CN111677757A - 一种可变油腔静压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可变油腔静压轴承，包括若干个油腔，所述若干个油腔均布设置在静压轴承内壁面上，每个油腔均包括油腔调节机构，每个所述油腔调节机构独立工作，所述油腔调节机构根据油腔的压力动态调节油腔的体积，本发明的静压轴承在主轴载荷变化时，可以主动产生与载荷变化方向相反的合力使主轴产生的偏移减小，保证了主轴的位置精度。

Description

一种可变油腔静压轴承

技术领域

本发明属于静压轴承的技术领域，具体涉及一种可以根据载荷大小自动调节油腔大小的静压轴承。

背景技术

静压轴承是一种精度高、承载大的滑动轴承，在机械行业中应用广泛。传统液体静压轴承依靠外部供给的压力油在主轴和轴承中间形成油膜，利用油膜来承受载荷。液体静压轴承内壁上均匀开设4个或6个油腔，每个油腔保持有一定的压力，使主轴和轴承之间保持有一定厚度的油膜，保证轴承处于正常工作条件。当主轴受外力时，主轴会产生偏移，各油腔的压力均发生变化，这时轴承外力与各油腔压力的向量和相平衡。传统液体静压轴承油腔形状使固定的，承载能力一定。载荷变大时，主轴的径向偏移量会增加，精度要求较高时，会影响主轴精度；油膜厚度减小且不均匀，会导致发热增加，严重时局部会发生干摩擦。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种可以根据载荷大小自动调节油腔大小的静压轴承。

一种可变油腔静压轴承，包括若干个油腔，所述若干个油腔均布设置在静压轴承内壁面上，所述若干个油腔中的每个油腔均包括油腔调节机构，每个所述油腔调节机构独立工作，所述油腔调节机构根据油腔的压力动态调节油腔的体积。

所述油腔调节机构包括调节板，连杆，活塞杆，液压缸以及控制油路，所述调节板位于油腔内部，所述调节板外部轮廓与油腔内部轮廓匹配，调节板位于油腔外侧一端固定连接有连杆，所述连杆与活塞杆相连，所述活塞杆位于液压缸内，所述液压缸与控制油路相连。

所述控制油路包括电磁换向阀，溢流阀，单向阀，液压泵，过滤器以及油箱，电磁换向阀与液压缸之间通过液压进油路以及液压回油路连接，电磁换向阀进口分别连接溢流阀和单向阀，溢流阀与油箱连接，单向阀连接液压泵，液压泵连接过滤器，过滤器连接油箱。

所述调节板的上下表面与油腔内壁配合，形成径向固定，所述调节板的两侧面与油腔两侧面配合，形成周向固定。

所述每个油腔远离调节板的一端的侧壁上设有进油孔，所述每个油腔远离调节板的一端设有封油边，所述封油边上设有压力传感器。

所述静压轴承外侧设有PLC控制器，所述PLC控制器与与每个油腔的电磁换向阀均电性连接，所述PLC控制器与每个油腔内的压力传感器均电性连接。

所述油腔为四个或四个以上的偶数个。

所述液压缸固定在静压轴承外壳体上，或者固定在包含静压轴承的设备壳体上。

本发明的优点在于：

1、传统静压轴承的油腔大小都是固定不变的，承载能力一定，本发明静压轴承的油腔大小是可以进行独立调整的，根据负载的大小、方向，来调整四个油腔的大小，使油腔产生合力与负载大小匹配、方向相反的合力；

2、每一个油腔都有一套独立的调节机构，每个油腔的大小可以独立进行控制；

3、本发明的静压轴承在主轴载荷变化时，可以主动产生与载荷变化方向相反的合力使主轴产生的偏移减小，保证了主轴的位置精度。同时可以减小载荷增大时对油膜厚度的影响，保证轴承的最小油膜厚度，确保轴承处于正常工作状态，同时也提高了油膜刚度，提高回转精度。四个油腔可以独立进行控制，可以应对载荷在径向任意方向（非轴向）的变化，适用于载荷大小方向经常发生变化的工作场合。

