CN108067891A - 一种动压半球体轴承轴系及精密机床 - Google Patents

Abstract

根据本发明所涉及的动压半球体轴承轴系及精密机床，包括至少一个动压半球体轴承以及转动轴，动压半球体轴承具有支撑座、容纳组件以及转动件，容纳组件包括容纳件以及多个动压衬套，容纳件具有多个动压通道，动压衬套设置在第一凹腔的开口处且动压凹腔的开口朝向内凹半球面，动压凹腔的底部与第一凹腔相连通，动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，多个动压衬套沿至少一个布置平面设置在内凹半球面上。根据本发明的动压半球体轴承轴系，工作状态时，动压半球体轴承中的凸球旋转时与凹球面互不接触，相对于动压锥体轴承，动压半球体轴承具有更好的同心配合度，因此采用气体或液体动压技术能提高轴承上转动轴的动态旋转精度。

Description

一种动压半球体轴承轴系及精密机床

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种动压半球体轴承轴系及精密机床。

背景技术

现有技术的转动副大多转动时为接触状态，转动精度和效率均不高。

采用气体或液体动压技术与球体结构结合的轴承，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)动压技术基本原理，液体或气体介质，分别进入到球体轴承凹球面的多个腔室中，当凸球旋转时，介质从多个腔室中形成动压力，凸球转速越高、介质密度越高、凹凸球间隙越小，动压力越大，由于凹、凸球面之间有一定的间隙，凸球浮起，旋转时处于非接触状态，但该球体轴承的凹球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凹球面及腔室加工精度要求不高，能降低加工成本的动压半球体轴承轴系及精密机床。

本发明提供了一种动压半球体轴承轴系，具有这样的特征，包括至少一个动压半球体轴承；以及转动轴，设置在动压半球体轴承中，其中，动压半球体轴承具有支撑座、容纳组件以及转动件，容纳组件包括具有内凹半球面和外表面的容纳件以及多个动压衬套，容纳件具有多个用于通过流体的动压通道，动压通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹半球面和外表面，动压通道包括设置在内凹半球面上向内凹的第一凹腔和连通第一凹腔和外表面的动压孔道，动压衬套具有动压凹腔，动压衬套设置在第一凹腔的开口处且动压凹腔的开口朝向内凹半球面，动压凹腔的底部与第一凹腔相连通，动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，转动件具有与内凹半球面相配的外凸半球面，设置在内凹半球面内，多个动压衬套沿至少一个布置平面设置在内凹半球面上，布置平面为垂直于转动件的旋转轴线的平面，支撑座具有与容纳件的外表面相配的支撑座内腔，容纳件设置在支撑座内腔内且与支撑座内腔过盈配合，支撑座上设置有与动压孔道相连通的至少一个支撑座通道。

在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔的数量至少为3个。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，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，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，内凹半球面上还均匀设置有多条隔离槽，隔离槽位于相邻的两个第一凹腔之间，隔离槽的延伸端均交汇于转动构件的旋转轴线上，隔离槽的槽宽为2－4mm，深度2－5mm，内凹半球面和外凸半球面的表面均设置有防腐涂层。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套的顶端面高于内凹半球面。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套的顶端面为与内凹半球面吻合的弧形面且与内凹半球面吻合。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，动压凹腔的内凹深度为4－8mm，动压凹腔总表面积占内凹半球面总表面积的40－60％，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半球面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸半球面的距离。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套与容纳构件为固定连接或可拆卸连接。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，转动件的外凸半球面上沿布置平面设置有与动压凹腔相对应的内凹的环槽或外凸的环带。

另外，在本发明提供的动压半球体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，转动件和容纳件中设置有相匹配的贯通孔，转动轴设置在贯通孔中且贯通转动件和容纳件，或者，转动轴设置在转动件中。

本发明提供还一种精密机床，使用上述的任意一项的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，转动轴为精密机床中的工件旋转轴或刀具旋转轴。

在本发明提供的精密机床中，还可以具有这样的特征：

其中，精密机床为车床、磨床、镗床、铣床中的任意一种。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的动压半球体轴承轴系，工作状态时，动压半球体轴承中的凸球旋转时与凹球面互不接触，始终处在气体或液体摩擦状态，这样，凸球旋转时的旋转中心跳动量μ与凹凸球的制造误差没有直接关系，即凸球跳动量不等于凹凸球圆度误差量，根据实测，凸球旋转时的跳动量是凹凸球圆度误差量的1/5－1/10，相对于动压锥体轴承，动压半球体轴承具有更好的同心配合度，因此采用气体或液体动压技术能提高轴承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，但必需保证凹球腔室有足够的油量、一定的粘度的介质、凹球与凸球之间较小的间隙以形成斜楔(楔尖向着凸球的旋转方向)，具备了这些条件,当凸球旋转时，介质从斜楔大端挤进小端而形成动压力，由此可知，凸球不转不产生压力，转速越高、介质密度越高、凹凸球间隙越小，动压力越大。

