CN107906125A - 一种动静压柱体转动副 - Google Patents

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Abstract

根据本发明所涉及的动静压柱体转动副，包括容纳组件以及转动件，容纳组件包括容纳件、多个静压衬套以及多个动压衬套，容纳件具有多个用于通过流体的静压通道和动压通道，静压通道和动压通道分别设置在容纳件的内壁中且贯通内凹圆柱面和外表面，静压衬套具有静压凹腔，静压衬套设置在第一凹腔的开口处且静压凹腔开口朝向内凹圆柱面，动压衬套具有动压凹腔，动压衬套设置在第二凹腔的开口处且动压凹腔的开口朝向内凹圆柱面，动压凹腔的底部与第二凹腔相连通，动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的。根据本发明的动静压柱体转动副，凸圆柱旋转时与凹圆柱面互不接触，因此采用气体或液体动静压技术能提高转动副上转动轴的动态旋转精度。

Description

一种动静压柱体转动副
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种动静压柱体转动副。
背景技术
现有的转动副大多转动时为接触状态，转动精度和效率均不高。
采用气体或液体动、静压技术与柱体结构结合的转动副，是目前提高主轴旋转精度有效的途径之一。
根据气体(空气)或液体(油液)静压技术基本原理，具有压力的液体或气体介质，分别进入到凹圆柱体轴承的多个凹腔中，以形成静压力,将相配对的凸圆柱浮起,旋转时处于非接触状态,并承受外力作用；动压技术不需要供压力油,只要在凹腔里做成所要求的斜楔衬套,并有充足的气体或液体介质,凸圆柱旋转后便产生动压力而浮起，其动压力的大小与下面条件有关，两个圆柱间隙越小、工作面尺寸和介质密度越大、旋转速度越高,动压力越大。但该柱体轴承的圆柱工作面及凹腔的加工精度要求高，加工困难、成本高。
根据气体(空气)或液体(油液)动、静压技术基本原理，液体或气体介质，分别进入到柱体转动副凹圆柱面的多个腔室中，当凸圆柱旋转时，介质从多个腔室中形成动压力，凸圆柱转速越高、介质密度越高、凹凸圆柱间隙越小，动压力越大，由于凹、凸圆柱面之间有一定的间隙，凸圆柱浮起，旋转时处于非接触状态，但该柱体转动副的凹柱面及腔室的加工精度要求高，加工成本大。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对柱面及凹腔加工精度要求不高，能降低加工成本的同时具有动压和静压技术的动静压柱体转动副。
本发明提供了一种动静压柱体转动副，具有这样的特征，包括容纳组件，包括具有内凹圆柱面和外表面的容纳件、多个静压衬套以及多个动压衬套；以及转动件，具有与内凹圆柱面相配的外凸圆柱面，设置在内凹圆柱面内，容纳组件包括具有内凹圆柱面和外表面的容纳件、多个静压衬套以及多个动压衬套，容纳件具有多个用于通过流体的静压通道和动压通道，静压通道和动压通道分别设置在容纳件的内壁中且贯通内凹圆柱面和外表面，静压通道包括设置在内凹圆柱面上向内凹的第一凹腔和连通第一凹腔和外表面的静压孔道，动压通道包括设置在内凹圆柱面上向内凹的第二凹腔和连通第二凹腔和外表面的动压孔道，静压衬套具有呈柱形的静压凹腔，静压衬套设置在第一凹腔的开口处且静压凹腔开口朝向内凹圆柱面，静压凹腔的底部与第一凹腔相连通，动压衬套具有动压凹腔，动压衬套设置在第二凹腔的开口处且动压凹腔的的开口朝向内凹圆柱面，动压凹腔的底部与第二凹腔相连通，动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的。
在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，多个静压衬套和动压衬套沿至少一个布置平面设置在内凹圆柱面上，布置平面为垂直于转动件的旋转轴线的平面。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，静压凹腔腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种，动压凹腔沿布置平面的剖面呈月牙形或沿布置平面的剖面的两端呈楔形，动压凹腔腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔和第二凹腔沿布置平面均匀交替设置在内凹圆柱面上，内凹圆柱面和外凸圆柱面的表面均设置有防腐涂层。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，静压衬套的顶端面高于内凹圆柱面,动压衬套的顶端面高于内凹圆柱面,第一凹腔呈柱形。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，静压衬套的顶端面为与内凹圆柱面吻合的弧形面且与内凹圆柱面吻合，动压衬套的顶端面为与内凹圆柱面吻合的弧形面且与内凹圆柱面吻合。