CN106704371B - 一种静压气体狭缝止推轴承及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种静压气体狭缝止推轴承的结构，外环设有径向进气孔并在内圆柱面下方设有环形槽i，内环小外径圆柱面下方设有环形槽ii，外环与内环之间下部固定有环塞，密封环分别嵌入环形槽中，其特征在于：内环大外径的外圆周面上设有均匀分布的非连续弧状狭缝，该弧状狭缝的数量、弧长l与弧宽w根据轴承的负载、刚度、气体流量计算确定。当其内环改变为实心的内圆柱时，则成为静压气体狭缝气浮垫的结构。根据狭缝的宽度及所在位置，配作内环或外环的尺寸，通过机加工和电化学加工相结合方式调整内外环的公差改变狭缝间隙的大小，从而满足设计要求，大幅度降低加工难度，简化制造工艺，提高产品精度，降低生产成本，在保证产品精度的前提下有效地提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于精密机械工程领域。
背景技术
气体轴承具有摩擦小，回转精度高的特点，在高速运动下，几乎不产生摩擦热，功耗低，并且能在非常恶劣的环境下工作，在超精密机床和高精度测试仪中得到广泛应用。静压气体轴承是通过节流器将外部的压缩气体导入间隙中，借助其静压支撑轴向负载。节流器是使气体静压具有承载能力的重要补偿单元，节流器的节流作用，是因为它具备某种形式的狭隘节流通道，当流体从狭隘流过，产生压降，使出口压力相对稳定，从而使静压流体膜具有承载能力和刚度，所以节流器是静压气体轴承研究的重要部分。按照节流器的结构与原理的不同，主要有以下几种节流方式：小孔节流、环面节流、狭缝节流、多孔质节流。环面节流稳定性较好，但是承载力低，刚度小。小孔节流由于气腔的存在，承载能力和刚度得到有效提高，然而气腔容易导致“气锤”振动现象的发生，轴承稳定性相对较差。多孔质节流具有较高承载和阻尼，然而对材料的特性要求较高，多孔质材料内部的空隙会形成气腔，同样会引起“气锤”振动；同时对气源的洁净度要求也较高。与小孔节流静压气体轴承相比，在相同工作尺寸时，狭缝节流静压气体轴承的供气点是连续分布的，减小了扩散效应和环向流动对轴承特性的不利影响，具有较高的承载、刚度及阻尼；同时不存在气腔，稳定性好，因此更适用于高速、高精度、高可靠性场合。但是由于它的精度要求高，加工难度大，造成制造工艺复杂，费工费力，成本居高不下。
发明内容 为克服现有技术中狭缝节流静压气体轴承生产时存在的工艺复杂的问题，本发明提出以下技术方案：一种静压气体狭缝止推轴承，外环设有径向进气孔并在内圆柱面下方设有环形槽i，截面为倒L形的内环小外径圆柱面下方设有环形槽ii，外环与内环之间下部固定有环塞从而在内环的小外径圆柱面上形成环状气腔，密封环i与密封环ii分别嵌入所述环形槽i与环形槽ii中，其特征在于：倒L形截面的内环大外径的外圆周面上设有均匀分布的非连续弧状狭缝，该弧状狭缝的数量、弧长l与弧宽w根据轴承的负载、刚度、气体流量计算确定。当这种静压气体狭缝止推轴承的内环改变为实心的内圆柱时，则成为静压气体狭缝气浮垫的结构。一种上述的静压气体狭缝止推轴承狭缝的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据轴承所需气体流量以及轴承的载荷、刚度计算所述外环的内径与内环大外径的直径并计算内环大外径外圆周面上所需弧状狭缝的数量以及各狭缝的弧长l与弧宽w；
2)以外环的内径为准，参照狭缝的弧宽w将内环大外径的直径加工为滑动配合间隙；
3)将内环上设定狭缝以外的各处用绝缘层进行覆盖；
4)对内环大外径圆柱面进行电镀，形成镀膜，该镀膜的厚度大于狭缝的弧宽w；
5)去除与清理所述绝缘层；
6)对内环大外径圆柱面上的镀膜磨削加工，保证该内环大外径圆柱面上的镀膜与外环的内径之间为过盈配合间隙；
