CN108119543A - 一种静压半球体转动副 - Google Patents

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CN108119543A CN201711402588.3A CN201711402588A CN108119543A CN 108119543 A CN108119543 A CN 108119543A CN 201711402588 A CN201711402588 A CN 201711402588A CN 108119543 A CN108119543 A CN 108119543A
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黎永明
沈景凤
王振华
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Abstract

根据本发明所涉及的静压半球体转动副，包括容纳组件和转动件，容纳组件包括容纳件和多个衬套；转动件具有与内凹半球面相配的外凸半球面，容纳件具有多个用于通过流体的通道，通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹半球面和外表面，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孔道，衬套具有呈柱形的衬套凹腔，衬套设置在第一凹腔的开口处且衬套凹腔的开口朝向内凹半球面，衬套凹腔的底部与第一凹腔相连通。根据本发明的静压半球体转动副，凸球旋转时与凹球面互不接触，相对于静压锥体转动副，静压半球体转动副具有更好的同心配合度，因此采用气体或液体静压技术能提高转动副上转动轴的动态旋转精度。

Description

一种静压半球体转动副
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种静压半球体转动副。
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，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，但该球体轴承的球体及腔室精密加工难度大、效率很低，加工成本大，影响其推广。
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，能降低加工成本的静压半球体转动副。
本发明提供了一种静压半球体转动副，具有这样的特征，包括容纳组件，包括具有内凹半球面和外表面的容纳件和多个衬套；以及转动件，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，其中，容纳件具有多个用于通过流体的通道，通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹半球面和外表面，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孔道，衬套具有呈柱形的衬套凹腔，衬套设置在第一凹腔的开口处且衬套凹腔的开口朝向内凹半球面，衬套凹腔的底部与第一凹腔相连通。
在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，多个第一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。
另外，在本发明提供的静压半球体转动副中，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，在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，衬套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，在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，衬套凹腔的内凹深度为0.5－5mm，衬套凹腔总表面积占内凹半球面总表面积的40－60％。
另外，在本发明提供的静压半球体转动副中，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件的旋转轴线上，隔离槽的槽宽为2－4mm，深度为2－5mm，内凹半球面和外凸半球面上均设置有防腐涂层。
另外，在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，衬套的顶端面高于内凹半球面。
另外，在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，衬套的顶端面呈与内凹半球面吻合的弧形面且与内凹半球面相吻合。
另外，在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，衬套与容纳件为固定连接或可拆卸连接。
另外，在本发明提供的静压半球体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，转动构件的外凸半球面上沿布置平面设置有与衬套凹腔相对应的内凹的环槽或外凸的环带。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的静压半球体转动副，包括容纳组件和转动件，容纳组件包括具有内凹半球面和外表面的容纳件和多个衬套；转动件具有与内凹半球面相配的外凸半球面，容纳件具有多个用于通过流体的通道，通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹半球面和外表面，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孔道，衬套具有呈柱形的衬套凹腔，衬套设置在第一凹腔的开口处且衬套凹腔的开口朝向内凹半球面，衬套凹腔的底部与第一凹腔相连通。
根据本发明所涉及的静压半球体转动副，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，相对于静压锥体转动副，静压半球体转动副具有更好的同心配合度，因此采用气体或液体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。
另外，衬套是后设置在内凹半球面上的，衬套凹腔的加工可以单独加工，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。
附图说明
图1是本发明的实施例中静压半球体转动副示意图；
图2是本发明的实施例中容纳件剖视图；
图3是图2中B向视图；以及
图4是图1中局部A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静压半球体转动副作具体阐述。
实施例一
如图1所示，静压半球体转动副100包括容纳组件10和转动件20。
容纳组件10包括容纳件11和多个衬套12。
如图2所示，容纳件11包括内凹半球面111、外表面112、多个通道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轴通过的通孔114，容纳件11采用金属制成。
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，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和外表面的孔道113b，通道113用于通过流体，外部的高压流体通过外表面的孔道113b进入凹半球面111。本实施例中，该流体为液体油。
如图4所示，衬套12具有呈柱形的衬套凹腔121，衬套12设置在第一凹腔113a的开口处且衬套凹腔121的开口朝向内凹半球面111，衬套凹腔121的底部与第一凹腔113a相连通。
如图2、图3所示，多个第一凹腔113a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，实施例中，转动件20旋转轴线为水平线，布置平面为两个，衬套12的数量为16个，每个布置平面上的衬套数量为8个。
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绕水平线在内凹半球面111内旋转，当外部的高压液体油通过外表面的孔道113b经过衬套12进入凹半球面111时，转动件20浮起，旋转时与凹半球面111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相匹配的用于轴通过的通孔。
实施例二
本实施例其它结构与实施例一相同，不同的是衬套凹腔121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。
实施例二中衬套凹腔121口的形状为椭圆形。
实施例三
本实施例其它结构与实施例二相同，不同的是衬套凹腔121的内凹的深度为0.5－5mm，衬套凹腔121总表面积占内凹半球面总表面积的40－60％。
实施例三中衬套凹腔121的内凹的深度为2mm，衬套凹腔121的总表面积占内凹半球面111总表面积的45％。
实施例四
本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是衬套12的顶端面凸出内凹半球面111，衬套12的顶端面与内凹半球面11的距离根据承载能力、流体粘度及衬套尺寸大小等确定。
实施例四中，衬套12的顶端面高于内凹半球面11的距离为0.5mm。
实施例五
如图4所示，本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是衬套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。
实施例六
本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是衬套12与第一凹腔113a为固定连接。
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，实施例六中衬套12与第一凹腔113a为固定连接的方式采用粘接。
实施例七
本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是衬套12与第一凹腔113a为可拆卸连接。
实施例七中衬套12与第一凹腔113a为固定连接的方式采用螺钉连接。
实施例八
本实施例的其它结构与实施例七相同，不同的是内凹半球面111上设置有防腐涂层。
实施例八中的防腐涂层为纳米陶瓷。
实施例九
如图3所示，本实施例的其它结构与实施例五相同，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14的槽宽为2－4mm，深度2－5mm。
实施例九中隔离槽115的槽宽为2.5mm，深度2mm，数量为8条。
实施例十
本实施例的其它结构与实施例四相同，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衬套凹腔121相对应的内凹的环槽211。
实施例十一
本实施例的其它结构与实施例四相同，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衬套凹腔121相对应的外凸的环带。
实施例十二
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。
实施例十二中的防腐涂层为防腐漆。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的静压半球体转动副，包括容纳组件和转动件，容纳组件包括具有内凹半球面和外表面的容纳件和多个衬套；转动件具有与内凹半球面相配的外凸半球面，容纳件具有多个用于通过流体的通道，通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹半球面和外表面，通道包括设置在内凹半球面上内凹的第一凹腔和连通第一凹腔和外表面的孔道，衬套具有呈柱形的衬套凹腔，衬套设置在第一凹腔的开口处且衬套凹腔的开口朝向内凹半球面，衬套凹腔的底部与第一凹腔相连通。
根据本实施例所涉及的静压半球体转动副，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，衬套是后设置在内凹半球面上的，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，衬套的顶端面高于内凹半球面，对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，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衬套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)