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，静压凹腔的内凹的深度为0.5－5mm，静压凹腔总表面积占内凹圆柱面总表面积的20－60％，动压凹腔的内凹的深度为4－8mm，动压凹腔总表面积占内凹圆柱面总表面积的20－60％,间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为h2/h1，h2为动压凹腔的底部与外凸圆柱面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸圆柱面的距离。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，静压衬套与容纳件为固定连接或可拆卸连接，动压衬套与容纳件为固定连接或可拆卸连接。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，转动件的外凸圆柱面上沿布置平面设置有与静压凹腔和动压凹腔相对应的内凹的环槽或外凸的环带。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，静压衬套的数量至少为3个，动压衬套的数量至少为3个。
另外，在本发明提供的动静压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，设置在所述内凹的圆柱面底面上的所述第一凹腔的数量至少为2个。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的动静压柱体转动副，凸圆柱旋转时与凹圆柱面互不接触，始终处在气体或液体摩擦状态，这样，凸圆柱旋转时的旋转中心跳动量与凹凸圆柱的制造误差没有直接关系，即凸圆柱跳动量不等于凹凸圆柱圆度误差量，根据实测，凸圆柱旋转时的跳动量是凹凸圆柱圆度误差量的1/5－1/10，因此采用气体或液体动静压技术能提高转动副上转动轴的动态旋转精度，达到0.1-1.0μm。
动压技术不需输入有压力的介质，但必需保证凹柱的腔室有足够的油量、一定的粘度的介质、凹圆柱与凸圆柱之间较小的间隙以形成斜楔(楔尖向着凸圆柱的旋转方向)，具备了这些条件,当凸圆柱旋转时，介质从斜楔大端挤进小端而形成动压力，由此可知，凸圆柱不转不产生压力，转速越高、介质密度越高、凹凸圆柱间隙越小，动压力越大。
外部设置的油箱分两路供油，分别通过节流器控制油液压力和流量后进入静压油腔和动压油室，这两个功能根据需要选用，如要求承受高速及承载大的精密设备，应同时采用液体静压和动压柱体轴承，对低速及承载大的设备采用静压轴承，高速轻载设备采用动压轴承。能够实现一机多用，从而节省生产成本。
另外，由于动压衬套和静压衬套是后设置在内凹圆柱面上的，动压凹腔和静压凹腔的加工可以单独加工，因此加工难度大大降低，从而提高了动压凹腔和静压凹腔加工的工作效率，降低了加工成本。
附图说明
图1是本发明的实施例中动静压柱体转动副示意图；
图2是容纳件剖视示意图；
图3是图1中局部A在布置平面的剖视放大示意图；以及
图4是图1中C的放大示意图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的动静压柱体转动副作具体阐述。
实施例一
如图1所示，动静压柱体转动副100包括容纳组件10和转动件20。
容纳组件10包括包括容纳件11、多个静压衬套12以及多个动压衬套13。
如图2所示，容纳件11包括内凹圆柱面111、外表面112、多个静压通道113、多个动压通道114以及通孔116。
而在有些不需要轴通过的场合，容纳件11可以不设置通孔116。本实施例中，容纳件11在内凹圆柱面111中心的水平方向设置有用于转动轴40通过的通孔116，容纳件11采用金属制成。
静压通道113设置在容纳件11的内壁中且贯通内凹圆柱面111和外表面112，静压通道113包括设置在内凹圆柱面111上向内凹的第一凹腔113a和连通第一凹腔113a和外表面112的静压孔道113b，静压通道113用于通过流体，外部的高压流体通过外表面的静压孔道113b进入内凹圆柱面111。本实施例中，该流体为液体油。
动压通道114设置在容纳件11的内壁中且贯通内凹圆柱面111和外表面112，动压通道114包括设置在内凹圆柱面111上向内凹的第二凹腔114a和连通第二凹腔114a和外表面112的动压孔道114b，动压通道114用于通过流体，外部的流体通过外表面的动压孔道114b进入内凹圆柱面111。本实施例中，该流体为液体油。
如图4所示，静压衬套12具有呈圆柱形的静压凹腔121，静压衬套12设置在第一凹腔113a的开口处且静压凹腔121的开口朝向内凹圆柱面111，静压凹腔121的底部与第一凹腔113a相连通，实施例中，第一凹腔113a呈圆柱形，静压衬套12采用金属制成。
如图3所示，动压衬套13具有动压凹腔131，动压衬套13设置在第二凹腔114a的开口处且动压凹腔131的开口朝向内凹圆柱面111，动压凹腔131的底部与第二凹腔114a相连通，动压凹腔131的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，本实施例中，第二凹腔114a呈圆柱形，动压衬套13采用金属制成。