7)将内环压入外环内，将包含狭缝侧的内外环圆柱端面磨平，将所述密封环i与密封环ii分别嵌入所述环形槽i与环形槽ii中，再将环塞塞入密封环i与密封环ii之间。静压气体狭缝气浮垫的加工方法步骤与上述内容相同。
本发明采用了上述技术方案的静压气体狭缝止推轴承与静压气体狭缝气浮垫，能够根据狭缝的宽度及所在位置，配作内环或外环的尺寸，通过机加工和电化学加工相结合方式调整内外环的公差改变狭缝间隙的大小，满足设计要求，使加工难度得到大幅度的降低，从而简化加工制造工艺，提高产品精度，降低生产成本，在保证产品精度的前提下有效地提高了生产效率。
附图说明
本发明共有8幅附图，其中
图1为本发明一种静压气体狭缝止推轴承的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视。
图3为图1中序号为1的零件即外环的结构示意图。
图4为图1中序号为4的零件即内环在镀铁前的结构示意图。
图5为图1中序号为4的零件即内环在镀铁后的结构示意图。
图6为图5的Ⅰ部放大图。
图7为本发明的另一种形式—一种静压气体狭缝气浮垫的结构示意图。
图8为静压气体狭缝节流止推轴承工作状态示意图。
图中：1、外环，2、密封环i，3、环塞，4、内环，5、狭缝，6、气腔，7、进气孔，8、环形槽i，9、环形槽ii，10、密封环ii，11、旋转轴，12、止推板，413、实心圆柱，14、镀膜。
具体实施方式 以下结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的狭缝节流方式为非连续狭缝，狭缝宽度w为10‐20μm，狭缝5的数量、宽度w、弧长l、深度参数，设计时根据轴承的承载力、刚度、气体流量要求，计算确定。狭缝节流止推轴承由外环1、密封环2、密封环10、环塞3、内环4组成。外环1为空心圆柱，内孔面下方加工有环形槽i-8，侧面加工径向进气孔7。内环4为截面呈倒L形的空心圆柱体，小外径外圆柱面下方加工有环形槽ii-9，大外径圆柱面根据狭缝数量部分进行镀铁，形成凸凹相间的结构。密封环2装入加工完成后的外环1的环形槽i-8，密封环10装入加工完成后的内环4的环形槽ii-9，然后将外环1与内环4采用过盈配合压装在一起。环塞3装入密封环2和密封环10之间，固定在外环1和内环4之间，在内环4的小外径圆柱上形成密封的环状气腔6。这种狭缝节流止推轴承工作时，高压气体由进气孔7进入内外环间的环形气腔6，然后由狭缝5流出，在流出的表面上方与止推板12形成一层高压气膜，支撑轴向负载。狭缝5的最终制作宽度w由内外环组装之后确定，取决于内外环的加工尺寸及镀层14的尺寸。当内环4改变为实心圆柱时，它在附图7中变序号为413。图7表示狭缝节流气浮垫的结构。
狭缝的加工工艺过程如下：
1、按附图3加工外环1，并对内孔进行磨削，尺寸公差为±0.05，保证内孔加工尺寸。
2、在三坐标测量仪上精确测量外环1的内孔尺寸。
3、按附图4加工内环4。
4、在三坐标测量仪上精确测量内环4上部大圆柱外径。
5、将内环4上部圆柱外圆进行磨削，直径尺寸小于外环内孔直径10‐20μm。
6、用汽油擦洗内环4，对内环4除油。
7、根据狭缝5的数量，将内环4非狭缝处进行绝缘保护。
8、内环4装上挂具，放入镀槽中进行镀铁，控制镀层厚度，形成图5所示的内环4的结构。
9、将内环4从镀槽中取出，进行清洗和去除绝缘，卸下挂具。
10、在三坐标测量仪上精确测量内环4上部镀铁部位圆柱外径。
11、将内环4上部镀铁处圆柱外圆进行磨削，使其直径尺寸大于外环1内孔直径5‐10μm。
12、将外环1和内环4压装形成轴承节流狭缝5。
附图8是狭缝节流止推轴承的工作状态示意图，其中序号12为止推板，序号11为旋转轴。
由于狭缝5的间隙宽度w只有十几微米，完全采用机加工的方法很难实现。因此本发明采用机加工和材料电化学加工方法相结合，由内外环组合方式保证狭缝间隙，既可以使狭缝间隙满足设计要求，还使加工难度得到较大降低。
