CN114294330A - 一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置 - Google Patents

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Abstract

一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，它属于旋转圈形零件静平衡领域。本发明解决了现有的旋转圈形零件气浮式静平衡装置存在仅适用于零件宽度短的场合，无法对宽度长的旋转圈形零件静平衡的问题。本发明的端盖底端与支座顶端可转动连接，气浮腔体远离工作气腔的一侧通过支承柱与圆底盘连接，可通过支承柱调整气浮腔体的水平度，气浮腔体的两侧分别沿轴线方向安装两个轴向定位装置，外部供入气体可通过供气孔进入工作气腔、圆柱形进气通过和进气孔中，在工作表面与旋转圈形零件内表面之间形成具有承载力的气膜，将旋转圈形零件浮起进行静平衡。本发明适用于旋转圈形零件静平衡，能够实现对不同宽度旋转圈形零件静平衡。

Description

一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置
技术领域
本发明涉及一种静平衡装置，具体涉及一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，属于旋转圈形零件静平衡领域。
背景技术
旋转圈形零件(比如齿圈、轴套等)是制造业、航海、航空、航天等领域中广泛应用的一类零件。旋转圈形零件在制造过程中，由于材料缺陷、设计误差等因素的影响，不可避免的产生静不平衡质量。在旋转圈形零件随主轴旋转过程中，这些静平衡质量将造成系统异常振动，加剧设备磨损，甚至系统的灾难性破坏，严重降低系统的安全可靠性。静平衡技术能够减少旋转圈形零件静不平衡质量，降低设备、系统的振动水平，对于提高安全可靠性具有重要意义。
由于齿圈、轴套等旋转圈形零件外表面不是圆柱形，现有的平衡导轨、滚动轴承摆架台等静平衡装置无法直接用于旋转圈形零件静平衡，通常与转子和轴套等配合使用。但由于转子和轴套自身的不平衡质量，以及硬接触存在较大的摩擦力矩，导致旋转圈形零件静平衡精度严重下降。
国际公布号为WO 2020/224614 A1、国际申请号为PCT/CN2020/088949公开了一种名称为“用于转子静平衡的剖分式可调摆角的静压气体轴承装置及旋转圈形零件静平衡的气浮支承装置”的发明专利，具体公开了一种旋转圈形零件静平衡的气浮支承装置。但是该装置在对旋转圈形零件静平衡时存在以下几点问题：
(1)由于该气浮支承装置的气浮支承结构采用单支承的方式，且由于旋转圈形零件在静平衡时需要套设在气浮支承结构上，导致该气浮支承装置必须采用侧部支承的方式，侧部支承与单支承相结合的支承方式，致使现有的旋转圈形零件气浮式静平衡装置仅适用于零件宽度短的场合，无法对宽度长的旋转圈形零件静平衡。
(2)由于该气浮支承装置的气浮支承结构采用单支承的方式，导致该气浮支承装置只能调整标高，无法实现水平度的调节；
(3)由于该气浮支承装置的气浮支承结构与两侧轴向定位装置可调范围较小，无法对任意长度的旋转圈形零件实现轴向定位。
(4)由于该气浮支承结构内的工作气腔为一个整体空腔，使气浮支承结构顶端形成曲面薄板结构，大大地降低了气浮支承结构的强度和刚度，致使现有的旋转圈形零件气浮式静平衡装置仅适用于轻型零件的场合，无法对重型的旋转圈形零件静平衡。
综上所述，现有的旋转圈形零件气浮式静平衡装置存在仅适用于零件宽度短的场合，无法对宽度长的旋转圈形零件静平衡的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的旋转圈形零件气浮式静平衡装置存在仅适用于零件宽度短的场合，无法对宽度长的旋转圈形零件静平衡的问题，进而提供一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置。
本发明的技术方案是：
