CN108105260A - 一种动静压半球体轴承 - Google Patents

Abstract

根据本发明的动静压半球体轴承，包括支撑座、容纳件和转动件，容纳件具有多个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半球面和外表面，多个第一凹腔和多个第二凹腔沿至少一个布置平面设置在内凹半球面上，第二凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，支撑座具有与容纳件的外表面相配的支撑座内腔，支撑座上分别设置有与静压孔道相连通的至少一个第一通道，以及与动压孔道相连通的至少一个第二通道。本发明的动静压半球体轴承，工作状态时，凸球旋转时与凹球面互不接触，相对于动静压锥体轴承，动静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静压技术能提高半球体轴承上转动轴的动态旋转精度。

Description

一种动静压半球体轴承

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种动静压半球体轴承。

背景技术

现有技术的转动副大多转动时为接触状态，转动精度及寿命均不高。

采用气体或液体动、静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)静压技术基本原理，具有压力的液体或气体介质，分别进入到球体轴承的凹球面多个凹腔中，并形成静压力,将凸球浮起,与配合的凸球旋转时,凹、凸球间处于非接触状态,并能承受外力作用；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,并有充足的气体或液体介质,凸球旋转后便产生动压力,将凸球浮起，且凹凸球间隙越小、速度和介质密度越高,其动压力越大。但该球体轴承的凹、凸球、腔室及球面的加工精度和加工成本很高。

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，能降低加工成本的同时具有动压和静压技术的动静压半球体轴承。

本发明提供了一种动静压半球体轴承，具有这样的特征，包括支撑座；以及转动副，包括容纳件和转动件，其中，容纳件具有内凹半球面和外表面，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，容纳件还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半球面和外表面，静压通道包括设置在内凹半球面上向内凹的呈柱形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半球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，多个第一凹腔和多个第二凹腔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旋转轴线的平面，第二凹腔的横截面从凹腔的底部至凹腔的开口是逐渐扩大的，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，支撑座上分别设置有与静压孔道相连通的至少一个第一通道，以及与动压孔道相连通的至少一个第二通道。

在本发明提供的动静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔的数量至少为3个，第二凹腔的数量至少为3个。

另外，在本发明提供的动静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一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，第二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半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第二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。

另外，在本发明提供的动静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔的深度为0.5－5mm，第一凹腔的总表面积占内凹半球面总表面积的20-60％，第二凹腔的内凹的深度为4－8mm，第二凹腔的总表面积占内凹半球面总表面积的20－60％，间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为t2/t1，t2为第二凹腔的底部与外凸半球面的距离，t1为内凹半球面与外凸半球面的距离。

另外，在本发明提供的动静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，在同一个布置平面上，第一凹腔和第二凹腔是均匀交替地设置在内凹半球面上，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和第二凹腔之间，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，深度为2－5mm。

另外，在本发明提供的动静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一通道包括多条外界与静压孔道相连通的第一孔道，第二通道包括多条外界与动压孔道相连通的第二孔道。

另外，在本发明提供的动静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一通道包括至少一个第一孔道以及第一环槽，第一环槽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静压孔道相配，第一孔道的一端与第一环槽连通，另一端与外界连通，第二通道包括至少一个第二孔道以及第二环槽，第二环槽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相配，第二孔道的一端与第二环槽连通，另一端与外界连通。

另外，在本发明提供的动静压半球体轴承中，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静压凹腔和动压凹腔衬套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半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，内凹半球面和外凸半球面的表面均设置有防腐涂层。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的动静压半球体轴承，工作状态时，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，相对于动静压锥体轴承，动静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静压技术能提高半球体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。

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半球体轴承，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。

附图说明

图1是本发明的实施例一中动静压半球体轴承示意图；

图2是本发明的实施例一中容纳件的侧视示意图；

图3是图2中B-B剖视示意图；

图4是图1中局部A在布置平面的剖视放大示意图；

图5是图1中C的放大示意图；

图6是支撑座的剖面图示意图；

图7是本发明的实施例二中容纳件的剖视示意图；以及

图8是图7中局部D在布置平面的剖视放大示意图。

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半球体轴承作具体阐述。

实施例一

如图1所示，动静压半球体轴承100包括容纳组件10、转动件20、支撑座30。

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3所示，容纳件11包括内凹半球面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半球面111和外表面112，静压通道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进入凹半球面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半球面111和外表面112，动压通道114包括设置在内凹半球面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进入凹半球面111。本实施例中，该流体为液体油。