附图说明

图1示出了本发明的轴向剖面图。

图2示出了控制油路示意图。

图3示出了可变油腔静压轴承三维示意图。

图4是示出了调节板与连杆的三维示意图。

图5为图1中A-A剖视图。

具体实施方式

参照图1-4，一种静压轴承2，包括若干个油腔，所述若干个油腔均布设置在静压轴承内壁面上，所述若干个油腔中的每个油腔均包括油腔调节机构3，每个所述油腔调节机构3独立工作，所述油腔调节机构3根据油腔的压力动态调节油腔的体积。

所述油腔调节机构3包括调节板16，连杆15，活塞杆4，液压缸6以及控制油路，所述调节板16位于油腔内部，所述调节板16外部轮廓与油腔内部轮廓匹配，调节板16位于油腔外侧一端固定连接有连杆15，所述连杆15与活塞杆4相连，所述活塞杆4位于液压缸6内，所述液压缸6与控制油路相连。

如图2所示，所述控制油路包括电磁换向阀9，溢流阀10，单向阀11，液压泵12，过滤器13以及油箱14，电磁换向阀9与液压缸6之间通过液压进油路以及液压回油路连接，电磁换向阀9进口分别连接溢流阀10和单向阀11，溢流阀10与油箱14连接，单向阀11连接液压泵12，液压泵12连接过滤器13，过滤器13连接油箱14。

所述液压缸6固定在静压轴承外壳体上，或者固定在包含静压轴承的设备壳体上，只要不影响活塞杆4与连杆15的传动即可，每个油腔都有一套独立的油腔调节机构，可以独立进行调节。

所述调节板16的上下表面与油腔内壁配合，形成径向固定，所述调节板16的两侧面与油腔两侧面配合，形成周向固定，使调节板16只能沿静压轴承2的轴向移动，即沿着油腔的长度方向移动。

所述每个油腔远离调节板16的一端的侧壁上设有进油孔5，所述每个油腔远离调节板16的一端设有封油边7，所述封油边7使得油腔远离调节板16一侧密封，所述调节板15使得油腔另一侧密封，所述封油边2上设有压力传感器1，所述回油槽8与油腔的连接关系不再赘述，属于本领域的公知常识。

所述静压轴承2外侧设有PLC控制器，所述PLC控制器与每个油腔的电磁换向阀9均电性连接，所述PLC控制器与每个油腔内的压力传感器1均电性连接。

控制油路从油箱14供油，经过过滤器13后进入到液压泵12中，在液压泵后安装有单向阀11，只允许压力油从液压泵11流入控制油路，不允许压力油从油路流入液压泵11。在换向阀前接有溢流阀10，通过溢流阀10可以设定进入换向阀9的油路压力。通过改变溢流阀10的设定的压力，可以改变控制油路的油液压力，可以改变活塞杆4的运动速度，进而可以改变调节系统的动态特性，视工作情况的不同进行调节。换向阀采用三位四通电磁阀，通过PLC来控制电磁阀来实现液压缸换向及位置保持。

以下以静压轴承2包含4个油腔，分别为油腔一17，油腔二18，油腔三19以及油腔四20进行描述。

所述本申请中的根据载荷大小自动调节油腔大小的静压轴承工作原理如下：

如图5所示，静压轴承4有上下左右四个油腔17、18、19、20，均布在静压轴承4内壁面上，每个油腔都有一个进油孔5，四个油腔使用统一液压泵供给压力油。每个油腔都保持有一定的压力值（该压力值近似于液压泵的压力值，单位为Mpa，实质为压强值），载荷不变时，四个油腔产生的压力（此处压力为压力值，即压强值X油腔作用于主轴面积）合与主轴载荷大小相等，方向相反。

当主轴载荷在垂直方向向下变大时，主轴在径向向下偏移，油腔18油膜厚度增加，压力减小，油腔20油膜厚度减小，压力变大。此时油腔18压力传感器检测到压力减少，油腔20压力传感器检测到压力增加，信号传输到PLC控制器中，PLC控制器控制油腔18的电磁换向阀9动作，使油腔18的调节板16向内移动，油腔18体积减小，同时PLC控制器控制油腔20的电磁换向阀9动作，使油腔20的调节板16向外移动，油腔20体积增加。

