CN110848259B - 一种节流效应可调控的静压气体止推轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，包括轴承本体，所述轴承本体内设置有加热装置，所述加热装置用于调节流经节流器的气体的温度。本静压气体止推轴承的结构设计可实现轴承节流效应可调控。
Description
技术领域
本发明涉及静压气体止推轴承技术领域，特别是涉及一种节流效应可调控的静压气体止推轴承。
背景技术
静压气体止推轴承由于具有高精度优势，在精密机床和精密测量设备上有广泛应用。静压气体止推轴承的刚度特性是其保证精密机床和精密测量设备高精度性能的关键。因此，改善气体静压轴承刚度是提升精密机床和精密测量设备性能的关键。静压气体止推轴承通过节流器的节流效应，使气膜间隙中的压力随气膜间隙变化而变化，从而产生刚度。通常节流器的节流效应越好，则轴承可以获得越大的刚度。
现有技术中，虽然节流器的节流性能可通过设计和制造工艺来调控，然而对于已经制造好的静压气体止推轴承而言，其节流器的节流性能是确定的。因此，静压气体止推轴承的节流器的节流性能在使用过程中是无法改变的：改善轴承刚度性能需要以改变节流器的节流效应为基础，因此对于成品的静压气体止推轴承，其刚度性能也是无法调控的。
进一步优化静压气体止推轴承的结构设计，以使得其更够体现出更好的精度优势，无疑会进一步扩大静压气体止推轴承的运用和作用、利于精密机床和精密测量的精度。
发明内容
针对上述提出的进一步优化静压气体止推轴承的结构设计，以使得其更够体现出更好的精度优势，无疑会进一步扩大静压气体止推轴承的运用和作用、利于精密机床和精密测量的精度的技术问题，本发明提供了一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，本静压气体止推轴承的结构设计可实现轴承节流效应可调控。
本发明提供的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承通过以下技术要点来解决问题：一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，包括轴承本体，所述轴承本体内设置有加热装置，所述加热装置用于调节流经节流器的气体的温度。
在精密机床和精密测量设备中，不同的被加工或被测量零件的尺寸、重量不同，甚至差异较大。由于现有技术中，在精密机床和精密测量中所使用静压气体止推轴承节流器的节流性能是确定的，轴承刚度性能无法调节，故在具体使用过程中，随着加工的进行或者对象的更换，被加工或被测量零件相较于加工之前或其他零件，在空间位置中可能存在上浮或下沉的问题，以上轴承刚度性能无法调节导致以上上浮和下沉是不可控的，而对加工和测量造成的影响现有技术中一般将其考虑为加工或测量允许的误差范围之内，这使得现有静压气体止推轴承的性能阻碍了精密加工和精密测量领域中，加工精度、测量精度的进一步提高。
本方案针对传统静压气体止推轴承，无法实现刚度性能调控能力的问题，提供以上技术方案，以使精密机床、精密测量设备的性能能够根据被加工和被测量零件的变化而变化，从而保证最优的设备性能。
本方案中，设置为还包括所述加热装置，且所述加热装置用于调节流经节流器的气体的温度，即通过加热装置的热输出，改变穿过节流器的气体的温度，以上温度变化使得气体的粘度发生变化，从而达到实现节流器的节流效应调节，达到改变静压气体止推轴承的轴承刚度性能以匹配具体支撑需要的目的。
作为本领域技术人员，以上温度调节通过控制加热装置的加热功率即可实现。同时，由于现有技术中解决气体加热，以改变气体的温度特征的技术方案简单、可控精度高，故采用本方案实现轴承刚度性能调节，具有结构简单、成本低、控制稳定的特点。如采用以下提供的以节流器本身作为加热装置，且采用能够导电以产生电热效应且能够通气的多孔质PTC陶瓷材料、多孔质石墨材料作为所述节流器，可使得静压气体止推轴承的制造成本与传统的静压气体止推轴承相近。