如图5所示，静压衬套12具有呈柱形的静压凹腔121，静压衬套12设置在第一凹腔113a的开口处且静压凹腔121的开口朝向内凹半球面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4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的开口朝向内凹半球面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，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半球面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，转动件20旋转轴线为水平线，如图1所示，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。

如图1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静压孔道113b、动压孔道114b进入凹半球面111时，转动件20浮起，凸球旋转时与凹球处于非接触状态。

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。

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上设置有与静压孔道113b相连通的至少一个第一通道31。

支撑座30上设置有与动压孔道115b相连通的至少一个第二通道32。

如图6所示，第一通道31包括至少一个第一孔道311以及第一环槽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静压孔道113b相配，第一孔道311的一端与第一环槽312连通，另一端与外界连通。本实施例中，第一孔道311的数量为1个，第一环槽312的数量为1个。

第二通道32包括至少一个第二孔道321以及第二环槽322，第二环槽322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115b相配，第二孔道321的一端与第二环槽322连通，另一端与外界连通。本实施例中，第二孔道321的数量为1个，第二环槽322的数量为1个，支撑座30采用金属制成。

实施例二

本实施例中的转动件20、支撑座30结构与实施例一相同，容纳组件10和实施例一不同。在本实施例中，容纳件41作为容纳组件10。

如图7所示，容纳件41包括内凹半球面411、外表面412、多个静压通道413、多个动压通道414以及通孔416。

而在有些不需要轴通过的场合，容纳件41可以不设置通孔416。本实施例中，容纳件41在内凹半球面411中心的水平方向设置有用于转动轴通过的通孔416，容纳件41采用金属制成。

静压通道413设置在容纳件11的内壁中且贯通内凹半球面411和外表面412，静压通道413包括设置在内凹半球面411上向内凹的静压凹腔413a和连通静压凹腔413a和外表面412的静压孔道413b，静压通道413用于通过流体，外部的高压流体通过外表面的静压孔道413b进入凹半球面411。本实施例中，该流体为液体油。

动压通道414设置在容纳件41的内壁中且贯通内凹半球面411和外表面412，动压通道414包括设置在内凹半球面411上向内凹的动压凹腔414a和连通动压凹腔414a和外表面412的动压孔道414b，动压通道414用于通过流体，外部的流体通过外表面的动压孔道414b进入凹半球面411。本实施例中，该流体为液体油。

多个静压凹腔413a和多个动压凹腔414a沿至少一个布置平面设置在内凹半球面411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，转动件20旋转轴线为水平线，布置平面为两个，一个布置平面均匀设置有8个静压凹腔413a，另一个布置平面均匀设置有8个动压凹腔414a。

实施例三

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。

实施例三中静压凹腔121腔口的形状为椭圆形，动压凹腔131腔口的形状为梯形，动压凹腔131沿布置平面的剖面呈月牙形。

实施例四

本实施例其它结构与实施例二相同，不同的是静压凹腔413a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414a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，第二凹腔414a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。

实施例四中静压凹腔413a腔口的形状为椭圆形，动压凹腔414a腔口的形状为梯形，动压凹腔414a沿布置平面的剖面呈月牙形。

实施例五

本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是静压衬套12和动压衬套13的顶端面均高于内凹半球面111，实施例五中，静压衬套12和动压衬套13的顶端面与内凹半球面111的距离均为0.5mm。

静压衬套12的轴向剖面可以为阶梯形状，动压衬套13的轴向剖面也可以为阶梯形状。

实施例六

本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是静压衬套12的顶端面为与内凹半球面111吻合的弧形面且与内凹半球面111吻合，动压衬套13的顶端面为如图4所示的与内凹半球面111吻合的弧形面且与内凹半球面111吻合。

实施例七

本实施例其它结构与实施例六相同，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总表面积占内凹半球面总表面积的20－60％，动压凹腔131的向内凹的深度为4－8mm，动压凹腔131总表面积占内凹半球面总表面积的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。

本实施例中静压凹腔121和动压凹腔131的向内凹的深度均为4.5mm，静压凹腔121总表面积占内凹半球面11总表面积的22％，动压凹腔131总表面积占内凹半球面11总表面积的22％，间隙比为2.1。

