CN114382781A - 一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，静压盘侧壁开设有供油口，内部有供油通道；静压盘的底面形成有中间静压油腔和多个周边静压油腔；球窝座可拆卸连接在静压盘顶面；球窝座顶面形成有球铰腔；球头滑动贴合在球铰腔的内侧壁上。本发明的静压盘工作时在其滑动平面上滑动，具有水平滑移自由度，其底面的中间静压油腔和周边静压油腔通入压力油可使静压盘浮起，在静压盘和滑动平面之间形成压力油膜，二者之间无机械接触，为纯液体摩擦，摩擦系数极低；该轴承具有承载能力高、刚度高、摩擦系数极低等特点，同时还具有偏转自由度，尤其适用于高端材料压剪试验设备。

Description

一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承
技术领域
本发明涉及材料压剪试验设备技术领域，更具体的说是涉及一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承。
背景技术
按摩擦性质，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滑动轴承种类繁多，静压轴承是其中一种。液体静压轴承的原理早在19世纪就已经被发现，但直至20世纪50年代才在发达国家兴盛起来。随着人们对高精度、高效率、低摩擦要求的不断提高，静压技术的重要性逐年加强。目前，在材料压剪试验设备领域，大部分采用的是滚轮和低摩擦滑动板，相对于静压轴承，其摩擦力较大，从而影响了试验数据的准确性。而静压轴承应用较少，原因在于：材料试验机一般载荷较大，轴承受力工况复杂，载荷变化范围大，静压轴承在复杂工况下，要保证高刚性和高精度，则需要综合考虑很多因素，包括动压效应、热效应、挤压模效应、油可压缩效应以及轴承弹性变形的影响等。
因此，对于受力复杂的大载荷、高刚度平面静压轴承研究的重要性日渐凸显，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，包括：
静压盘；所述静压盘侧壁至少开设有一个供油口，所述静压盘内部形成有与所述供油口连通的供油通道；所述静压盘的底面中部凹陷形成有中间静压油腔，所述静压盘的底面环绕所述中间静压油腔凹陷形成有多个周边静压油腔；所述中间静压油腔中部开设有与所述供油通道连通的中间静压油孔，所述中间静压油孔上安装有中间腔节流塞；所述周边静压油腔开设有与所述供油通道连通的周边静压油孔，所述周边静压油孔上安装有周边腔节流塞；
球窝座；所述球窝座可拆卸连接在所述静压盘顶面；所述球窝座顶面形成有球铰腔；所述球铰腔底部开设有球铰腔上油孔，所述静压盘上开设有球铰腔下油孔，所述球铰腔下油孔顶端与所述球铰腔上油孔连通，并穿过所述供油通道，底端与所述中间静压油腔连通，所述球铰腔下油孔底端安装有球铰腔节流塞；
球头；所述球头滑动贴合在所述球铰腔的内侧壁上。
通过上述技术方案，本发明的静压盘工作时在其滑动平面上滑动，具有水平滑移自由度，其底面的中间静压油腔和周边静压油腔通入压力油可使静压盘浮起，在静压盘和滑动平面之间形成压力油膜，二者之间无机械接触，为纯液体摩擦，摩擦系数极低；该轴承具有承载能力高、刚度高、摩擦系数极低等特点，同时还具有偏转自由度，尤其适用于高端材料压剪试验设备。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述静压盘底面对称开设有环形的泄油槽，所述泄油槽位于所述周边静压油腔外侧，泄油槽与油箱直接连通，压力为零，周边静压油腔的高压油液通过静压盘底面与滑动平面之间的缝隙流入泄油槽。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述中间静压油腔、所述周边静压油腔和所述泄油槽之间的凸台形成封油边。基于液体静压原理，压力油将静压盘浮起，在封油边与滑动平面之间形成压力油膜。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述静压盘的底面边沿嵌设有静压盘密封。能够对油膜实现周边的密封限制。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述球铰腔上部开设有与外部连通的球铰腔泄油通道。中间静压油腔的压力油通过球铰腔节流塞流入球铰腔，球头和球窝座之间接触形成机械密封，由于加工精度导致的少量泄漏油，通过球铰腔泄油通道流出。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述球铰腔上部嵌设有环形的球铰腔密封圈。能够提高球铰腔内部的密封性能。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述周边静压油腔上的所述周边静压油孔数量为多个。能够提高油液流动效果。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述中间静压油腔为圆形；所述周边静压油腔为扇面形状，且数量为6个。中间静压油腔和周边静压油腔的结构、形状、数量布置合理，静压盘底部的各个油腔均设计有节流塞，压力油通过节流塞流入七个静压油腔中，节流塞的作用是使各油腔之间能够产生压差，从而使轴承具有抵抗偏载力矩的能力。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述球头的顶端和底端均为平面，所述球头的顶端平面上具有安装槽。球头的底端平面使得球铰腔内部形成存油空间，顶端平面和安装槽便于与承载设备安装。
