CN110230642B - 一种新型液体静压推力轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承领域，并具体公开了一种新型液体静压推力轴承装置，包括回转工作台、推力轴承和主轴机构，回转工作台水平布置在推力轴承上表面，与主轴固连；推力轴承上开设有环形油腔、回油槽、与环形油腔连通的供油孔以及与回油槽连通的回油孔；主轴机构包括主轴和十字滚动联轴器，主轴穿过推力轴承并通过并列圆柱滚子轴承与推力轴承配合，主轴上端与回转工作台相连，下端与十字滚动联轴器相连；十字滚动联轴器包括上传动座、下传动座以及位于上传动座和下传动座之间的传动盘，传动盘通过上下表面呈十字分布的四个滚针凸轮导向器与上下传动座实现滑动配合。本发明具有回转精度高、摩擦系数小、稳定性好的优点。

Description

一种新型液体静压推力轴承装置

技术领域

本发明属于轴承领域，更具体地，涉及一种新型液体静压推力轴承装置。

背景技术

近年来，流体静压支承已成为高端制造设备运动支承系统的主要结构形式。液体静压支承运动副是借助于输入支承工作面间的液体静压力来支承载荷的滑动支承运动副。由于在运动过程中处于纯流体润滑条件下，运动部件间的摩擦系数极小，因而具有良好的支承特性。

在重载工况下，静压推力轴承油膜温度会随工作台转速的升高而升高，同时使静压轴承产生变形，降低油膜特性。专利CN201310209209.4公开了一种静压推力轴承的可倾式油垫，使用时油垫环形排列于静压推力轴承，且可倾式油垫的凸台一端朝下放置，然后将机床工作台安装在可倾式油垫上，通过油泵向进油口输入液压油，使支承件与被支承件之间形成一层油膜，当机床高速旋转时，油垫之间形成楔形间隙，产生动压效应。但该专利未考虑油膜厚度的变化及温升效应对轴承支承特性的影响，其难以实现油膜厚度的调整，并难以保证轴承的支承性能，且回转精度低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型液体静压推力轴承装置，其通过对关键组件如推力轴承和主轴机构的结构及其具体布置方式的研究和设计，不但可以消除主轴与电机轴不对心的问题，同时可微调油膜厚度，加速回油过程，提高静压油膜的动静态特性，具有回转精度高、摩擦系数小、稳定性好的优点，适用于重型机床中在非接触情况下稳定承担载荷的静压回转工作平台中。

为实现上述目的，本发明提出了一种新型液体静压推力轴承装置，其包括回转工作台、环形油腔推力轴承和主轴机构，其中：

所述回转工作台水平布置在环形油腔推力轴承的上表面，并与主轴机构中的主轴固连；所述环形油腔推力轴承的上表面开设有环形油腔和回油槽，该环形油腔推力轴承上还开设有与环形油腔连通的供油孔以及与回油槽连通的回油孔；

所述主轴机构包括主轴和十字滚动联轴器，该主轴穿过所述环形油腔推力轴承，并通过并列圆柱滚子轴承与所述环形油腔推力轴承实现配合，该主轴的上端与所述回转工作台相连，下端与所述十字滚动联轴器相连；所述十字滚动联轴器包括上传动座、下传动座以及位于上传动座和下传动座之间的传动盘，所述上传动座与所述主轴的下端相连，该上传动座的下表面开设有卡槽，所述下传动座与电机相连，该下传动座的上表面开设有卡槽，所述传动盘周向分布有四个滚针凸轮导向器，其中两个滚针凸轮导向器固定在传动盘的上表面，且间隔180^o布置，并卡装在上传动座的卡槽内，另两个滚针凸轮导向器固定在传动盘的下表面，其同样间隔180^o布置并与传动盘上表面的两个滚针凸轮导向器呈十字分布，传动盘下表面的两个滚针凸轮导向器卡装在下传动座的卡槽内。