更进一步的技术方案为：
由于节流器本身为多孔道块状结构，在结构简单的基础上，为获得加热装置与气体更大的接触面积，同时使得节流器本身为热源，避免因为节流器吸热造成温度调节响应滞后，导致气体温度变化响应速度过慢而影响轴承刚度性能调节速度，同时使得由节流器各出口喷出的气流流量相对稳定，避免出现轴承配合面的配合精度下降，设置为：所述加热装置为节流器本身：节流器为导体，通过电流流经节流器时节流器自身发热，对流经其的气体进行加热实现所述温度调节。
如上所述，由于本方案区别于传统方案，考虑到了节流器对气体温度调节速度的影响，为利用现有多孔材料相较于后期完成孔加工的材料具有更大的孔表面积的特点，使得节流器具有更为快速的温度调节能力，设置为：所述节流器的材料为多孔材料，且节流器上本身存在的孔道作为气体穿过节流器的流道。
具体的：所述节流器的材料为多孔质石墨材料或多孔质PTC陶瓷材料。
作为一种具体的装配形式，所述轴承本体还包括轴承座，所述轴承座为其上设置有台阶孔状通孔的块状结构；
所述通孔的局部孔段作为轴承本体上用于为节流器提供气体的供气孔的局部孔段；
所述轴承座为导体，节流器与所述通孔的一端过盈配合，且通过节流器深入通孔的一端与通孔上的台阶接触限定节流器嵌入轴承座的深度；
还包括固定于所述通孔另一端的绝缘密封件，所述绝缘密封件为绝缘体，且绝缘密封件用于封堵所述通孔的另一端；
还包括固定于节流器上的第一导电块，所述第一导电块镶嵌于节流器深入通孔的一端；
还包括固定于绝缘密封件上的第二导电块，且绝缘密封件作为第二导电块与轴承座之间的绝缘件；
还包括一端与第一导电块相连，另一端与第二导电块相连的第一导线，还包括连接在轴承座外壁上的第二导线、连接在第二导电块外壁上的第三导线。本方案中，通过所述台阶对节流器进行支撑，可使得轴承在工作时，轴承具有更好的结构稳定性，同时绝缘密封件作为第二导电块与轴承座之间的绝缘体，同时通过所述第一导线、第二导线和第三导线，可采用如下方式实现本方案的运用：第二导线与第三导线分别作为加热用电流的引出导线和引入导线，这样，相应电流由第三导线引入，经过第二导电块后经第一导线流入节流器，而后再由节流器与轴承座之间的环形配合面流入轴承座，最后由第二导线流出。采用本方案，相当于第一导电块设置在轴承工作面的背侧，故第一导电块本身不阻碍节流器出口分布，同时，第一导电块、第二导电块在本方案中充当接线座的作用，可使得本轴承装配更为方便、可靠性更高。
作为一种装配方便、利于保证装配精度以及方便进行维护的技术方案，设置为：绝缘密封件上还设置有贯通其两端的孔道，所述第二导电块固定于所述孔道中，且第二导电块用于封堵所述孔道，所述孔道作为第一导线和/或第三导线向第二导电块外侧延伸的通道；
所述通孔设置为内螺纹段，所述绝缘密封件通过通孔上的内螺纹端段纹连接于轴承座上；
所述孔道设置有内螺纹段，所述第二导电块通过孔道上的内螺纹段螺纹连接于绝缘密封件上。本方案提供了一种第二导电块可拆卸、绝缘密封件可拆卸的技术方案，不仅旨在方便本轴承的维护，以减小本轴承的使用成本，同时安装方便，不会出现如采用焊接实现模块拼接而造成本轴承的制造精度下降影响其性能。
为保证本轴承的密封性，设置为：所述绝缘密封件与轴承座两者之间还设置有用于密封两者泄露间隙的第二密封圈。
为保证本轴承的密封性，设置为：所述绝缘密封件与第二导电块两者之间还设置有用于密封两者泄露间隙的第一密封圈。
为保证本轴承的密封性，设置为：所述节流器与轴承座两者之间还设置有用于密封两者之间间隙的密封胶。
为方便监控本轴承的轴承刚度性能变化，设置为：还包括用于监测节流器出气温度的温度传感器。
本发明具有以下有益效果：
本方案针对传统静压气体止推轴承，无法实现刚度性能调控能力的问题，提供以上技术方案，以使精密机床、精密测量设备的性能能够根据被加工和被测量零件的变化而变化，从而保证最优的设备性能。
