CN108119545A - 一种静压半球体轴承 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的静压半球体轴承，包括支撑座、容纳件和转动件，容纳件具有内凹半球面和外表面，容纳件还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第一孔道，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，支撑座具有与容纳件的外表面相配的支撑座内腔，支撑座上设置有与第一孔道相连通的至少一个支撑座通道。根据本发明的静压半球体轴承，凹凸球旋转时互不接触，相对于静压锥体轴承，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静压技术能提高轴承上转动轴的动态旋转精度。

Description

一种静压半球体轴承
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，让具有一定压力的液体或气体介质，分别进入到球体轴承凹球面的多个腔室中，使凸球浮起，通过外有节流器可以调节流体的压力和流量。凸球旋转时处于非接触状态，并能承受一定的载荷,但该球体轴承的球面精密加工效率很低，加工成本大，难以推广应用达到高精密轴系的旋转精度要求。
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轴承。
本发明提供了一种静压半球体轴承，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第一孔道，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，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，支撑座上设置有与第一孔道相连通的至少一个支撑座通道。
在本发明提供的静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔的数量至少为3个。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，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。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔呈柱形。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，第一凹腔的内凹的深度为0.5－5mm，第一凹腔的总表面积占内凹半球面总表面积的40－60％。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，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。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，支撑座通道包括多条外界与第一孔道相连通的第二孔道。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，还可以具有这样的特征：其中，支撑座通道包括至少一个第二孔道以及环槽，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第一孔道相配，第二孔道的一端与环槽连通，另一端与外界连通。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，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。
另外，在本发明提供的静压半球体轴承中，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第一凹腔相对应的内凹的转动环槽或外凸的转动环带。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的静压半球体轴承，包括支撑座、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，容纳件还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第一孔道，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，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，支撑座上设置有与第一孔道相连通的至少一个支撑座通道。
根据本发明所涉及的静压半球体轴承，凹凸球旋转时互不接触，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，相对于静压锥体轴承，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静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。
附图说明
图1是本发明的实施例中静压半球体轴承示意图；
图2是本发明的实施例中容纳件剖视图；
图3是图2中局部A的放大示意图；
图4是图2中B向视图；以及
图5是本发明的实施例二中静压半球体转动副示意图；
图6是图5中局部C的放大示意图；以及
图7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静压半球体轴承作具体阐述。
实施例一
如图1所示，静压半球体轴承100包括容纳组件10、转动件20以及支撑座30。
如图2所示，容纳组件10为容纳件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10采用金属制成。
如图2、图3所示，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112的第一孔道113b，通道113用于通过流体，外部的高压流体通过外表面的第一孔道113b进入凹半球面111。本实施例中，该流体为液体油。如图2、图4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，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，第一凹腔113a呈柱形，第一凹腔113a腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形中的任意一种，第一凹腔113a的内凹的深度为0.5－5mm，第一凹腔113a的总表面积占内凹柱面总表面积的40－60％。本实施例中，第一凹腔113a腔口的形状为椭圆形，第一凹腔113a内凹的深度为2mm，第一凹腔113a总表面积占内凹半球面111总表面积的45％。
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相匹配的用于轴通过的通孔。
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上设置有与第一孔道113b相连通的至少一个支撑座通道31。
如图7所示，支撑座通道31包括多个第二孔道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第一孔道113b相配，第二孔道311的一端与环槽312连通，另一端与外界连通。实施例中，第二孔道311的数量为2个，环槽312的数量为2个。
实施例二
如图5所示，本实施例其它结构与实施例一相同，不同的是容纳组件10包括容纳件11和多个衬套12。
如图5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上内凹的第一凹腔113a和连通第一凹腔113a和外表面112的第一孔道113b，通道113用于通过流体，外部的高压流体通过外表面的第一孔道113b进入凹半球面111。本实施例中，该流体为液体油。
如图6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113a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。
多个衬套12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。
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。
实施例三中衬套凹腔121口的形状为椭圆形。
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％。
实施例四中衬套凹腔121的内凹的深度为2mm，衬套凹腔121总表面积占内凹半球面111总表面积的40％。
实施例五
本实施例其它结构与实施例四相同，衬套12的顶端面为与内凹半球面吻合的弧形面，不同的是衬套12的顶端面高于内凹半球面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。
实施例五中，衬套12的顶端面高于内凹半球面11的距离为0.5mm。
实施例六
如图6所示，本实施例其它结构与实施例四相同，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。
实施例七
本实施例的其它结构与实施例六相同，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。
实施例八
本实施例的其它结构与实施例六相同，不同的是衬套12与第一凹腔113a为可拆卸连接。
实施例八中衬套12与第一凹腔113a为固定连接的方式采用螺钉连接。
实施例九
本实施例的其它结构与实施例八相同，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位于相邻的两个衬套12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衬套凹腔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衬套凹腔121相对应的外凸的环带212。
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包括多条分别连通第一孔道113b和外界的第二孔道311，但没有环槽312，本实施例中，第二孔道的数量是16个。
实施例十四
本实施例的其它结构与实施例八相同，不同的是外凸半球面21上设置有防腐涂层。
实施例十四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轴承，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，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第一孔道，
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，
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第一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。
3.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，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。
4.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，其特征在于：
其中，所述第一凹腔呈柱形。
5.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，其特征在于：
其中，所述第一凹腔的内凹的深度为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40－60％。
6.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，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。
7.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，其特征在于：
其中，所述支撑座通道包括多条外界与所述第一孔道相连通的第二孔道。
8.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，其特征在于：
其中，所述支撑座通道包括至少一个第二孔道以及环槽，
所述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第一孔道相配，
所述第二孔道的一端与所述环槽连通，另一端与外界连通。
9.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，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。
10.根据权利要求1所述的静压半球体轴承，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第一凹腔相对应的内凹的转动环槽或外凸的转动环带。
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