CN110345153A - 一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，包括设置在轴承内表面的一组对置不等面积水腔和一组对置等面积水腔，所述的对置不等面积水腔包括槽式水腔和等深水腔，所述的对置等面积水腔包括两个等深水腔，每两个水腔之间均设有回水槽，该动静压水轴承安装时，槽式水腔正对外载荷作用方向，所述槽式水腔的包角大于等深水腔的包角，所述槽式水腔的四周为回字形静压槽，槽内深度相等；中部为矩形凸台，所述槽式水腔的凸台面积大于等深水腔的面积，所述的槽式水腔和等深水腔上均设有进水孔。本发明可提供单向大承载力，具备高速下温升低、回转精度高的优点，可有效克服传统高速机床主轴支承在高速下温升高、回转精度低的缺陷。

Description

一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承
技术领域
本发明涉及一种动静压轴承，尤其涉及一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承。
背景技术
加工机床高速化是近年来制造技术发展的重要方向，主轴装置作为高速机床的核心部件，直接决定了机床的加工性能，而主轴支承则是影响主轴静动态特性的关键因素。传统机床多采用滚动轴承和油润轴承作为主轴支承，在主轴高速旋转时，轴承发热严重，这将导致主轴回转精度下降，对机床加工精度产生不利影响。相比于传统的滚动轴承和油润滑轴承，水润滑轴承在主轴高速旋转时，仍具有温升低、回转精度高的优点，在高速机床中具有广阔的应用前景。
某些高速机床运行时，切削力的方向基本不变，比如车床、磨床等。此类机床的主轴支承将承受单向作用的外载荷，因此，需要设计一种具备单向大承载能力的水润滑轴承，以用作此类高速机床的主轴支承，从而克服传统主轴支承的缺陷。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种带槽式水腔的对置不等面积水腔动静压水轴承，可提供单向大承载力，并能有效降低轴承温升，提高主轴回转精度，进而提升机床加工性能。
技术方案：本发明包括设置在轴承内表面的一组对置不等面积水腔和一组对置等面积水腔，所述的对置不等面积水腔包括槽式水腔和等深水腔，所述的对置等面积水腔包括两个等深水腔，每两个水腔之间均设有回水槽，该动静压水轴承安装时，槽式水腔正对外载荷作用方向。
所述槽式水腔的包角大于等深水腔的包角。
所述槽式水腔的四周为回字形静压槽，槽内深度相等；中部为矩形凸台。
所述槽式水腔的凸台面积大于等深水腔的面积，从而使槽式水腔提供的水膜力与等深水腔提供的水膜力之间的差值增大，进而提高轴承的单向承载能力。
所述的槽式水腔和等深水腔上均设有进水孔。
所述的进水孔与外部节流器相通，轴承工作时，外部供入的压力水经节流器节流后，从进水孔流入水腔，再经由水腔四周的封水面从轴承轴向端面和回水槽流出。
工作原理：轴承所受外载荷的作用方向指向槽式水腔，因此，轴颈位置将偏于槽式水腔一侧，在外部节流器的调压作用下，槽式水腔四周静压槽中的压力大于对面等深水腔中的压力，且槽式水腔承载面积大于等深水腔，因此将产生较大的静压承载力；同时，槽式水腔中部的凸台面上也将产生明显的动压效应，继而提供动压承载力。
有益效果：本发明可提供单向大承载力，具备高速下温升低、回转精度高的优点，可有效克服传统高速机床主轴支承在高速下温升高、回转精度低的缺陷。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图；
图2是本发明的局部剖视图；
图3是本发明的二维剖视图；
图4为图3的A-A展开图；
图5是本发明用作车床主轴支承的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明的动静压水轴承的内表面设有一组对置不等面积水腔和一组对置等面积水腔，其中对置不等面积水腔包括一个槽式水腔1和一个等深水腔3，对置等面积水腔包括两个等深水腔2、4。如图3所示，槽式水腔1和等深水腔3位于轴承的上下两侧对称分布，等深水腔2和4位于轴承的左右两侧对称分布。三个等深水腔均为矩形水腔，且矩形水腔的面积相等，槽式水腔1的四周为“回”字形静压槽，槽内深度相等，槽式水腔1的中部为矩形凸台面，槽式水腔1的包角大于对面等深水腔3的包角，且槽式水腔1四周静压槽的外轮廓所对应的面积要大于与槽式水腔1对置的等深水腔3的面积，从而使槽式水腔1提供的水膜力与等深水腔3提供的水膜力之间的差值增大，进而提高轴承的单向承载能力。