本方案中，设置为还包括所述加热装置，且所述加热装置用于调节流经节流器的气体的温度，即通过加热装置的热输出，改变穿过节流器的气体的温度，以上温度变化使得气体的粘度发生变化，从而达到实现节流器的节流效应调节，达到改变静压气体止推轴承的轴承刚度性能以匹配具体支撑需要的目的。
作为本领域技术人员，以上温度调节通过控制加热装置的加热功率即可实现。同时，由于现有技术中解决气体加热，以改变气体的温度特征的技术方案简单、可控精度高，故采用本方案实现轴承刚度性能调节，具有结构简单、成本低、控制稳定的特点。
附图说明
图1是本发明所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承一个具体实施例的结构示意图，该示意图为剖视图；
图2是本发明所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承一个具体实施例的结构示意图，该示意图为剖视图，区别于图1，该示意图体现工作时其上的电流方向；
图3是本发明所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承一个具体实施例的结构示意图，该示意图为剖视图，区别于图1，该示意图体现工作时其上的气流情况；
图4是本发明所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承一个具体实施例的结构示意图，该示意图为立体结构示意图，且视口位于轴承下侧；
图5是本发明所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承一个具体实施例的结构示意图，该示意图为立体结构示意图，且视口位于轴承上侧。
图中的附图标记依次为：1、节流器，2、第一导电块，3、轴承座，4、绝缘密封件，5、第二导电块，6、第一密封圈，7、第二密封圈，8、第二导线，9、第三导线，10、第一导线，11、密封胶，12、供气孔，13、轴承工作面，14、轴承配合面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。
实施例1：
如图1至图5所示，一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，包括轴承本体，所述轴承本体内设置有加热装置，所述加热装置用于调节流经节流器1的气体的温度。
在精密机床和精密测量设备中，不同的被加工或被测量零件的尺寸、重量不同，甚至差异较大。由于现有技术中，在精密机床和精密测量中所使用静压气体止推轴承节流器1的节流性能是确定的，轴承刚度性能无法调节，故在具体使用过程中，随着加工的进行或者对象的更换，被加工或被测量零件相较于加工之前或其他零件，在空间位置中可能存在上浮或下沉的问题，以上轴承刚度性能无法调节导致以上上浮和下沉是不可控的，而对加工和测量造成的影响现有技术中一般将其考虑为加工或测量允许的误差范围之内，这使得现有静压气体止推轴承的性能阻碍了精密加工和精密测量领域中，加工精度、测量精度的进一步提高。
本方案针对传统静压气体止推轴承，无法实现刚度性能调控能力的问题，提供以上技术方案，以使精密机床、精密测量设备的性能能够根据被加工和被测量零件的变化而变化，从而保证最优的设备性能。
本方案中，设置为还包括所述加热装置，且所述加热装置用于调节流经节流器1的气体的温度，即通过加热装置的热输出，改变穿过节流器1的气体的温度，以上温度变化使得气体的粘度发生变化，从而达到实现节流器1的节流效应调节，达到改变静压气体止推轴承的轴承刚度性能以匹配具体支撑需要的目的。