另外，由于动压衬套是后设置在内凹半球面上的，衬套的动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压半球体轴承轴系示意图；

图2是本发明的实施例中动压半球体转动副示意图；

图3是本发明的实施例中容纳件剖视图；

图4是图3中B向视图；

图5是图2中局部A在布置平面的剖视放大示意图；以及

图6是支撑座的剖面图。

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压半球体轴承轴及机床作具体阐述。

实施例一

如图1所示，动压半球体轴承轴系100包括2个动压半球体轴承和一根转动轴40。

动压半球体轴承包括容纳组件10、转动件20、支撑座30。

如图2所示，容纳组件10包括包括容纳件11和多个动压衬套12。

如图3所示，容纳件11包括内凹半球面111、外表面112、多个动压通道113以及通孔114。

而在有些不需要轴通过的场合，容纳件11可以不设置通孔114。本实施例中，容纳件11在内凹半球面111中心的水平方向设置有用于转动轴40通过的通孔114，容纳件11采用金属制成。

动压通道113设置在容纳件11的内壁中且贯通内凹半球面111和外表面112，动压通道113包括设置在内凹半球面111上向内凹的第一凹腔113a和连通第一凹腔113a和外表面112的动压孔道113b，动压通道113用于通过流体，外部的流体通过外表面的动压孔道113b进入凹半球面111。本实施例中，该流体为液体油。

如图5所示，动压衬套12具有动压凹腔121，动压衬套12设置在第一凹腔113a的开口处且动压凹腔121的开口朝向内凹半球面111，动压凹腔121的底部与第一凹腔113a相连通，动压凹腔121的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，实施例中，动压衬套12采用金属制成。

如图3、图4所示，多个第一凹腔113a沿至少一个布置平面均匀设置在内凹半球面111上，布置平面为垂直于转动件20旋转轴线的平面，实施例中，转动件20旋转轴线为水平线，布置平面为两个，第一凹腔113a的数量为16个，每个布置平面上的第一凹腔113a为8个。

如图2所示，转动件20具有外凸半球面21，转动件20的外凸半球面21与内凹半球面111相配，凹、凸球面之间有一定的间隙，转动件20的轴线与内凹半球面111的轴线共线，转动件20绕水平线在内凹半球面111内旋转，当外部的液体油通过外表面的动压孔道113b经过动压衬套12进入凹半球面111时，转动件20浮起，旋转时处于非接触状态。

实施例中，转动件20在水平方向设置有与通孔114相匹配的用于转动轴40通过的通孔。

支撑座30具有与容纳件11的外表面112相配的支撑座内腔，容纳件11设置在支撑座内腔内且与支撑座内腔过盈配合。

支撑座30上设置有与动压孔道113b相连通的至少一个支撑座通道31。

如图6所示，支撑座通道31包括多个支撑座孔道311以及环槽312，环槽312沿至少一个布置平面内凹的设置在支撑座内腔表面上且与动压孔道113b相配，支撑座孔道311的一端与环槽312连通，另一端与外界连通。实施例中，支撑座孔道311的数量为2个，环槽312的数量为2个，支撑座30采用金属制成。

转动轴40设置在通孔114中且贯通转动件20和容纳件10，实施例中，转动轴40采用金属制成，转动轴40与转动件20过盈连接。

两个动压半球体轴承的内凹半球面布置方式为内凹面对内凹面,也可以反过来进行背对背布置，实施例中的布置方式为内凹面对内凹面。

实施例二

本实施例其它结构与实施例二相同，不同的是动压凹腔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121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，

实施例二中动压凹腔121腔口的形状为梯形，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，不同的是动压凹腔121的内凹的深度为4－8mm，动压凹腔121总表面积占内凹半球面总表面积的40－60％。

实施例三中动压凹腔121的内凹的深度为2mm，动压凹腔121总表面积占内凹半球面11总表面积的45％。

实施例四

如图5所示，本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是动压衬套12的顶端面为与内凹半球面吻合的弧形面且与内凹半球面相吻合，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半球面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸半球面的距离。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。

实施例四中间隙比为2.2。

实施例五

本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是动压衬套12的顶端面高于内凹半球面111，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半球面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸半球面的距离。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，动压衬套12的顶端面高于内凹半球面11的距离为0.5mm，间隙比为2.1。

动压衬套12的轴向剖面也可以为阶梯形状。

实施例六

本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是动压衬套12与第一凹腔113a为固定连接。

动压衬套12与第一凹腔113a为固定连接的方式采用粘接或过盈配合，实施例六中动压衬套12与第一凹腔113a的连接方式采用粘接。

实施例七

本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是动压衬套12与第一凹腔113a为可拆卸连接。

实施例七中动压衬套12与第一凹腔113a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，不同的是外凸半球面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，不同的是内凹半球面11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

