此时导致第一腔体和第二腔体24之间形成压力差，压力差会使气体通过连通孔231从第一腔体内流向第二腔体24，或者使气体通过连通孔231从第二腔体24内流向第一腔体，使得第一腔体和第二腔体24达成压力平衡，气体往复通过连通孔231，从而产生节流效应，将振动能量转化为热能，从而达到衰减振动的效果，可以保证轴芯1处于高速运转状态中的平稳性，能解决由于气浮轴承因受到外界碰击而破坏主轴处于高速运转状态中的平稳性的问题；第三方面，当高压气体依次从进气道31、轴向节流孔261流进第三腔体内并从泄气缝流向外界时，使得轴芯1的突出部11与第三腔体实现零接触，可以减少突出部11与第三腔体之间的摩擦，而且突出部11位于所述止推槽25内，可以起到止推作用，即防止轴芯1在第二通道内轴向窜动；第四方面，由于上壁26下表面设有连通槽262和三道均压槽263，而且均压槽263与轴向节流孔261相互连通，高压气体通过轴向节流孔261进入其中一道均压槽263后，高压气体通过连通槽262流向其他均压槽263，可以有效的提高轴承的轴向承载力。
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 (9)

1.一种复合式气浮轴系结构，其特征在于：包括轴芯和轴套，所述轴芯套设在轴套内，使得轴芯和轴套之间形成第一腔体，所述轴芯在轴套内转动，
所述轴套上斜向设置有径向节流孔，所述径向节流孔贯穿所述轴套，使得所述第一腔体与外界连通，所述径向节流孔的开孔方向与轴芯在轴套内转动的方向一致，所述径向节流孔所在平面与轴芯相互垂直。
2.根据权利要求1所述的复合式气浮轴系结构，其特征在于：所述轴套包括轴外套和轴内套，所述轴内套套设在所述轴外套内，所述轴外套和轴内套之间设有第二腔体，
所述轴内套上设有连通孔，所述连通孔贯穿所述轴内套，使得所述第一腔体与第二腔体连通。
3.根据权利要求2所述的复合式气浮轴系结构，其特征在于：所述径向节流孔均匀分布在轴套上，所述第一腔体呈环状结构，所述连通孔均匀分布在轴内套上，所述第二腔体呈环状结构。
4.根据权利要求1所述的复合式气浮轴系结构，其特征在于：所述轴套底部设有套座，所述轴芯底部径向向外设有突出部，所述套座内圈上设有止推槽，
所述突出部位于所述止推槽内，使得所述突出部和止推槽之间形成第三腔体。
5.根据权利要求4所述的复合式气浮轴承，其特征在于：所述套座包括上壁、侧壁和下壁，所述上壁、侧壁和下壁依次固定连接形成一个半封闭的止推槽，
所述上壁设有轴向节流孔，所述轴向节流孔贯穿所述上壁，使得所述第三腔体与外界连通，
所述下壁左表面和轴芯之间形成泄气缝，使得所述第三腔体与外界连通。
6.根据权利要求5所述的复合式气浮轴承，其特征在于：所述上壁下表面设有连通槽和至少两道均压槽，所述相邻的均压槽之间通过连通槽相互连通，
所述均压槽与轴向节流孔相互连通。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的复合式气浮轴系结构，其特征在于：还包括机体，所述机体呈筒状结构，所述轴套套设在所述机体内。
8.根据权利要求7所述的复合式气浮轴系结构，其特征在于：所述机体上设有进气道，所述进气道与径向节流孔连通。
9.根据权利要求5所述的复合式气浮轴系结构，其特征在于：所述机体上设有进气道，所述进气道与轴向节流孔连通。
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