CN114321180A - 一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承 - Google Patents

一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承 Download PDF

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张余
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Abstract

本发明属于流体轴承技术领域，尤其为一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，包括多段串联式外节流器、轴颈、径向深腔轴瓦、轴向楔形浅腔油槽轴瓦、垫圈、锁紧螺母和六角螺钉，所述多段串联式外节流器的顶部设有通孔，所述多段串联式外节流器的内部设有毛细管孔，所述径向深腔轴瓦的外圆周面一侧上设有径向小孔，所述径向深腔轴瓦的外圆周面另一侧周向上均匀设有9个径向人字形浅腔油槽，所述径向深腔轴瓦的内圆周面周向上均匀设有3个供油孔。本发明动静压轴承可以在一个圆周方向和两个轴向方向，共三个方向承受外载荷，改善了目前的动静压轴承承载力低，承载方向单一，无法做到径向、轴向同时承载的问题。

Description

一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承
技术领域
本发明涉及流体轴承技术领域，具体为一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承。
背景技术
液体动静压轴承是在液体动压轴承和液体静压轴承的基础之上发展起来的新型油膜轴承。在主轴启停阶段或者转速较低时，静压效应使主轴浮起，轴承处于全润滑状态下工作，避免轴承与轴颈之间产生摩擦磨损，主轴正常运行时，动压效应产生承载力使轴承正常工作，甚至动压效应产生的承载力不足时，还可以开启静压供油系统，使轴承同时具备静压效应和动压效应，两种效应的叠加使轴承产生足够的承载力以承受外载荷。具有刚度大、精度高、转速高、功耗低、寿命长、吸振抗震性能好等优点，特别适用于加工高精度、小体积的零部件。但是目前的动静压轴承承载力低，承载方向单一，无法做到径向、轴向同时承载，影响机床的加工精度。
因此，设计一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承十分必要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，解决了目前的动静压轴承承载力低，承载方向单一，无法做到径向、轴向同时承载，影响机床的加工精度的问题。
(二)技术方案
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，包括多段串联式外节流器、轴颈、径向深腔轴瓦、轴向楔形浅腔油槽轴瓦、垫圈、锁紧螺母和六角螺钉，所述多段串联式外节流器的顶部设有通孔.，所述多段串联式外节流器的内部设有毛细管孔，所述径向深腔轴瓦的外圆周面一侧上设有径向小孔.，所述径向深腔轴瓦的外圆周面另一侧周向上均匀设有9个径向人字形浅腔油槽，所述径向深腔轴瓦的内圆周面周向上均匀设有3个供油孔，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦的两侧端面上均匀设有9个轴向楔形浅腔油槽，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦的内圆周面周向上均匀设有2个供油槽.，所述轴颈的中段外圆周上设有深腔油槽，所述垫圈和锁紧螺母依次安装在径向深腔轴瓦和轴向楔形浅腔油槽轴瓦端面处，所述六角螺钉安装于多段串联式外节流器顶部通孔处。
进一步地，所述多段串联式外节流器内部毛细管孔为一侧细长孔.以及一侧短圆锥孔.结构，所述细长孔.的一侧连接供油装置进油孔，所述短圆锥孔.连接径向深腔轴瓦的外圆周面一侧上的径向小孔.，所述多段串联式外节流器的内部毛细管孔与径向深腔轴瓦外圆周面一侧上的径向小孔.共同形成节流器，可自动调节油腔压力。
进一步地，所述径向深腔轴瓦的内圆周面与轴颈的中段外圆周上的深腔油槽形成深腔，深腔单独形成静压腔，在主轴启停阶段或者转速较低时，静压效应使主轴浮起，轴承处于全润滑状态下工作，避免轴承与轴颈之间产生摩擦磨损；当轴承速度较高时，楔形油腔可以产生较大的压力，从而使轴承可承受较大负载。
进一步地，所述径向深腔轴瓦的外圆周面另一侧周向上的9个人字形浅腔油槽与轴向楔形浅腔油槽轴瓦的内圆周面形成径向人字形浅腔，内圆周面上的3个供油孔将深腔油槽内的油流入径向人字形浅腔，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦的两侧端面上的9个轴向楔形浅腔油槽为前宽后细的最速降线楔形槽，与径向深腔轴瓦和垫圈分别形成轴向楔形浅腔，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦内圆周面周向上的两个供油槽将径向人字形浅腔内的油流入轴向浅腔，所述径向人字形浅腔与两侧轴向楔形浅腔共同形成动压腔，在主轴正常运行时，动压效应产生承载力使轴承正常工作。
进一步地，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦两侧端面上的轴向楔形浅腔油槽的边界曲线为