多个静压衬套12和多个动压衬套13沿至少一个布置平面设置在内凹圆柱面111上，布置平面为垂直于转动件20旋转轴线的平面，本实施例中如图1所示，转动件20旋转轴线为水平线，布置平面为两个，一个布置平面设置8个静压衬套12，另一个布置平面设置8个动压衬套13。
设置在内凹的圆柱面111底面上的第一凹腔113a的数量至少为2个，用于提供轴向力，实施例中设置在内凹圆柱面111底面上的第一凹腔113a的数量为4个，围绕转动件20旋转轴线均匀设置在内凹的圆柱面111底面上。
如图1所示，转动件20具有外凸圆柱面21，转动件20的外凸圆柱面21与内凹圆柱面111相配，凹、凸圆柱面之间有一定的间隙，转动件20绕水平线在内凹圆柱面111内旋转，当外部的液体油通过外表面的静压孔道113b和动压孔道114b进入内凹圆柱面111时，转动件20浮起，凸圆柱旋转时与凹圆柱处于非接触状态。
本实施例中，转动件20在水平方向设置有与通孔116相匹配的用于转动轴40通过的通孔。
实施例二
本实施例其它结构与实施例一相同，不同的是静压凹腔121腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种，动压凹腔131腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种，动压凹腔131沿布置平面的剖面呈月牙形或沿布置平面的剖面的两端呈楔形。
实施例二中静压凹腔121和动压凹腔131腔口的形状均为梯形，动压凹腔131沿布置平面的剖面呈月牙形。
实施例三
本实施例其它结构与实施例二相同，不同的是静压衬套12和动压衬套13的顶端面均高于内凹圆柱面111。
静压衬套12的轴向剖面可以为阶梯形状，动压衬套13的轴向剖面可以为阶梯形状。
实施例三中，静压衬套12和动压衬套13的顶端面与内凹圆柱面11的距离均为0.5mm。
实施例四
如图3、图4所示，本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是静压衬套12的顶端面为与内凹圆柱面111吻合的弧形面且与内凹圆柱面111吻合，动压衬套13的顶端面为与内凹圆柱面111吻合的弧形面且与内凹圆柱面111吻合。
实施例五
本实施例其它结构与实施例四相同，不同的是静压凹腔121的向内凹的深度为0.5－5mm，静压凹腔121总表面积占内凹圆柱面111总表面积的20－60％，动压凹腔131的向内凹的深度为4－8mm，动压凹腔131总表面积占内凹圆柱面111总表面积的20－60％，间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为h2/h1，h2为动压凹腔的底部与外凸圆柱面21的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸圆柱面21的距离。当间隙比为2.2时,承载能力最大。它根据载荷、转速、油的粘度、轴和轴承的材料及加工精度等因素决定。
实施例五中静压凹腔121和动压凹腔131的向内凹的深度均为4mm，静压凹腔121总表面积占内凹圆柱面11总表面积的22％，动压凹腔131总表面积占内凹圆柱面11总表面积的22％，间隙比为2。
实施例六
本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是静压衬套12与第一凹腔113a为固定连接，动压衬套13与第二凹腔114a为固定连接，静压衬套12与第一凹腔113a的连接方式采用粘接或过盈配合，动压衬套13与第二凹腔114a连接方式采用粘接或过盈配合，实施例六中静压衬套12与第一凹腔113a的连接方式采用粘接，动压衬套13与第二凹腔114a连接方式采用粘接。
实施例七
本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是静压衬套12与第一凹腔113a为可拆卸连接，动压衬套13与第二凹腔114a为可拆卸连接。
实施例七中静压衬套12与第一凹腔113a的连接方式采用螺钉连接，动压衬套13与114a的连接方式采用螺钉连接。
实施例八
本实施例的其它结构与实施例七相同，不同的是外凸圆柱面21上设置有防腐涂层。
实施例八中的防腐涂层为防腐漆。
实施例九
本实施例的其它结构与实施例七相同，不同的是内凹圆柱面111上设置有防腐涂层。
实施例九中的防腐涂层为纳米陶瓷。
实施例十
本实施例的其它结构与实施例六相同，不同的是静压衬套12和动压衬套13沿布置平面均匀交替设置在内凹圆柱面111上。
实施例十一
本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是转动构件20的外凸圆柱面21上沿布置平面设置有与静压凹腔121相对应的向内凹的环槽211，以及与动压凹腔131相对应的向内凹的环槽212。
实施例十二
本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是转动构件20的外凸圆柱面21上沿布置平面设置有与静压凹腔121和动压凹腔131相对应的向外凸的环带。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的动静压柱体转动副，凸圆柱旋转时与凹圆柱面互不接触，始终处在液体摩擦状态，这样，凸圆柱旋转时的旋转中心跳动量与凹凸圆柱的制造误差没有直接关系，即凸圆柱跳动量不等于凹凸圆柱圆度误差量，根据实测，凸圆柱旋转时的跳动量是凹凸圆柱圆度误差量的1/5－1/10，因此采用液体静压技术能提高主轴动态旋转精度。