1.一种静压半球体转动副，其特征在于，包括：
容纳组件，包括具有内凹半球面和外表面的容纳件和多个衬套；以及
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，
其中，所述容纳件具有多个用于通过流体的通道，所述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孔道，
所述衬套具有呈柱形的衬套凹腔，所述衬套设置在所述第一凹腔的开口处且所述衬套凹腔的开口朝向所述内凹半球面，所述衬套凹腔的底部与所述第一凹腔相连通。
2.根据权利要求1所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，多个所述第一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。
3.根据权利要求2所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述第一凹腔的数量至少为3个。
4.根据权利要求1所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述衬套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。
5.根据权利要求1所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述衬套凹腔的内凹深度为0.5－5mm，所述衬套凹腔总表面积占所述内凹半球面总表面积的40－60％。
6.根据权利要求2所述的静压半球体转动副，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件的旋转轴线上，
所述隔离槽的槽宽为2－4mm，深度为2－5mm，
所述内凹半球面和外凸半球面上均设置有防腐涂层。
7.根据权利要求1所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述衬套的顶端面高于所述内凹半球面。
8.根据权利要求1所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述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相吻合。
9.根据权利要求7或8所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述衬套与所述容纳件为固定连接或可拆卸连接。
10.根据权利要求2所述的静压半球体转动副，其特征在于：
其中，所述转动构件的外凸半球面上沿所述布置平面设置有与所述衬套凹腔相对应的内凹的环槽或外凸的环带。
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