作为进一步优选的，所述并列圆柱滚子轴承包括单挡边圆柱滚子轴承以及位于单挡边圆柱滚子轴承上方的双挡边圆柱滚子轴承，所述单挡边圆柱滚子轴承和双挡边圆柱滚子轴承并列安装在所述主轴上，所述单挡边圆柱滚子轴承的外圈设置有挡边内圈无挡边，所述双挡边圆柱滚子轴承的内外圈均设置有挡边，且内圈为单挡边，该内圈的挡边设置在内圈靠近回转工作台的一侧。

作为进一步优选的，所述回油槽的底部设计为1°～2°的斜面，该斜面与回油孔相通。

作为进一步优选的，所述环形油腔的深度是油膜厚度的50～100倍。

作为进一步优选的，所述供油孔连接有节流器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过设计一十字滚动联轴器，并将其设计为包括上传动座、下传动座以及位于上传动座和下传动座之间的传动盘，且传动盘上下表面通过呈十字分布的四个滚针凸轮导向器与上下传动座滑动配合，以此使得传动盘可沿上传动座和下传动座作相对移动，以消除主轴与电机的不对心误差，保证回转工作台的回转精度。

2.本发明通过设置并列安装的圆柱滚子轴承，其中一个为单挡边圆柱滚子轴承，另一个为双挡边圆柱滚子轴承，安装中单挡边圆柱滚子轴承在双挡边圆柱滚子轴承的下部，并且双挡边圆柱滚子轴承的内圈为单挡边，且设置在靠近回转工作台的一侧，以此在保证主轴回转精度的同时允许主轴上下浮动，进而可以调整推力轴承与回转工作台间的间隙，实现自动调整油膜厚度的目的。

3.本发明将推力轴承回油槽的底面设置呈一定斜度，以加速回油速度，从而减弱油膜温升效应，保证轴承支承性能，并通过研究将回油槽底面的斜度设计为1°～2°，以兼顾加工制造难易程度的同时实现加速回油的效果。

附图说明

图1为本发明的液体静压推力轴承装置整体结构的剖面图；

图2为本发明的推力轴承的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种新型液体静压推力轴承装置，其包括回转工作台、环形油腔推力轴承和主轴机构，其中，回转工作台用于承受外部载荷，环形油腔推力轴承主要用于形成静压油膜，从而平衡外部载荷，保证装置处于流体润滑状态，该环形油腔推力轴承与回转工作台之间配合以模拟液体静压轴承，进而形成待试验的液体静压轴承，通过对该液体静压轴承的试验可研究油膜特性，具体的，该回转工作台和环形油腔推力轴承同轴设置；主轴机构用于带动回转工作台做回转运动，同时动态调整运动中主轴的回转精度。通过上述各个部件的相互配合，不但可以消除主轴与电机不对心的影响，还可在允许范围内实现油膜厚度的浮动，具有回转精度高、轴承支承性能好、油膜厚度可调的特点。

下面将对各个部件逐一进行更为具体的说明。

如图1和图2所示，回转工作台1水平布置在环形油腔推力轴承3的上表面，并与主轴机构中的主轴7的上端固连；环形油腔推力轴承3上开设有环形油腔2、回油槽16、供油孔10和回油孔17，其中环形油腔2和回油槽16开设在环形油腔推力轴承的上表面，环形油腔推力轴承的上表面与回转工作台的下表面接触，其上的环形油腔由回转工作台的下表面封闭，环形油腔推力轴承的上表面与回转工作台的下表面之间形成油膜封油边，回油槽优选设置在油膜封油边的两侧，以回收从封油边溢出的多余的液压油；供油孔10优选开设在环形油腔推力轴承3的下表面，并与环形油腔2连通，以向环形油腔中供给液压油，优选开设四个周向均布的供油孔，回油孔17开设在环形油腔推力轴承3内，其与回油槽连通，以将回油槽收集的液压油回油至油箱中。

如图2所示，加工制造过程中，将回油槽16底面加工为1°～2°的斜面，该斜面与回油孔相通，以此使得回油过程中，加快液压油从回油槽16通过回油孔17回到油箱，通过加快回油速度，有益于油膜散热，保证轴承支承性能。具体的，供油孔10下方安装有节流器11，以调节油腔的油膜压力，形成压力差从而承受载荷。

