CN110043562A - 一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，可有效解决双矩形静压轴承在高速重载工况下，剪切发热增大，润滑油粘度下降，油膜变薄且分布不均，局部出现边界润滑或干摩擦，进而产生摩擦学失效的问题，同时提高双矩形静压轴承的承载能力，降低工作台连续运转的温升，减小工作台的热变形与力变形，避免工作台变形量过大无法运转；其组成包括：矩形油腔、封油边、矩形油垫、进油孔，协动底板、半圆柱凸台，其特征在于所述的油腔镶嵌在油垫上，油腔面积占油垫面积的75%，油腔深度为3.5mm，进油孔位分别于油垫两端，进油口直径为15mm，油垫底座上与协动底板上镶嵌着相互垂直布置的半圆柱凸台，其中油垫与油腔均关于中心对称。

Description

一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承
技术领域
本发明公开了一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，属于大型数控装备领域。
背景技术
随着工业的快速发展，对大型数控装备的承载能力和旋转速度提出更高的要求。双矩形静压推力轴承在高速重载连续运转的工况下，剪切发热增大，润滑油粘度下降，油膜变薄且分布不均，局部出现边界润滑或干摩擦，进而产生摩擦学失效，静压损失严重，同时工作台过大的热变形与力变形，也会使工作台无法运转。因此本文设计一种可倾式双矩形静压推力轴承，适合高速重载连续运转的工况，具备高承载低温升的能力，解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明设计出一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，通过在ANSYS CFX中分别模拟油腔面积占油垫总面积60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％时，油膜旋转面上流体的压力场云图，温度云图以及流场图，对比分析发现油腔面积占油垫面积的75％时，承载能力大，温升小；同理在保证其他条件不变的情况下，对油腔深度分别为2mm-7.5mm时在ANSYS中进行模拟，对油膜旋转面上流体的压力场云图，温度云图和以及流场图对比分析，发现当油腔深度为3.5mm时，温升低、承载能力大、油液剪切次数少，同理在保证其他条件不变的情况下又通过进油孔直径为10mm、12mm、15mm、18mm、20mm时的油膜润滑性能进行研究，以及进油孔的位置同时位于油垫的右侧、中部和两端分别在ANSYSCFX中模拟分析对比压力场云图，温度场云图以及流场图，选取温升小承载力大的进油孔位于油垫两端(距离短外边16％的长外边的长度，距离长外边43％的短外边的长度)，进油口直径为15mm时的设计组合，优化模拟流程见图1。
同时油垫底座上与协动底板上镶嵌着相互垂直布置的半圆柱凸台，在运行的过程，周向径向会产生微小倾角，满足动压形成条件，形成动压补偿静压损失。
本可倾式双矩形静压推力轴承，油腔面积的加大，增大了工作台的承载能力，减少了工作台因承载过大而引起的力变形；油腔深度的减小，减少了油液在油室内反复剪切次数，降低了矩形腔运转中温升小；进油孔位于油垫两端(距离短外边16％的长外边的长度，距离长外边43％的短外边的长度)，进油口直径为15mm的设计组合便于新鲜油液的及时补充，进一步降低润滑油的温升，同时避免出现油膜变薄且分布不均，局部出现边界润滑或干摩擦；油垫可倾可以产生动压，以补偿静压损失。本发明，增大了工作台的承载能力，减少了工作台因承载过大而引起的力变形，降低矩形腔静压轴承运转中的温升，避免因温度过高导致润滑油粘度下降过多，静压损失过多，工作台无法运转的问题。同时有效降低工作台的热变形和力变形，减少了工作台的变形量，避免因变形量过大而导致工作台无法正常运转，此结构可广泛应用于大型数控装备的加工和生产。
本发明的技术方案为：
一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，其设计包括：油腔面积占油垫面积的75％，油腔深度为3.5mm，进油孔位于油垫两端，进油口直径为15mm，油垫底座上与协动底板上镶嵌着相互垂直布置的半圆柱凸台。其结构包括：矩形油腔、油垫、回油槽，封油边，矩形油垫、半圆柱凸台，其特征在于，油腔面积占油垫面积的75％，油腔深度为3.5mm，进油孔位于油垫两端(距离短外边16％的长外边的长度，距离长外边43％的短外边的长度)，进油口直径为15m，油垫底座上与协动底板上镶嵌着相互垂直布置的半圆柱凸台。