一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，它包括气浮腔体1、端盖2、支座3、支承柱4、圆盘座5和两个轴向定位装置6，气浮腔体1内部设有工作气腔1-2和与所述工作气腔1-2相连通的多个圆柱形进气通道1-3，工作气腔1-2位于气浮腔体1一端，气浮腔体1顶端加工有圆弧形的工作表面1-1，工作表面1-1上加工有多个与圆柱形进气通道1-3相连通的进气孔1-4，端盖2固定安装在气浮腔体1靠近工作气腔1-2一侧的端面上，端盖2与气浮腔体1的工作气腔1-2密封连接，端盖2上加工有与工作气腔 1-2相连通的供气孔2-2，端盖2底端与支座3顶端可转动连接，气浮腔体1远离工作气腔1-2的一侧通过支承柱4与圆盘座5连接，气浮腔体1的两侧分别沿轴线方向安装两个轴向定位装置6。
进一步地，工作表面1-1横截面圆弧对应的圆心角度数为60°～180°。
进一步地，多个圆柱形进气通道1-3分布位置为沿周向从中间至两端逐渐稀疏方式排列。
进一步地，气浮腔体1端面加工有密封凹槽1-5，所述密封凹槽1-5位于工作气腔1-2 的四周，密封凹槽1-5内安装有橡胶或硅胶密封条，橡胶或硅胶密封条通过端盖2压紧，气浮腔体1端面加工有多个气浮腔体螺纹孔1-6，端盖2上加工有与气浮腔体螺纹孔1-6 位置对应的第一圆柱形通孔2-1，端盖2与气浮腔体1之间通过气浮腔体螺纹孔1-6和第一圆柱形通孔2-1使用螺栓连接。
进一步地，气浮腔体1远离工作气腔1-2的一侧底端加工有内凹的半球面1-7，支承柱4上端加工有与半球面1-7相配合的外凸半球面4-1，圆盘座5上加工有圆盘座螺纹孔 5-1，支承柱4加工有与圆盘座螺纹孔5-1相配合的外螺纹4-2，支承柱4与圆盘座5通过外螺纹4-2和圆盘座螺纹孔5-1连接。
进一步地，端盖2底端加工有贯穿的第二圆柱形通孔2-3，支座3上加工有与第二圆柱形通孔2-3尺寸一致的第三圆柱形通孔3-1，端盖2与支座3之间通过第二圆柱形通孔 2-3与第三圆柱形通孔3-1使用销轴连接。
进一步地，端盖2与支座3可沿销轴中心摆动角度为0°～±8°。
进一步地，每个轴向定位装置6包括滑道6-1、两个喷嘴定位结构6-2和两个喷嘴6-3，滑道6-1沿轴向固定安装在气浮腔体1侧端，滑道6-1沿长度方向加工有滑槽，喷嘴定位结构6-2为长方体结构，喷嘴定位结构6-2一端加工有与滑道6-1相匹配的安装槽，两个喷嘴定位结构6-2的一端分别可滑动安装在滑道6-1上，喷嘴定位结构6-2另一端加工有与气浮腔体1轴线相平行的喷嘴安装孔，喷嘴6-3插装在喷嘴安装孔内，且喷嘴定位结构 6-2另一端加工有与喷嘴安装孔垂直相连通的锁紧螺纹孔，喷嘴6-3通过锁紧螺钉与喷嘴定位结构6-2连接。
进一步地，供气孔2-2的直径为0.1～0.2mm。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的气浮腔体1外部的工作表面1-1与旋转圈形零件内表面相互配合，外部供气进入工作气腔1-2内，气体通过多个进气孔1-4在气浮腔体1的工作表面1-1与旋转圈形零件内表面之间形成具有一定承载力的气膜，将旋转圈形零件浮起后进行静平衡。
2、本发明提供的一种高精度旋转圈形静平内支撑气浮式静平衡装置，不需要借助其他旋转部件，能够直接对旋转圈形零件静平衡，消除转子、轴套等旋转部件自身不平衡量的影响，并且旋转圈形零件与气浮腔体1之间是气体接触，摩擦力矩低，能够极大提高旋转圈形零件静平衡精度。
3、本发明的气浮腔体1采用两侧双支撑的方式，使得本发明的高精度旋转圈形静平内支撑气浮式静平衡装置既能够用于对宽度短的旋转圈形零件静平衡；与能够用于对宽度长的旋转圈形零件静平衡，大大提高了静平衡装置的通用性。
4、本发明可以通过转动支承柱4来快速调整气浮腔体的水平度，在转动支承柱4来调整气浮腔体一侧的高度时，气浮腔体1和端盖2与支座3沿销轴中心转动，能够快速调节气浮腔体1的水平度，提高静平衡效率。
5、本发明的气浮腔体1的两侧分别沿轴线方向安装两个轴向定位装置6，滑道6-1通过螺栓连接固定在气浮腔体1的底部，喷嘴6-3可通过喷嘴定位结构6-2在滑道6-1内沿轴向和垂向滑动，调整至旋转圈形零件端面位置，外部供气通过喷嘴6-3将气体喷至旋转圈形零件端面处，防止旋转圈形零件沿轴向窜动，能够适应不同宽度尺寸的旋转圈形零件，提高了静平衡装置的通用性。