如图1所示，主轴机构包括主轴7和十字滚动联轴器，该主轴7穿过环形油腔推力轴承3，并通过并列圆柱滚子轴承与推力轴承实现配合，该主轴的上端譬如通过周向分布的四个内六角螺栓8与回转工作台1相连，下端与十字滚动联轴器相连。

具体的，十字滚动联轴器包括上传动座12、下传动座15以及位于上传动座和下传动座之间的传动盘14，上传动座与主轴的下端相连，该上传动座的下表面开设有卡槽，下传动座与电机相连，该下传动座的上表面开设有卡槽，传动盘周向分布有四个滚针凸轮导向器13，其中两个滚针凸轮导向器譬如通过螺栓固定在传动盘的上表面，且间隔180°布置，即两个滚针凸轮导向器关于传动盘的中心对称，例如左右对称，两个滚针凸轮导向器卡装在上传动座下表面的卡槽内，并实现过渡配合，即传动盘上表面的两个滚针凸轮导向器与上传动座下表面的卡槽过渡配合；另两个滚针凸轮导向器譬如通过螺栓固定在传动盘的下表面，其同样间隔180°布置，即两个滚针凸轮导向器关于传动盘的中心对称，例如前后对称，以此该两个滚针凸轮导向器与传动盘上表面的两个滚针凸轮导向器呈十字分布，即传动盘上表面两个滚针凸轮导向器的连线与传动盘下表面的两个滚针凸轮导向器的连线呈十字交叉，传动盘下表面的两个滚针凸轮导向器则卡装在下传动座上表面的卡槽内，并实现过渡配合，即传动盘下表面的两个滚针凸轮导向器与下传动座上表面的卡槽过渡配合，以此构成十字滚动联轴器。由于滚针凸轮导向器与卡槽间采用过渡配合，因此允许滚针凸轮在卡槽内有微小位移，故传动盘可相对上下传动座来回移动，即可实现沿主轴径向的位移调节，同时滚针凸轮导向器的外表面为圆柱面，其沿卡槽的竖直方向易受回转运动和重力作用而产生轴向微小位移。

进一步的，经研究发现当环形油腔的深度是油膜厚度(即回转台下表面与推力轴承上表面间的间隙)的50～100倍时，油膜具有较好的承载效果，因此本发明将环形油腔的深度设计成油膜厚度的50～100倍。

更为具体的，并列圆柱滚子轴承包括单挡边圆柱滚子轴承5和双挡边圆柱滚子轴承4，单挡边圆柱滚子轴承和双挡边圆柱滚子轴承并列安装在主轴上，其中单挡边圆柱滚子轴承位于双挡边圆柱滚子轴承的下方，即单挡边圆柱滚子轴承靠近上传动座，双挡边圆柱滚子轴承靠近回转工作台，其中，单挡边圆柱滚子轴承的外圈设置有挡边内圈无挡边，外圈为双挡边(即外圈两侧均设置有挡边)，以对圆柱滚子进行安装限位，而双挡边圆柱滚子轴承的内外圈均设置有挡边，其中，外圈为双挡边(即外圈两侧均设置有挡边)，内圈为单挡边(即内圈只有一侧设置有挡边)，内圈的挡边设置在内圈靠近回转工作台的一侧，该内圈与主轴上的轴肩抵接。由此上述结构的并列圆柱滚子轴承中的内圈可相对外圈做上下浮动，进而带动主轴上下浮动，使其能在轴向做移动，进而调整推力轴承与回转工作台间的间隙，从而自动调整油膜厚度。具体的，双挡边圆柱滚子轴承的上方还设置有轴承压盖9，主轴穿过轴承压盖9，两者之间装有骨架油封6，防止润滑脂泄漏。

本发明的液体静压推力轴承装置通过十字滚动联轴器连接电机与主轴，通过驱动电机带动主轴旋转，补偿运转时的相对位移。主轴与推力轴承间并列安装两个圆柱滚子轴承，主轴在电机的驱动下带动回转工作台做回转运动，通过十字滚动联轴器和圆柱滚子轴承保证回转精度在允许可调范围内波动。本发明通过十字滚动联轴器与并列圆柱滚子轴承的相互配合，不但可以消除主轴与电机不对心的影响，还可在允许范围内实现油膜厚度的浮动。

