CN108119547A - 一种动静压柱体轴承轴系及精密机床 - Google Patents

Abstract

根据本发明所涉及的动静压柱体轴承轴系及精密机床，包括至少一个动静压柱体轴承以及转动轴，其中，动静压柱体轴承具有支撑座、容纳组件以及转动件，容纳组件包括容纳件、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，动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，多个静压衬套和多个动压衬套沿至少一个布置平面设置在内凹圆柱面上。根据本发明的动静压柱体轴承轴系，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，具体涉及一种动静压柱体轴承轴系及精密机床。

背景技术

现有的转动轴承大多转动时为接触状态，转动精度不高。

采用气体或液体动、静压技术与柱体结构结合的转动轴承，是目前提高主轴旋转精度和刚度有效的途径之一。

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。

根据液体(油液)或气体(空气)静压技术基本原理，具有压力的液体或气体介质，分别进入到圆柱体轴承凹圆柱面的多个静压腔室中，由于静压腔室压力的作用，凸圆柱浮起，旋转时处于非接触状态,且动态旋转精度比现有的转动轴承高。动压技术不需要从外部输入介质压力,只要凹圆柱腔内有足够介子和做有斜楔、凹与凸圆柱表面间合理的间隙、凸圆柱旋转后就形成动压力并浮起，凸圆柱转速越高、介质密度越大、两圆柱面间隙越小，动压力越大。但该两种柱体转动轴承的柱面及腔室精度要求高，加工困难、成本高。

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柱体轴承中内凹柱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、静压柱体轴承轴系及机床。

本发明提供了一种动、静压柱体轴承轴系，具有这样的特征，包括动静压柱体轴承；以及转动轴，设置在动静压柱体轴承中，其中，动静压柱体轴承具有支撑座、容纳组件以及转动件，容纳组件包括具有内凹静圆柱内表面和其外表面的容纳件、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、外凹圆柱面和外表面，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，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，多个静压衬套和多个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，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柱体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，设置在所述内凹的内圆柱面底面上的所述第一凹腔的数量至少为2个。

另外，在本发明提供的动静压柱体轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，静压凹腔呈圆柱状，腔口的形状为为圆形、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轴承轴系中，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轴承轴系中，还可以具有这样的特征：其中，多个第一凹腔和多个第二凹腔沿布置平面均匀交替设置在内凹的圆柱面上，静压衬套的数量至少为3个，动压衬套的数量至少为3个，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轴承轴系中，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,第一凹腔和第二凹腔均呈柱形。

另外，在本发明提供的动静压柱体轴承轴系中，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轴承轴系中，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轴承轴系中，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静压柱体轴承轴系，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静压柱体轴承轴系，凸的圆柱旋转时与凹的圆柱面互不接触，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为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的主轴的动态旋转精度，达到0.5-1.0μm。

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轴承轴系示意图；

图2是本发明的实施例中动静压柱体转动副示意图；

图3是本发明的实施例中容纳件的剖视示意图；

图4是图2中局部A在布置平面的剖视放大示意图；

图5是图2中C的放大示意图；以及

图6是支撑座的剖面图示意图。

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轴承轴系及机床作具体阐述。

实施例一

如图1所示，动静压柱体轴承轴系100包括2个动静压柱体轴承和一根转动轴40。

动静压柱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、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，实施例中，第二凹腔114a呈圆柱形，动压衬套13采用金属制成。

如图2所示，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，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3所示，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的圆柱面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2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、动压孔道114b进入内凹圆柱面111时，转动件20浮起，凸柱旋转时与凹柱处于非接触状态。

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。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114b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。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。

转动轴40设置在通孔116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，

两个动静压柱体轴承的内凹圆柱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6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。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3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。

实施例十三

本实施例的其它结构与实施例十相同，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。

实施例十四

一种精密机床，使用上述的动静压柱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，动静压柱体轴承轴系采用实施例五中的动静压柱体轴承轴系，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静压柱体轴承轴系，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为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)

1.一种动静压柱体轴承轴系，其特征在于，包括：

至少一个动静压柱体轴承；以及

转动轴，设置在所述动静压柱体轴承中，

其中，所述动静压柱体轴承具有支撑座、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，

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，

所述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，

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，

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所述的动静压柱体轴承轴系，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。

3.根据权利要求1所述的动静压柱体轴承轴系，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1所述的动静压柱体轴承轴系，其特征在于：

其中，所述第一凹腔和所述第二凹腔沿所述布置平面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所述的动静压柱体轴承轴系，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所述的动静压柱体轴承轴系，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所述的动静压柱体轴承轴系，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7所述的动静压柱体轴承轴系，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。

9.一种精密机床，使用权利要求8所述的动静压柱体轴承轴系，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。