6、本发明的气浮腔体1内部设有工作气腔1-2和与所述工作气腔1-2相连通的多个圆柱形进气通道1-3，与现有的气浮支承装置相比较，本发明的圆柱形进气通道1-3在气浮腔体1呈分散式排布，有效地提高了气浮腔体1的强度，使得本发明的气浮腔体1能够适用于重型零件的场合，进而能够实现对重型旋转圈形零件静平衡。而且所述多个圆柱形进气通道1-3分布位置为沿周向从中间至两端逐渐稀疏方式排列。气浮腔体1的工作表面 1-1顶部的进气孔1-4数量较多，可以提高本发明的承载力。
附图说明
图1是本发明的高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置的轴测图；
图2是本发明的气浮腔体1的剖视图；
图3是本发明的气浮腔体1的侧视图；
图4是本发明的端盖2的正视图；
图5是本发明的端盖2的侧视图；
图6是本发明的支座3的正视图；
图7是本发明的支承柱4的正视图；
图8是本发明的圆盘座5的剖视图；
图9是本发明的轴向定位装置6的正视图；
图10是本发明的轴向定位装置6的侧视图；
图11是本发明对旋转圈形零件静平衡的结构示意图。
图中：1为气浮腔体；1-1为工作表面；1-2为工作气腔；1-3为圆柱形进气通道；1-4为进气孔；1-5为密封凹槽；1-6为气浮腔体螺纹孔；1-7为半球面；2为端盖；2-1为第一圆柱形通孔；2-2为供气孔；2-3为第二圆柱形通孔；3为支座；3-1为第三圆柱形通孔； 4为支承柱；4-1为外凸半球面；4-2为外螺纹；5为圆盘座；5-1为圆盘座螺纹孔；6为轴向定位装置；6-2为喷嘴定位结构；6-3为滑道。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，它包括气浮腔体1、端盖2、支座3、支承柱4、圆盘座5和两个轴向定位装置6，气浮腔体1内部设有工作气腔1-2和与所述工作气腔1-2相连通的多个圆柱形进气通道1-3，工作气腔1-2位于气浮腔体1一端，气浮腔体1顶端加工有圆弧形的工作表面1-1，工作表面1-1上加工有多个与圆柱形进气通道1-3相连通的进气孔1-4，气浮腔体1的工作表面1-1曲率与旋转圈形零件内圈曲率相同，端盖2固定安装在气浮腔体1靠近工作气腔1-2一侧的端面上，端盖2与气浮腔体1的工作气腔1-2 密封连接，端盖2上加工有与工作气腔1-2相连通的供气孔2-2，端盖2底端与支座3顶端可转动连接，气浮腔体1远离工作气腔1-2的一侧通过支承柱4与圆盘座5连接，可通过支承柱4调整气浮腔体1的水平度，气浮腔体1的两侧分别沿轴线方向安装两个轴向定位装置6，工作状态下，外部供入气体可通过供气孔2-2进入工作气腔1-2、圆柱形进气通过1-3和进气孔1-4中，在工作表面1-1与旋转圈形零件内表面之间形成具有承载力的气膜，将旋转圈形零件浮起进行静平衡。
具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的工作表面1-1横截面圆弧对应的圆心角度数为60°～180°。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的多个圆柱形进气通道1-3分布位置为沿周向从中间至两端逐渐稀疏方式排列。如此设置，气浮腔体1的工作表面1-1顶部的进气孔1-4数量较多，可以提高本发明的承载力。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式的气浮腔体1端面加工有密封凹槽1-5，所述密封凹槽1-5位于工作气腔1-2的四周，密封凹槽1-5内安装有橡胶或硅胶密封条，橡胶或硅胶密封条通过端盖2压紧，气浮腔体1端面加工有多个气浮腔体螺纹孔1-6，端盖2上加工有与气浮腔体螺纹孔1-6位置对应的第一圆柱形通孔2-1，端盖2与气浮腔体1之间通过气浮腔体螺纹孔1-6和第一圆柱形通孔2-1使用螺栓连接。如此设置，气浮腔体1与端盖2通过螺栓连接，便于零件的装配以及橡胶或硅胶密封条的更换。