当其运转中，极大地增大了工作台的承载能力，减少了工作台因承载过大而引起的力变形，极大地减少了矩形腔的温升小，减少了工作台的热变形。而且，油腔深度小，减少了油液在油室内反复剪切次数，降低了矩形腔静压轴承运转中的温升。
其进油孔位于油垫两端(距离短外边16％的长外边的长度，距离长外边43％的短外边的长度)，进油口直径为15mm时的优化设计便于新鲜油液的及时补充，进一步降低润滑油的温升，同时避免油膜变薄且分布不均的情况，局部出现边界润滑或干摩擦，油垫可倾可以产生动压，以补偿静压损失。有效降低工作台的热变形与力变形，减少工作台的变形量，避免因变形过大而导致工作台无法正常运转。
本发明的一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，极大地增大油腔承载能力，减少因承载力引起的力变形，同时，温升小，油腔内润滑油剪切次数少，减少了工作台的热变形以及静压损失。
本发明的有益效果是：
1.可适用高速重载的极端工况；
2.极大地增大了双矩形轴承的承载能力，同时极大地减小双矩形轴承的运转过程的温升；
3.运转中油垫会产生极小的倾角，满足动压形成条件，形成动压补偿静压损失；
4.减少了工作台的热变形，和工作台的力变形，使工作台的承载范围和连续工作时长进一步提高，避免因温度过高导致润滑油粘度下降过多，静压损失过大。
附图说明
附图1，本发明的性能优化模拟流程图；
附图2，本发明的油垫俯视图；
附图3，本发明的油垫底部轴测图；
附图4，本发明的油垫三维结构示意图；
附图5，本发明的静压工作台的三维结构示意图；
图中：1回油槽；2进油口；3封油边；4矩形油腔；5矩形油垫；6油垫的半圆柱凸台7协动底板、8协动底板的半圆柱凸台。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1：如图2、图3、图4所示，本发明具体实施方式采用以下技术方案：一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，它的组成包括回油槽(1)、进油口(2)、封油边(3)、矩形油腔(4)、矩形油垫(5)、油垫的半圆柱凸台(6)、协动底板(7)、协动底板的的半圆柱凸台(8)，其特征在于，所述的油腔(4)镶嵌在油垫上(5)，在油腔(4)面积占油垫(5)面积的75％，油腔(4)深度为3.5mm，进油孔(2)位于油垫(5)两端(距离短外边16％的长外边的长度，距离长外边43％的短外边的长度)，进油口(2)直径为15mm，其中油垫(5)与油腔(4)均关于中心对称，油垫底座上与协动底板(7)上镶嵌着相互垂直布置的半圆柱凸台，将油垫固定在工作台上，并实现油垫的小倾角的摆动。
本发明的可倾式双矩形静压推力轴承将油腔面积的加大，增大了工作台的承载能力，减少了工作台因承载过大而引起的力变形，油腔深度小，减少了油液在油室内反复剪切次数，降低了矩形腔运转中温升小，进油孔位于油垫两端(距离短外边16％的长外边的长度，距离长外边43％的短外边的长度)，进油口直径为15mm时的设计组合便于新鲜油液的及时补充，进一步降低润滑油的温升，同时减少油膜变薄且分布不均的情况，避免局部出现边界润滑或干摩擦。同时油垫可倾可以产生动压，以补偿静压损失。可倾式双矩形静压推力轴承，增大了工作台的承载能力，减少了工作台因承载过大而引起的力变形，降低矩形腔运转中温升，避免因温度过高导致润滑油粘度下降过多，静压损失过多工作台无法运转的问题同时有效降低工作台的热变形进一步减少了工作台的变形，避免因变形量过大而导致工作台无法正常运转。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承，它的组成包括回油槽（1）、进油口（2）、封油边（3）、矩形油腔（4）、矩形油垫（5）、油垫的半圆柱凸台（6）、协动底板（7）、协动底板的的半圆柱凸台（8），其特征在于，所述的油腔（4）镶嵌在油垫上（5），在油腔（4）面积占油垫（5）面积的75%，油腔（4）深度为3.5mm，进油孔（2）位于油垫（5）两端，进油口（2）直径为15mm，其中油垫（5）与油腔（4）均关于中心对称，油垫底座上与协动底板（7）上镶嵌着相互垂直布置的半圆柱凸台,将油垫固定在工作台上，并实现油垫的小倾角的摆动。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高速重载可倾式双矩形静压推力轴承的具体尺寸和布置，其特征在于：在油腔（4）面积占油垫（5）面积的75%，油腔（4）深度为3.5mm，进油孔（2）位于油垫（5）两端(距离短外边16%的长外边的长度，距离长外边43%的短外边的长度)，进油口（2）直径为15mm，以及底部与协动底板的半圆柱凸台结构。
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