实施例八

本实施例的其它结构与实施例七相同，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。

实施例九

本实施例的其它结构与实施例七相同，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。

本实施例中静压衬套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。

实施例十

本实施例其它结构与实施例四相同，不同的是静压凹腔413a的向内凹的深度为0.5－5mm，静压凹腔413a的总表面积占内凹半球面总表面积的20－60％，动压凹腔414a的向内凹的深度为4－8mm，动压凹腔414a总表面积占内凹半球面总表面积的20－60％，间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为t2/t1，如图8所示，t2为动压凹腔414a的底部与外凸半球面的距离，t1为内凹半球面411与外凸半球面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。

本实施例中静压凹腔413a和动压凹腔414a的向内凹的深度均为4.1mm，静压凹腔413a总表面积占内凹半球面11总表面积的22％，动压凹腔414a总表面积占内凹半球面11总表面积的22％，间隙比为2.1。

实施例十一

如图2所示，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半球面111上，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和第二凹腔114a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。

实施例十二

本实施例的其它结构与实施例六相同，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。

实施例十三

本实施例的其它结构与实施例六相同，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。

实施例十四

本实施例的其它结构与实施例十三相同，不同的是外凸半球面21上设置有防腐涂层。

本实施例中的防腐涂层为防腐漆。

实施例十五

本实施例的其它结构与实施例十三相同，不同的是内凹半球面11上设置有防腐涂层。

本实施例中中的防腐涂层为纳米陶瓷。

实施例十六

本实施例的其它结构与实施例十二相同，不同的是第一通道31包括多条分别连通动压孔道113b和外界的第一孔道311，但没有第一环槽312，第二通道32包括多条分别连通动压孔道114b和外界的第二孔道321，但没有第二环槽322。实施例中，第一孔道311和第二孔道32的数量均为8个。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的动静压半球体轴承，凸球旋转时与凹球互不接触，始终处在液体摩擦状态，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，因此采用液体动、静压技术能提高转动轴动态旋转精度。

另外，静压衬套、动压衬套是后设置在内凹半球面上的，静压衬套和动压衬套的凹腔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，同时也降低球面加工精度和加工成本。

进一步地，静压衬套、动压衬套的顶端均高于内凹半球面，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，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，转动构件的外凸半球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)

1.一种动静压半球体轴承，其特征在于，包括：

支撑座；以及

转动副，包括容纳件和转动件，

其中，所述容纳件具有内凹半球面和外表面，

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，

所述容纳件还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半球面和所述外表面，

所述静压通道包括设置在所述内凹半球面上向内凹的呈柱形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半球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，

多个所述第一凹腔和多个所述第二凹腔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旋转轴线的平面，

所述第二凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，

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，

所述支撑座上分别设置有与所述静压孔道相连通的至少一个第一通道，以及与所述动压孔道相连通的至少一个第二通道。

2.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述第一凹腔的数量至少为3个，

所述第二凹腔的数量至少为3个。

3.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述第一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，

所述第二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1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述第二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。

5.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述第一凹腔的深度为0.5－5mm，所述第一凹腔的总表面积占所述内凹半球面总表面积的20-60％，

所述第二凹腔的内凹的深度为4－8mm，所述第二凹腔的总表面积占所述内凹半球面总表面积的20－60％，

间隙比为2－2.5,所述间隙比的表达式为t2/t1，

t2为所述第二凹腔的底部与所述外凸半球面的距离，t1为所述内凹半球面与所述外凸半球面的距离。

6.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，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地设置在所述内凹半球面上，

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和所述第二凹腔之间，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，深度为2－5mm。

7.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述第一通道包括多条外界与所述静压孔道相连通的第一孔道，

所述第二通道包括多条外界与所述动压孔道相连通的第二孔道。

8.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述第一通道包括至少一个第一孔道以及第一环槽，

所述第一环槽沿至少一个所述布置平面内凹的设置在所述支撑座内腔表面上且与所述静压孔道相配，所述第一孔道的一端与所述第一环槽连通，另一端与外界连通，

所述第二通道包括至少一个第二孔道以及第二环槽，

所述第二环槽沿至少一个所述布置平面内凹的设置在所述支撑座内腔表面上且与所述动压孔道相配，所述第二孔道的一端与所述第二环槽连通，另一端与外界连通。

9.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述转动件的外凸半球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。

10.根据权利要求1所述的动静压半球体轴承，其特征在于：

其中，所述内凹半球面和所述外凸半球面的表面均设置有防腐涂层。