另外，衬套是后设置在内凹圆柱面上的，衬套凹腔的加工难度要求大大降低，从而提高了衬套凹腔加工的工作效率，降低了加工成本。
进一步地，静压衬套、动压衬套的顶端均高于内凹圆柱面，内凹圆柱面的加工精度要求不高，具有提高工作效率，降低内凹圆柱面加工成本的作用。
进一步地，静压衬套、动压衬套与容纳构件均为粘结固定连接，具有加工方便的特点。
进一步地，转动构件的外凸圆柱面上沿布置平面设置有与静压凹腔、动压凹腔相对应的外凸的环带，对外凸圆柱面的加工精度要求大大降低，从而提高了工作效率，降低了加工成本。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动静压柱体转动副，其特征在于，包括：
容纳组件，包括具有内凹圆柱面和外表面的容纳件、多个静压衬套以及多个动压衬套，以及
转动件，具有与所述内凹圆柱面相配的外凸圆柱面，设置在所述内凹圆柱面内，
所述容纳件具有多个用于通过流体的静压通道和动压通道，所述静压通道和所述动压通道分别设置在所述容纳件的内壁中且贯通所述内凹圆柱面和所述外表面，
所述静压通道包括设置在所述内凹圆柱面上向内凹的第一凹腔和连通所述第一凹腔和所述外表面的静压孔道，
所述动压通道包括设置在所述内凹圆柱面上向内凹的第二凹腔和连通所述第二凹腔和所述外表面的动压孔道，
所述静压衬套具有呈柱形的静压凹腔，所述静压衬套设置在所述第一凹腔的开口处且所述静压凹腔开口朝向所述内凹圆柱面，所述静压凹腔的底部与所述第一凹腔相连通，
所述动压衬套具有动压凹腔，所述动压衬套设置在所述第二凹腔的开口处且所述动压凹腔的的开口朝向所述内凹圆柱面，所述动压凹腔的底部与所述第二凹腔相连通，所述动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的。
2.根据权利要求1所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，多个所述静压衬套和多个所述动压衬套沿至少一个布置平面设置在所述内凹圆柱面上，所述布置平面为垂直于所述转动件的旋转轴线的平面。
3.根据权利要求1所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，所述静压凹腔呈圆柱状，腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种，
所述动压凹腔沿所述布置平面的剖面呈月牙形或沿所述布置平面的剖面的两端呈楔形，所述动压凹腔腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，在同一个所述布置平面上，多个所述第一凹腔和多个所述第二凹腔是均匀交替设置在所述内凹圆柱面上，所述静压衬套的数量至少为3个，所述动压衬套的数量至少为3个，
所述内凹圆柱面和所述外凸圆柱面的表面均设置有防腐涂层。
5.根据权利要求1所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，所述静压衬套的顶端面高于所述内凹圆柱面,
所述动压衬套的顶端面高于所述内凹圆柱面,
所述第一凹腔呈柱形。
6.根据权利要求1所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，所述静压衬套的顶端面为与所述内凹圆柱面吻合的弧形面且与所述内凹圆柱面吻合，
所述动压衬套的顶端面为与所述内凹圆柱面吻合的弧形面且与所述内凹圆柱面吻合。
7.根据权利要求5或6所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，所述静压凹腔的内凹的深度为0.5－5mm，
所述静压凹腔总表面积占所述内凹圆柱面总表面积的20－60％，
所述动压凹腔的内凹的深度为4－8mm，所述动压凹腔总表面积占所述内凹圆柱面总表面积的20－60％,
间隙比为2－2.5,所述间隙比的表达式为h2/h1，
h2为所述动压凹腔的底部与所述外凸圆柱面的距离，h1为所述动压衬套的顶端面与所述外凸圆柱面的距离。
8.根据权利要求1所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，所述静压衬套与所述容纳件为固定连接或可拆卸连接，
所述动压衬套与所述容纳件为固定连接或可拆卸连接。
9.根据权利要求1所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，设置在所述内凹的圆柱面底面上的所述第一凹腔的数量至少为2个。
10.根据权利要求4所述的动静压柱体转动副，其特征在于：
其中，所述转动件的外凸圆柱面上沿所述布置平面设置有与所述静压凹腔和所述动压凹腔相对应的内凹的环槽或外凸的环带。
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