如图1至图4所示，每个等深水腔的中央均设有一个进水孔，等深水腔3与轴承外壁之间的进水孔为11号进水孔；等深水腔2和轴承外壁之间的进水孔为10号进水孔；等深水腔4和轴承外壁之间的进水孔为12号进水孔。槽式水腔1的进水孔9位于其静压槽内，如图4所示，位于左侧静压槽的中央位置。所有进水孔均与外部节流器相通，轴承工作时，外部供入的压力水经过节流器节流后，从进水孔流入相对应的水腔，再流经环绕水腔四周的工作表面，从轴承轴向端面和水腔周向两侧的回水槽流出。
如图3和图4所示，每两个水腔之间均设有一条回水槽，回水槽为矩形槽，沿轴承的轴向贯通，槽式水腔1和等深水腔2之间设有回水槽5；等深水腔2和3之间设有回水槽6，等深水腔3和4之间设有回水槽7，等深水腔4和槽式水腔1之间设有回水槽8。设置回水槽可增大轴承流量，有利于降低轴承温升；此外，相比于传统的润滑油，水的比热容更大，因此，动静压水轴承在高速下的温升远低于传统的滚动轴承和油润滑轴承，有利于保持机床主轴的回转精度。
动静压水轴承安装时，应使槽式水腔1正对外载荷的作用方向，由于轴承所受外载荷的作用方向指向槽式水腔1，轴颈位置将偏于槽式水腔1一侧。在外部节流器的调压作用下，槽式水腔1四周静压槽中的压力大于对面等深水腔中的压力，且槽式水腔承载面积大于等深水腔，因此将产生较大的静压承载力；同时，槽式水腔中部凸台面上也将产生明显的动压效应，继而提供动压承载力。因此，动静压水轴承可同时提供较大的静压承载力与动压承载力，具备单向大承载能力。
实施例1：
以车床主轴支承为例，工件所受切削力方向竖直向上，因此，动静压水轴承的安装时应使槽式水腔1位置在上，等深水腔3位置在下，如图5所示。取轴承内径为60mm，轴承长度为120mm，轴承内孔半径与轴颈半径之差为30μm，槽式水腔1的包角为90°，等深水腔3的包角为36°，外部供水压力0.6MPa，轴颈沿顺时针方向旋转，转速3000rpm，根据上述参数，可算出在轴颈偏心率为0.5时，槽式水腔1四周静压槽中的压力为0.52MPa，等深水腔3中的压力为0.21MPa，动静压水轴承能提供方向向下、大小为2074N的承载力。

Claims (6)

1.一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，其特征在于，包括设置在轴承内表面的一组对置不等面积水腔和一组对置等面积水腔，所述的对置不等面积水腔包括槽式水腔和等深水腔，所述的对置等面积水腔包括两个等深水腔，每两个水腔之间均设有回水槽，该动静压水轴承安装时，槽式水腔正对外载荷作用方向。
2.根据权利要求1所述的一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，其特征在于，所述槽式水腔的包角大于等深水腔的包角。
3.根据权利要求1或2所述的一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，其特征在于，所述槽式水腔的四周为回字形静压槽，槽内深度相等；中部为矩形凸台。
4.根据权利要求3所述的一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，其特征在于，所述槽式水腔的凸台面积大于等深水腔的面积。
5.根据权利要求1所述的一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，其特征在于，所述的槽式水腔和等深水腔上均设有进水孔。
6.根据权利要求5所述的一种带槽式水腔对置不等面积水腔的动静压水轴承，其特征在于，所述的进水孔与外部节流器相通。
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