又由于四个油腔均由同一个液压泵供油，当油腔18体积减小时，导致油腔18与主轴的接触面积减小，产生向下的压力减小，同理油腔20与主轴的接触面积增加，产生的向上的压力增加，油腔18和油腔20产生的合力在垂直方向向上。因此，抵消主轴垂直向下的载荷的同时使得主轴向上移动，主轴的径向偏移减小，使得主轴恢复到初始位置附近，此时，油腔18油膜厚度减小，油腔20油膜厚度增加。因为主轴只在竖直方向变化，油腔17、油腔19的产生同步的变化，油腔17、油腔19的压力方向相反，产生的合力为零，所以此时只对油腔18、油腔20进行调节。

当载荷沿水平方向向右增大时，主轴在径向向右偏移，油腔17油膜厚度增加，压力减小，油腔19油膜厚度减小，压力增大。此时油腔17压力传感器检测到压力减小，油腔19压力传感器检测到压力增加，信号传输到PLC控制器中，PLC控制器中控制油腔17的电磁换向阀9动作，使油腔17的调节板向内移动，使油腔17与主轴的接触面积减小，PLC控制器控制油腔19的电磁换向阀9动作，使油腔19的调节板向外移动，使油腔19与主轴的接触面积增加。油腔17面积减小，产生向右的压力减小，油腔19面积增加，产生向左的压力增加，因此，抵消主轴水平向右的载荷同时使得主轴向左移动，主轴的径向偏移减小，使得主轴恢复到初始位置附近，此时，油腔17油膜厚度减小，油腔19油膜厚度增加。因为主轴只在水平方向变化，油腔18、油腔20产生的变化同步，油腔18、油腔20产生的压力方向相反，产生的合力为零，此时只对油腔17、油腔19进行调节。

同理，当载荷沿径向其他方向变化时（无轴向载荷变化），四个油腔都会产生压力变化，压力传感器将检测到的信号传输到控制器，控制器根据各个油腔压力的变化情况，分别控制四个油腔的电机转动，使四个油腔的面积分别发生变化，四个油腔产生与载荷变化方向相反的合力，抵消主轴的载荷变化，使主轴的偏移减小。

此外，静压轴承2还可以包含4个以上的偶数个油腔，且多个油腔均匀分布在圆周方向上即可，油腔越多，在非水平方向或者非垂直方向的载荷响应以及调节更精确。

Claims (8)

1.一种可变油腔静压轴承，其特征在于，包括若干个油腔，所述若干个油腔均布设置在静压轴承内壁面上，所述若干个油腔中的每个油腔均包括油腔调节机构（3），每个所述油腔调节机构（3）独立工作，所述油腔调节机构根据油腔的压力动态调节油腔的体积。

2.根据权利要求1所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述油腔调节机构3包括调节板（16），连杆（15），活塞杆（4），液压缸（6）以及控制油路，所述调节板（16）位于油腔内部，所述调节板（16）外部轮廓与油腔内部轮廓匹配，调节板（16）位于油腔外侧一端固定连接有连杆（15），所述连杆（15）与活塞杆（4）相连，所述活塞杆（4）位于液压缸（6）内，所述液压缸（6）与控制油路相连。

3.根据权利要求2所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述控制油路包括电磁换向阀（9），溢流阀（10），单向阀（11），液压泵（12），过滤器（13）以及油箱（14），电磁换向阀（9）与液压缸（6）之间通过液压进油路以及液压回油路连接，电磁换向阀（9）进口分别连接溢流阀（10）和单向阀（11），溢流阀（10）与油箱（14）连接，单向阀（11）连接液压泵（12），液压泵（12）连接过滤器（13），过滤器（13）连接油箱（14）。

4.根据权利要求2所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述调节板（16）的上下表面与油腔内壁配合，形成径向固定，所述调节板（16）的两侧面与油腔两侧面配合，形成周向固定。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述每个油腔远离调节板（16）的一端的侧壁上设有进油孔（5），所述每个油腔远离调节板（16）的一端设有封油边7，所述封油边2上设有压力传感器（1）。

6.根据权利要求3所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述静压轴承（2）外侧设有PLC控制器，所述PLC控制器与与每个油腔的电磁换向阀（9）均电性连接，所述PLC控制器与每个油腔内的压力传感器（1）均电性连接。

7.根据权利要求1所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述油腔为四个或四个以上的偶数个。

8.根据权利要求2所述的可变油腔静压轴承，其特征在于，所述液压缸（6）固定在静压轴承外壳体上，或者固定在包含静压轴承的设备壳体上。

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