Figure BDA0003450649450000031
在所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦的两侧端面上，以供油槽为坐标原点，以油槽终点方向为x轴，垂直于油槽终点方向为y轴，建立坐标系，设M(x，y)为曲线y＝y(x)上的任意一点，由机械能守恒定律可得，
Figure BDA0003450649450000032
已知y(0)＝0，y(x1)＝y1，v0＝0，得
Figure BDA0003450649450000033
又因为
Figure BDA0003450649450000034
s表示曲线的弧长，得
Figure BDA0003450649450000035
求出从O点到油槽终点得时间为
Figure BDA0003450649450000036
解得
Figure BDA0003450649450000037
油沿此曲线运动，时间最短，形成的压力差最大。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，具备以下有益效果：
本发明，动静压轴承可以在一个圆周方向和两个轴向方向，共三个方向承受外载荷，改善了目前的动静压轴承承载力低，承载方向单一，无法做到径向、轴向同时承载的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的外节流器局部放大图；
图3为本发明的深浅油腔结构示意图；
图4为本发明的径向深腔轴瓦结构示意图；
图5为本发明的轴向浅腔轴瓦结构示意图。
图中：1、多段串联式外节流器；101、细长孔；102、短圆锥孔；103、通孔；2、六角螺钉；3、径向深腔轴瓦；301、径向小孔；302、人字形浅腔油槽；303、供油孔；4、垫圈；5、锁紧螺母；6、轴向楔形浅腔油槽轴瓦；601、轴向楔形浅腔沟槽；602、供油槽；7、轴颈；8、深腔油槽；9、径向人字形浅腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明一个实施例提出的一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，包括多段串联式外节流器1、轴颈7、径向深腔轴瓦3、轴向楔形浅腔油槽轴瓦6、垫圈4、锁紧螺母5和六角螺钉2；如图2所示，多段串联式外节流器1的顶部设有通孔103，多段串联式外节流器1的内部设有毛细管孔；如图4所示，径向深腔轴瓦3的外圆周面一侧上设有径向小孔301，其外圆周面另一侧周向上均匀设有9个径向人字形浅腔油槽302，且其内圆周面周向上还均匀设有3个供油孔303；如图5所示，轴向楔形浅腔油槽轴瓦6的两侧端面上均匀设有9个轴向楔形浅腔沟槽601，且其内圆周面周向上均匀设有2个供油槽602，轴颈7的中段外圆周上设有深腔油槽8；如图3所示，垫圈4和锁紧螺母5依次安装在径向深腔轴瓦3和轴向楔形浅腔油槽轴瓦6端面处；六角螺钉2安装于多段串联式外节流器1顶部通孔103处。
如图2所示，在一些实施例中，多段串联式外节流器1内部毛细管孔为一侧细长孔101以及一侧短圆锥孔102结构，细长孔101的一侧连接供油装置进油孔，短圆锥孔102连接径向深腔轴瓦3的外圆周面一侧上的径向小孔301，多段串联式外节流器1的内部毛细管孔与径向深腔轴瓦3外圆周面一侧上的径向小孔301共同形成节流器，油从供油装置进油孔经过细长孔101、短圆锥孔102、径向小孔301共同形成的节流器，进入径向深腔轴瓦3内，自动调节油腔压力。
如图3所示，在一些实施例中，径向深腔轴瓦3的内圆周面与轴颈7的中段外圆周上的深腔油槽8形成深腔，深腔单独形成静压腔，油从径向小孔301流入深腔内，在主轴启停阶段或者转速较低时，静压效应使主轴浮起，轴承处于全润滑状态下工作，避免轴承与轴颈7之间产生摩擦磨损；当轴承速度较高时，楔形油腔可以产生较大的压力，从而使轴承可承受较大负载。
如图4所示，在一些实施例中，径向深腔轴瓦3的外圆周面另一侧周向上的9个人字形浅腔油槽302与轴向楔形浅腔油槽轴瓦6的内圆周面形成径向人字形浅腔9，内圆周面上的3个供油孔303将深腔油槽8内的油流入径向人字形浅腔9，轴向楔形浅腔油槽轴瓦6的两侧端面上的9个轴向楔形浅腔沟槽601为前宽后细的最速降线楔形槽，与径向深腔轴瓦3和垫圈4分别形成轴向楔形浅腔10，轴向楔形浅腔油槽轴瓦6内圆周面周向上的两个供油槽602将径向人字形浅腔9内的油流入轴向楔形浅腔10，径向人字形浅腔9与两侧轴向楔形浅腔10共同形成动压腔，油从深腔通过供油孔303流入径向人字形浅腔9，再从径向人字形浅腔9通过供油槽602流入轴向楔形浅腔10，在主轴正常运行时，动压效应产生承载力使轴承正常工作。
如图4所示，在一些实施例中，轴向楔形浅腔油槽轴瓦6两侧端面上的轴向楔形浅腔油槽的边界曲线为
Figure BDA0003450649450000051
在轴向楔形浅腔油槽轴瓦6的两侧端面上，以供油槽602为坐标原点，以油槽终点方向为x轴，垂直于油槽终点方向为y轴，建立坐标系，设M(x，y)为曲线y＝y(x)上的任意一点，由机械能守恒定律可得，
Figure BDA0003450649450000061
已知y(0)＝0，y(x1)＝y1，v0＝0，得
Figure BDA0003450649450000062
又因为
Figure BDA0003450649450000063