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图2、图7和图8说明本实施方式，本实施方式的气浮腔体1远离工作气腔1-2的一侧底端加工有内凹的半球面1-7，支承柱4上端加工有与半球面1-7相配合的外凸半球面4-1，圆盘座5上加工有圆盘座螺纹孔5-1，支承柱4加工有与圆盘座螺纹孔5-1相配合的外螺纹4-2，支承柱4与圆盘座5通过外螺纹4-2和圆盘座螺纹孔 5-1连接。如此设置，可以通过转动支承柱4来快速调整气浮腔体的水平度，提高静平衡效率。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的端盖2底端加工有贯穿的第二圆柱形通孔2-3，支座3上加工有与第二圆柱形通孔2-3尺寸一致的第三圆柱形通孔3-1，端盖2与支座3之间通过第二圆柱形通孔2-3与第三圆柱形通孔3-1 使用销轴连接。如此设置，在转动支承柱4来调整气浮腔体一侧的高度时，气浮腔体1 和端盖2与支座3沿销轴中心转动，快速调节气浮腔体1的水平度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式的端盖2与支座3可沿销轴中心摆动角度为0°～±8°。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每个轴向定位装置6包括滑道6-1、两个喷嘴定位结构6-2和两个喷嘴6-3，滑道6-1沿轴向固定安装在气浮腔体1侧端，滑道6-1沿长度方向加工有滑槽，喷嘴定位结构6-2为长方体结构，喷嘴定位结构 6-2一端加工有与滑道6-1相匹配的安装槽，两个喷嘴定位结构6-2的一端分别可滑动安装在滑道6-1上，喷嘴定位结构6-2另一端加工有与气浮腔体1轴线相平行的喷嘴安装孔，喷嘴6-3插装在喷嘴安装孔内，且喷嘴定位结构6-2另一端加工有与喷嘴安装孔垂直相连通的锁紧螺纹孔，喷嘴6-3通过锁紧螺钉与喷嘴定位结构6-2连接。如此设置，滑道6-1 通过螺栓连接固定在气浮腔体1的底部，喷嘴6-3可通过喷嘴定位结构6-2在滑道6-1内沿轴向和垂向滑动，调整至旋转圈形零件端面位置，外部供气通过喷嘴6-3将气体喷至旋转圈形零件端面处，防止旋转圈形零件沿轴向窜动。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的供气孔2-2的直径为0.1～0.2mm。如此设置，直接在气浮腔体1的工作表面1-1加工供气孔2-2，与现有的节流孔相比较，更便于加工，提高加工效率。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
工作原理
结合图1至图11说明本发明所述高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置的工作原理：
首先，将旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置的支座3固定在安装平台上，将气浮腔体1一端的端盖2通过销轴与支座3可转动连接，将待静平衡检测的旋转圈形零件放置在气浮腔体1上，使气浮腔体1上的工作表面1-1与旋转圈形零件内表面接触；
然后，将圆盘座5放置在安装平台上，将支承柱4下端螺旋安装在圆盘座5上，将支承柱4上端外凸半球面4-1安装在气浮腔体1另一端的内凹的半球面1-7内，通过转动支承柱4来快速调整气浮腔体的水平度；
进一步地，根据待静平衡检测的旋转圈形零件的宽度尺寸调整轴向定位装置6中喷嘴6-3在滑道6-1上的位置，进而调整喷嘴6-3与将待静平衡检测的旋转圈形零件端面之间的距离，外部供气通过喷嘴6-3将气体喷至旋转圈形零件端面处，防止旋转圈形零件沿轴向窜动；