Claims (4)
1.一种静压气体狭缝止推轴承，外环(1)设有径向进气孔(7)并在内圆柱面下方设有环形槽i(8)，截面为倒L形的内环(4)小外径圆柱面下方设有环形槽ii(9)，所述外环(1)与内环(4)之间下部固定有环塞(3)从而在所述内环(4)的小外径圆柱面上形成环状气腔(6)，密封环i(2)与密封环ii(10)分别嵌入所述环形槽i(8)与环形槽ii(9)中，其特征在于：所述倒L形截面的内环(4)大外径的外圆周面上设有均匀分布的非连续弧状狭缝(5)，该弧状狭缝(5)的数量、弧长l与弧宽w根据轴承的负载、刚度、气体流量计算确定。
2.根据权利要求1所述的静压气体狭缝止推轴承狭缝的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据轴承所需气体流量以及轴承的载荷、刚度计算所述外环(1)的内径与内环(4)大外径的直径并计算内环(4)大外径外圆周面上所需弧状狭缝(5)的数量以及各狭缝(5)的弧长l与弧宽w；
2)以所述外环(1)的内径为准，参照所述狭缝(5)的弧宽w将内环(4)大外径的直径加工为滑动配合间隙；
3)将内环(4)上设定狭缝(5)以外的各处用绝缘层进行覆盖；
4)对内环(4)大外径外圆柱面进行电镀，形成镀膜(14)，该镀膜(14)的厚度大于所述狭缝(5)的弧宽w；
5)去除与清理所述绝缘层；
6)对内环(4)大外径外圆柱面上的镀膜(14)磨削加工，保证该内环(4)大外径外圆柱面上的镀膜(14)与外环(1)的内径之间为过盈配合间隙；
7)将内环(4)压入外环(1)内，将包含狭缝侧的内外环圆柱端面磨平，将所述密封环i(2)与密封环ii(10)分别嵌入所述环形槽i(8)与环形槽ii(9)中，再将环塞(3)塞入密封环i(2)与密封环ii(10)之间。
3.一种静压气体狭缝气浮垫，外环(1)设有径向进气孔(7)并在内圆柱面下方设有环形槽i(8)，实心的内圆柱(413)小外径圆柱面下方设有环形槽ii(9)，所述外环(1)与内圆柱(413)之间下部固定有环塞(3)从而在所述内圆柱(413)的小外径圆柱面上形成环状气腔(6)，密封环i(2)与密封环ii(10)分别嵌入所述环形槽i(8)与环形槽ii(9)中，其特征在于：实心的内圆柱(413)大外径的外圆周面上设有均匀分布的弧状狭缝(5)，所述弧状狭缝(5)的数量、弧长与宽度根据轴承的负载、刚度、气体流量计算确定。
4.根据权利要求3所述的一种静压气体狭缝气浮垫狭缝的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：1)根据气浮垫所需气体流量以及载荷、刚度计算所述外环(1)的内径与实心的内圆柱(413)大外径的直径并计算内环(4)大外径外圆周面上所需弧状狭缝(5)的数量以及各狭缝(5)的弧长l与弧宽w；
2)以所述外环(1)的内径为准，参照所述狭缝(5)的弧宽w将内环(4)大外径的直径加工为滑动配合间隙；
3)将内圆柱(413)上设定狭缝(5)以外的各处用绝缘层进行覆盖；
4)对内圆柱(413)大外径外圆柱面进行电镀，形成镀膜(14)，该镀膜(14)的厚度大于所述狭缝(5)的弧宽w；
5)去除与清理所述绝缘层；
6)对实心的内圆柱(413)大外径外圆柱面上的镀膜(14)磨削加工，保证该内圆柱(413)的大外径圆柱面上的镀膜(14)与外环(1)的内径之间为过盈配合间隙；
7)将内圆柱(413)压入外环(1)内，将包含狭缝侧的内外环圆柱端面磨平，将所述密封环i(2)与密封环ii(10)分别嵌入所述环形槽i(8)与环形槽ii(9)中，再将环塞(3)塞入密封环i(2)与密封环ii(10)之间。
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