下面对本发明的液体静压推力轴承装置的工作过程进行简要说明。

正常工作时，启动电机前，液压油通过节流器11进入供油孔10然后流入环形油腔2，使回转工作台1与环形油腔推力轴承3之间形成液压油膜；然后启动电机，电机通过十字滚轴联轴器带动主轴7旋转，主轴7通过双列圆柱滚子轴承4、5与推力轴承内孔配合，主轴7旋转带动回转工作台1做回转运动；在不断供油过程中，液压油从两侧封油边流出，汇集到底面为1°～2°斜面的回油槽16中，使液压油经回油槽快速流入回油孔17，加速回油过程有利于改善油膜温升效应，提高轴承支承特性。由于静压油膜厚度在回转过程中会随着负载的变化而有所浮动，本发明采用单挡边圆柱滚子轴承配合双挡边圆柱滚子轴承的并列圆柱滚子轴承结构调节主轴的轴向位移，从而允许回转工作台产生一定轴向位移，实现静压油膜厚度的浮动变化，保证静压轴承支承性能。另鉴于主轴7沿轴向易产生浮动位移，本发明采用十字滚动联轴器结构，即上传动座12与主轴7连接，下传动座15与电机主轴相连，上传动座与下传动座之间再通过装有滚针凸轮导向器13的传动盘14相互连接，当主轴7与电机轴不对心时，即主轴的轴线与电机轴的轴线不重合时，传动盘14可以沿上传动座12和下传动座15的卡槽作相对移动，以消除主轴7与电机的不对心误差，保证回转工作台的回转精度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型液体静压推力轴承装置，其特征在于，包括回转工作台、环形油腔推力轴承和主轴机构，其中：

所述回转工作台水平布置在环形油腔推力轴承的上表面，并与主轴机构中的主轴固连；所述环形油腔推力轴承的上表面开设有环形油腔和回油槽，该环形油腔推力轴承上还开设有与环形油腔连通的供油孔以及与回油槽连通的回油孔；所述主轴机构包括主轴和十字滚动联轴器，该主轴穿过所述环形油腔推力轴承，并通过并列圆柱滚子轴承与所述推力轴承实现配合，该主轴的上端与所述回转工作台相连，下端与所述十字滚动联轴器相连；所述十字滚动联轴器包括上传动座、下传动座以及位于上传动座和下传动座之间的传动盘，所述上传动座与所述主轴的下端相连，该上传动座的下表面开设有卡槽，所述下传动座与电机相连，该下传动座的上表面开设有卡槽，所述传动盘周向分布有四个滚针凸轮导向器，其中两个滚针凸轮导向器固定在传动盘的上表面，且间隔180°布置，并卡装在上传动座的卡槽内，另两个滚针凸轮导向器固定在传动盘的下表面，其同样间隔180°布置并与传动盘上表面的两个滚针凸轮导向器呈十字分布，传动盘下表面的两个滚针凸轮导向器卡装在下传动座的卡槽内。

2.如权利要求1所述的新型液体静压推力轴承装置，其特征在于，所述并列圆柱滚子轴承包括单挡边圆柱滚子轴承以及位于单挡边圆柱滚子轴承上方的双挡边圆柱滚子轴承，所述单挡边圆柱滚子轴承和双挡边圆柱滚子轴承并列安装在所述主轴上，所述单挡边圆柱滚子轴承的外圈设置有挡边内圈无挡边，所述双挡边圆柱滚子轴承的内外圈均设置有挡边，且内圈为单挡边，该内圈的挡边设置在内圈靠近回转工作台的一侧。

3.如权利要求1或2所述的新型液体静压推力轴承装置，其特征在于，所述回油槽的底部设计为1～2°斜面，该斜面与回油孔相通。

4.如权利要求3所述的新型液体静压推力轴承装置，其特征在于，所述环形油腔的深度是油膜厚度的50～100倍。

5.如权利要求1-2任一项所述的新型液体静压推力轴承装置，其特征在于，所述供油孔连接有节流器。

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