最后，将具有一定压力的气体通过供气孔2-2进入工作气腔1-2、圆柱形进气通过1-3 和进气孔1-4中，在气浮腔体1的工作表面1-1与旋转圈形零件内表面之间形成具有一定承载力的气膜，将旋转圈形零件浮起进行静平衡。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：它包括气浮腔体(1)、端盖(2)、支座(3)、支承柱(4)、圆盘座(5)和两个轴向定位装置(6)，气浮腔体(1)内部设有工作气腔(1-2)和与所述工作气腔(1-2)相连通的多个圆柱形进气通道(1-3)，工作气腔(1-2)位于气浮腔体(1)一端，气浮腔体(1)顶端加工有圆弧形的工作表面(1-1)，工作表面(1-1)上加工有多个与圆柱形进气通道(1-3)相连通的进气孔(1-4)，端盖(2)固定安装在气浮腔体(1)靠近工作气腔(1-2)一侧的端面上，端盖(2)与气浮腔体(1)的工作气腔(1-2)密封连接，端盖(2)上加工有与工作气腔(1-2)相连通的供气孔(2-2)，端盖(2)底端与支座(3)顶端可转动连接，气浮腔体(1)远离工作气腔(1-2)的一侧通过支承柱(4)与圆盘座(5)连接，气浮腔体(1)的两侧分别沿轴线方向安装两个轴向定位装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：工作表面(1-1)横截面圆弧对应的圆心角度数为60°～180°。
3.根据权利要求1或2所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：多个圆柱形进气通道(1-3)分布位置为沿周向从中间至两端逐渐稀疏方式排列。
4.根据权利要求3所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：气浮腔体(1)端面加工有密封凹槽(1-5)，所述密封凹槽(1-5)位于工作气腔(1-2)的四周，密封凹槽(1-5)内安装有橡胶或硅胶密封条，橡胶或硅胶密封条通过端盖(2)压紧，气浮腔体(1)端面加工有多个气浮腔体螺纹孔(1-6)，端盖(2)上加工有与气浮腔体螺纹孔(1-6)位置对应的第一圆柱形通孔(2-1)，端盖(2)与气浮腔体(1)之间通过气浮腔体螺纹孔(1-6)和第一圆柱形通孔(2-1)使用螺栓连接。
5.根据权利要求1或4所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：气浮腔体(1)远离工作气腔(1-2)的一侧底端加工有内凹的半球面(1-7)，支承柱(4)上端加工有与半球面(1-7)相配合的外凸半球面(4-1)，圆盘座(5)上加工有圆盘座螺纹孔(5-1)，支承柱(4)加工有与圆盘座螺纹孔(5-1)相配合的外螺纹(4-2)，支承柱(4)与圆盘座(5)通过外螺纹(4-2)和圆盘座螺纹孔(5-1)连接。
6.根据权利要求5所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：端盖(2)底端加工有贯穿的第二圆柱形通孔(2-3)，支座(3)上加工有与第二圆柱形通孔(2-3)尺寸一致的第三圆柱形通孔(3-1)，端盖(2)与支座(3)之间通过第二圆柱形通孔(2-3)与第三圆柱形通孔(3-1)使用销轴连接。
7.根据权利要求6所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：端盖(2)与支座(3)可沿销轴中心摆动角度为0°～±8°。
8.根据权利要求1或6所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：每个轴向定位装置(6)包括滑道(6-1)、两个喷嘴定位结构(6-2)和两个喷嘴(6-3)，滑道(6-1)沿轴向固定安装在气浮腔体(1)侧端，滑道(6-1)沿长度方向加工有滑槽，喷嘴定位结构(6-2)为长方体结构，喷嘴定位结构(6-2)一端加工有与滑道(6-1)相匹配的安装槽，两个喷嘴定位结构(6-2)的一端分别可滑动安装在滑道(6-1)上，喷嘴定位结构(6-2)另一端加工有与气浮腔体(1)轴线相平行的喷嘴安装孔，喷嘴(6-3)插装在喷嘴安装孔内，且喷嘴定位结构(6-2)另一端加工有与喷嘴安装孔垂直相连通的锁紧螺纹孔，喷嘴(6-3)通过锁紧螺钉与喷嘴定位结构(6-2)连接。
9.根据权利要求8所述的一种高精度旋转圈形零件内支撑气浮式静平衡装置，其特征在于：供气孔(2-2)的直径为0.1～0.2mm。
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