作为本领域技术人员，以上温度调节通过控制加热装置的加热功率即可实现。同时，由于现有技术中解决气体加热，以改变气体的温度特征的技术方案简单、可控精度高，故采用本方案实现轴承刚度性能调节，具有结构简单、成本低、控制稳定的特点。如采用以下提供的以节流器1本身作为加热装置，且采用能够导电以产生电热效应且能够通气的多孔质PTC陶瓷材料、多孔质石墨材料作为所述节流器1，可使得静压气体止推轴承的制造成本与传统的静压气体止推轴承相近。
实施例2：
如图1至图5所示，本实施例在实施例1的基础上做进一步细化：
由于节流器1本身为多孔道块状结构，在结构简单的基础上，为获得加热装置与气体更大的接触面积，同时使得节流器1本身为热源，避免因为节流器1吸热造成温度调节响应滞后，导致气体温度变化响应速度过慢而影响轴承刚度性能调节速度，同时使得由节流器1各出口喷出的气流流量相对稳定，避免出现轴承配合面14的配合精度下降，设置为：所述加热装置为节流器1本身：节流器1为导体，通过电流流经节流器1时节流器1自身发热，对流经其的气体进行加热实现所述温度调节。
如上所述，由于本方案区别于传统方案，考虑到了节流器1对气体温度调节速度的影响，为利用现有多孔材料相较于后期完成孔加工的材料具有更大的孔表面积的特点，使得节流器1具有更为快速的温度调节能力，设置为：所述节流器1的材料为多孔材料，且节流器1上本身存在的孔道作为气体穿过节流器1的流道。
具体的：所述节流器1的材料为多孔质石墨材料或多孔质PTC陶瓷材料。
作为一种具体的装配形式，所述轴承本体还包括轴承座3，所述轴承座3为其上设置有台阶孔状通孔的块状结构；
所述通孔的局部孔段作为轴承本体上用于为节流器1提供气体的供气孔12的局部孔段；
所述轴承座3为导体，节流器1与所述通孔的一端过盈配合，且通过节流器1深入通孔的一端与通孔上的台阶接触限定节流器1嵌入轴承座3的深度；
还包括固定于所述通孔另一端的绝缘密封件4，所述绝缘密封件4为绝缘体，且绝缘密封件4用于封堵所述通孔的另一端；
还包括固定于节流器1上的第一导电块2，所述第一导电块2镶嵌于节流器1深入通孔的一端；
还包括固定于绝缘密封件4上的第二导电块5，且绝缘密封件4作为第二导电块5与轴承座3之间的绝缘件；
还包括一端与第一导电块2相连，另一端与第二导电块5相连的第一导线10，还包括连接在轴承座3外壁上的第二导线8、连接在第二导电块5外壁上的第三导线9。本方案中，通过所述台阶对节流器1进行支撑，可使得轴承在工作时，轴承具有更好的结构稳定性，同时绝缘密封件4作为第二导电块5与轴承座3之间的绝缘体，同时通过所述第一导线10、第二导线8和第三导线9，可采用如下方式实现本方案的运用：第二导线8与第三导线9分别作为加热用电流的引出导线和引入导线，这样，相应电流由第三导线9引入，经过第二导电块5后经第一导线10流入节流器1，而后再由节流器1与轴承座3之间的环形配合面流入轴承座3，最后由第二导线8流出。采用本方案，相当于第一导电块2设置在轴承工作面13的背侧，故第一导电块2本身不阻碍节流器1出口分布，同时，第一导电块2、第二导电块5在本方案中充当接线座的作用，可使得本轴承装配更为方便、可靠性更高。
作为一种装配方便、利于保证装配精度以及方便进行维护的技术方案，设置为：绝缘密封件4上还设置有贯通其两端的孔道，所述第二导电块5固定于所述孔道中，且第二导电块5用于封堵所述孔道，所述孔道作为第一导线10和/或第三导线9向第二导电块5外侧延伸的通道；
所述通孔设置为内螺纹段，所述绝缘密封件4通过通孔上的内螺纹端段纹连接于轴承座3上；
所述孔道设置有内螺纹段，所述第二导电块5通过孔道上的内螺纹段螺纹连接于绝缘密封件4上。本方案提供了一种第二导电块5可拆卸、绝缘密封件4可拆卸的技术方案，不仅旨在方便本轴承的维护，以减小本轴承的使用成本，同时安装方便，不会出现如采用焊接实现模块拼接而造成本轴承的制造精度下降影响其性能。
为保证本轴承的密封性，设置为：所述绝缘密封件4与轴承座3两者之间还设置有用于密封两者泄露间隙的第二密封圈7。