如图4所示，本实施例的其它结构与实施例六相同，不同的是内凹半球面11上还均匀设置有多条隔离槽115，隔离槽115位于相邻的两个第一凹腔113a之间，隔离槽115的延伸端均交汇于转动构件的旋转轴线上，隔离槽115的槽宽为2－4mm，深度2－5mm。

实施例十中隔离槽115的槽宽为2.5mm，深度2mm，数量为8条。

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的外凸半球面21上沿布置平面设置有两条与动压凹腔121相对应的内凹的环槽211。

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的外凸半球面21上沿布置平面设置有两条与动压凹腔121相对应的外凸的环带。

实施例十三

本实施例的其它结构与实施例十二相同，不同的是支撑座通道31包括多条分别连通动压孔道113b和外界的支撑座孔道311，但没有环槽312，实施例中，支撑座孔道的数量是16个。

实施例十四

一种精密机床，使用上述的任意一种的动压半球体轴承轴系作为精密机床中的工件旋转轴或刀具旋转轴。

本实施例中，动压半球体轴承轴系采用实施例五中的动压半球体轴承轴系，转动轴为精密机床中的工件旋转轴。

实施例十五

本实施例的其它结构与实施例十四相同，

其精密机床为车床、磨床、镗床、铣床中的任意一种。

本实施例中精密机床为车床。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的动压半球体轴承轴系，凸球旋转时与凹球互不接触，始终处在气体或液体摩擦状态，这样，凸球旋转时的旋转中心跳动量与凹凸球的制造误差没有直接关系，即凸球跳动量不等于凹凸球圆度误差量，根据实测，凸球旋转时的跳动量是凹凸球圆度误差量的1/5－1/10，因此采用气体或液体静压技术能提高主轴动态旋转精度。

另外，动压衬套是后设置在内凹半球面上的，动压凹腔的加工难度要求大大降低，从而提高了动压凹腔加工的工作效率，降低了加工成本。

进一步地，动压衬套的顶端高于内凹半球面，内凹半球面的加工精度要求不高，具有提高工作效率，降低内凹半球面加工成本的作用。

进一步地，动压衬套与容纳构件为粘结固定连接，具有加工方便的特点。

进一步地，转动构件的外凸半球面上沿布置平面设置有与动压衬套相对应的外凸的环带，对外凸半球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)

1.一种动压半球体轴承轴系，其特征在于，包括：

至少一个动压半球体轴承；以及

转动轴，设置在所述动压半球体轴承中，

其中，所述动压半球体轴承具有支撑座、容纳组件以及转动件，

所述容纳组件包括具有内凹半球面和外表面的容纳件以及多个动压衬套，

所述容纳件具有多个用于通过流体的动压通道，所述动压通道设置在所述容纳件的内壁中且贯通所述内凹半球面和所述外表面，

所述动压通道包括设置在所述内凹半球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动压孔道，

所述动压衬套具有动压凹腔，所述动压衬套设置在所述第一凹腔的开口处且所述动压凹腔的开口朝向所述内凹半球面，所述动压凹腔的底部与所述第一凹腔相连通，所述动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，

所述转动件具有与所述内凹半球面相配的外凸半球面，设置在所述内凹半球面内，

多个所述动压衬套沿至少一个布置平面设置在所述内凹半球面上，所述布置平面为垂直于所述转动件的旋转轴线的平面，

所述支撑座具有与所述容纳件的外表面相配的支撑座内腔，所述容纳件设置在所述支撑座内腔内且与所述支撑座内腔过盈配合，

所述支撑座上设置有与所述动压孔道相连通的至少一个支撑座通道。

2.根据权利要求1所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述第一凹腔的数量至少为3个。

3.根据权利要求1所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，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1所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述内凹半球面上还均匀设置有多条隔离槽，所述隔离槽位于相邻的两个所述第一凹腔之间，所述隔离槽的延伸端均交汇于所述转动构件的旋转轴线上，

所述隔离槽的槽宽为2－4mm，深度2－5mm。

5.根据权利要求1所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述动压衬套的顶端面高于所述内凹半球面。

6.根据权利要求1所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述动压衬套的顶端面为与所述内凹半球面吻合的弧形面且与所述内凹半球面吻合。

7.根据权利要求1所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述动压衬套与所述容纳构件为固定连接或可拆卸连接。

8.根据权利要求5或6所述的动压半球体转动副，其特征在于：

其中，所述动压凹腔的内凹深度为4－8mm，所述动压凹腔总表面积占所述内凹半球面总表面积的40－60％，

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半球面的距离，h1为所述动压衬套的顶端面与所述外凸半球面的距离。

9.一种精密机床，使用权利要求1-7中任意一项所述的动压半球体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述转动轴为所述精密机床中的工件旋转轴或刀具旋转轴。

10.根据权利要求9所述的精密机床，其特征在于：

其中，所述精密机床为车床、磨床、镗床、铣床中的任意一种。