s表示曲线的弧长，得
Figure BDA0003450649450000064
求出从O点到油槽终点得时间为
Figure BDA0003450649450000065
解得
Figure BDA0003450649450000066
油沿此曲线运动，时间最短，形成的压力差最大。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，其特征在于：包括多段串联式外节流器(1)、轴颈(7)、径向深腔轴瓦(3)、轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)、垫圈(4)、锁紧螺母(5)和六角螺钉(2)，所述多段串联式外节流器(1)的顶部设有通孔(103)，所述多段串联式外节流器(1)的内部设有毛细管孔，所述径向深腔轴瓦(3)的外圆周面一侧上设有径向小孔(301)，所述径向深腔轴瓦(3)的外圆周面另一侧周向上均匀设有9个径向人字形浅腔油槽(302)，所述径向深腔轴瓦(3)的内圆周面周向上均匀设有3个供油孔(303)，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)的两侧端面上均匀设有9个轴向楔形浅腔沟槽(601)，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)的内圆周面周向上均匀设有2个供油槽(602)，所述轴颈(7)的中段外圆周上设有深腔油槽(8)，所述垫圈(4)和锁紧螺母(5)依次安装在径向深腔轴瓦(3)和轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)端面处，所述六角螺钉(2)安装于多段串联式外节流器(1)顶部通孔处。
2.根据权利要求1所述的一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，其特征在于：所述多段串联式外节流器(1)内部毛细管孔为一侧细长孔(101)以及一侧短圆锥孔(102)结构，所述细长孔(101)的一侧连接供油装置进油孔，所述短圆锥孔(102)连接径向深腔轴瓦(3)的外圆周面一侧上的径向小孔(301)，所述多段串联式外节流器(1)的内部毛细管孔与径向深腔轴瓦(3)外圆周面一侧上的径向小孔(301)共同形成节流器，可自动调节油腔压力。
3.根据权利要求1所述的一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，其特征在于：所述径向深腔轴瓦(3)的内圆周面与轴颈(7)的中段外圆周上的深腔油槽(8)形成深腔，深腔单独形成静压腔，在主轴启停阶段或者转速较低时，静压效应使主轴浮起，轴承处于全润滑状态下工作，避免轴承与轴颈(7)之间产生摩擦磨损；当轴承速度较高时，楔形油腔可以产生较大的压力，从而使轴承可承受较大负载。
4.根据权利要求1所述的一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，其特征在于：所述径向深腔轴瓦(3)的外圆周面另一侧周向上的9个人字形浅腔油槽(302)与轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)的内圆周面形成径向人字形浅腔(9)，内圆周面上的3个供油孔(303)将深腔油槽(8)内的油流入径向人字形浅腔(9)，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)的两侧端面上的9个轴向楔形浅腔沟槽(601)为前宽后细的最速降线楔形槽，与径向深腔轴瓦(3)和垫圈(4)分别形成轴向楔形浅腔(10)，所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)内圆周面周向上的两个供油槽(602)将径向人字形浅腔(9)内的油流入轴向楔形浅腔(10)，所述径向人字形浅腔(9)与两侧轴向楔形浅腔(10)共同形成动压腔，在主轴正常运行时，动压效应产生承载力使轴承正常工作。
5.根据权利要求1所述的一种基于最速降线楔形槽的三方向承载动静压轴承，其特征在于：所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)两侧端面上的轴向楔形浅腔沟槽(601)的边界曲线为
Figure FDA0003450649440000021
在所述轴向楔形浅腔油槽轴瓦(6)的两侧端面上，以供油槽(602)为坐标原点，以油槽终点方向为x轴，垂直于油槽终点方向为y轴，建立坐标系，设M(x，y)为曲线y＝y(x)上的任意一点，由机械能守恒定律可得，
Figure FDA0003450649440000022
已知y(0)＝0，y(x1)＝y1，v0＝0，得
Figure FDA0003450649440000023
又因为
Figure FDA0003450649440000024
s表示曲线的弧长，得
Figure FDA0003450649440000025
求出从O点到油槽终点得时间为
Figure FDA0003450649440000026
解得
Figure FDA0003450649440000027
油沿此曲线运动，时间最短，形成的压力差最大。
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