为保证本轴承的密封性，设置为：所述绝缘密封件4与第二导电块5两者之间还设置有用于密封两者泄露间隙的第一密封圈6。
为保证本轴承的密封性，设置为：所述节流器1与轴承座3两者之间还设置有用于密封两者之间间隙的密封胶11。作为本领域技术人员，由于节流器1与轴承座3之间需要实现电导通，故所述密封胶11为截断相应面密封间隙的一个环即可。考虑到密封胶11对温度的耐受情况，以保证本轴承的寿命，设置为：所述密封胶11采用环氧密封胶。
为方便监控本轴承的轴承刚度性能变化，设置为：还包括用于监测节流器1出气温度的温度传感器。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，包括轴承本体，其特征在于，所述轴承本体内设置有加热装置，所述加热装置用于调节流经节流器（1）的气体的温度；
所述加热装置为节流器（1）本身：节流器（1）为导体，通过电流流经节流器（1）时节流器（1）自身发热，对流经其的气体进行加热实现所述温度调节；
所述轴承本体还包括轴承座（3），所述轴承座（3）为其上设置有台阶孔状通孔的块状结构；
所述通孔的局部孔段作为轴承本体上用于为节流器（1）提供气体的供气孔（12）的局部孔段；
所述轴承座（3）为导体，节流器（1）与所述通孔的一端过盈配合，且通过节流器（1）深入通孔的一端与通孔上的台阶接触限定节流器（1）嵌入轴承座（3）的深度；
还包括固定于所述通孔另一端的绝缘密封件（4），所述绝缘密封件（4）为绝缘体，且绝缘密封件（4）用于封堵所述通孔的另一端；
还包括固定于节流器（1）上的第一导电块（2），所述第一导电块（2）镶嵌于节流器（1）深入通孔的一端；
还包括固定于绝缘密封件（4）上的第二导电块（5），且绝缘密封件（4）作为第二导电块（5）与轴承座（3）之间的绝缘件；
还包括一端与第一导电块（2）相连，另一端与第二导电块（5）相连的第一导线（10），还包括连接在轴承座（3）外壁上的第二导线（8）、连接在第二导电块（5）外壁上的第三导线（9）；
绝缘密封件（4）上还设置有贯通其两端的孔道，所述第二导电块（5）固定于所述孔道中，且第二导电块（5）用于封堵所述孔道，所述孔道作为第一导线（10）和/或第三导线（9）向第二导电块（5）外侧延伸的通道；
所述通孔设置为内螺纹段，所述绝缘密封件（4）通过通孔上的内螺纹端螺纹连接于轴承座（3）上；
所述孔道设置有内螺纹段，所述第二导电块（5）通过孔道上的内螺纹段螺纹连接于绝缘密封件（4）上；
所述绝缘密封件（4）与轴承座（3）两者之间还设置有用于密封两者泄漏间隙的第二密封圈（7），所述绝缘密封件（4）与第二导电块（5）两者之间还设置有用于密封两者泄漏间隙的第一密封圈（6）。
2.根据权利要求1所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，其特征在于，所述节流器（1）的材料为多孔材料，且节流器（1）上本身存在的孔道作为气体穿过节流器（1）的流道。
3.根据权利要求2所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，其特征在于，所述节流器（1）的材料为多孔质石墨材料或多孔质PTC陶瓷材料。
4.根据权利要求1所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，其特征在于，所述节流器（1）与轴承座（3）两者之间还设置有用于密封两者之间间隙的密封胶（11）。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种节流效应可调控的静压气体止推轴承，其特征在于，还包括用于监测节流器（1）出气温度的温度传感器。
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