优选的，在上述一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承中，所述球窝座和所述静压盘通过螺钉连接。连接结构简单、可靠稳定，且便于拆装。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，具有以下有益效果：
1、静压盘和滑动平面之间为纯液体摩擦，摩擦系数极低；
2、静压盘为多油腔设计，各油腔之间的压差作用，使轴承具有较高的抗偏载能力；
3、球头和球窝之间由于通入了压力油，大大降低了二者之间相对运动的摩擦力矩。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的静压轴承的结构示意图；
图2附图为本发明提供的静压盘静压油腔分布示意图。
其中：
1-静压盘；
11-供油口；12-供油通道；13-中间静压油腔；14-周边静压油腔；15-中间静压油孔；16-周边静压油孔；17-球铰腔下油孔；18-泄油槽；19-封油边；
2-球窝座；
21-球铰腔；22-球铰腔上油孔；23-球铰腔泄油通道；
3-球头；
31-安装槽；
4-中间腔节流塞；
5-周边腔节流塞；
6-球铰腔节流塞；
7-静压盘密封；
8-球铰腔密封圈；
9-滑动平面。
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。
参见附图1至附图2，本发明实施例公开了一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，包括：
静压盘1；静压盘1侧壁至少开设有一个供油口11，静压盘1内部形成有与供油口11连通的供油通道12；静压盘1的底面中部凹陷形成有中间静压油腔13，静压盘1的底面环绕中间静压油腔13凹陷形成有多个周边静压油腔14；中间静压油腔13中部开设有与供油通道12连通的中间静压油孔15，中间静压油孔15上安装有中间腔节流塞4；周边静压油腔14开设有与供油通道12连通的周边静压油孔16，周边静压油孔16上安装有周边腔节流塞5；
球窝座2；球窝座2可拆卸连接在静压盘1顶面；球窝座2顶面形成有球铰腔21；球铰腔21底部开设有球铰腔上油孔22，静压盘1上开设有球铰腔下油孔17，球铰腔下油孔17顶端与球铰腔上油孔22连通，并穿过供油通道12，底端与中间静压油腔15连通，球铰腔下油孔17底端安装有球铰腔节流塞6；
球头3；球头3滑动贴合在球铰腔21的内侧壁上。
为了进一步优化上述技术方案，静压盘1底面对称开设有环形的泄油槽18，泄油槽18位于周边静压油腔14外侧。
为了进一步优化上述技术方案，中间静压油腔13、周边静压油腔14和泄油槽18之间的凸台形成封油边19。
为了进一步优化上述技术方案，静压盘1的底面边沿嵌设有静压盘密封7。
为了进一步优化上述技术方案，球铰腔21上部开设有与外部连通的球铰腔泄油通道23。
为了进一步优化上述技术方案，球铰腔21上部嵌设有环形的球铰腔密封圈8。
为了进一步优化上述技术方案，周边静压油腔14上的周边静压油孔16数量为多个。
为了进一步优化上述技术方案，中间静压油腔13为圆形；周边静压油腔14为扇面形状，且数量为6个。
为了进一步优化上述技术方案，球头3的顶端和底端均为平面，球头3的顶端平面上具有安装槽31。
为了进一步优化上述技术方案，球窝座2和静压盘1通过螺钉连接。
工作时，静压盘1在滑动平面9上滑动，各个油腔交界处凸台以及周边油腔与泄油槽18之间的环形凸台构成封油边19，油液通过封油边19与滑动平面9之间的缝隙流动，通过平板缝隙的节流作用，建立起各油腔压力。油液可通过封油边19在各个油腔之间流动，流动方向为高压腔向低压腔流动。
球头3和球窝座2做相对运动时，由于二者之间摩擦，产生偏载力矩作用于静压盘1，导致静压盘1的封油边19与滑动平面之间缝隙一侧减小，另一侧增大。根据平板缝隙节流原理，缝隙减小一侧油腔压力升高，缝隙增大一侧油腔压力降低，两侧油腔之间的压差用于抵抗偏载力矩。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，包括：
静压盘(1)；所述静压盘(1)侧壁至少开设有一个供油口(11)，所述静压盘(1)内部形成有与所述供油口(11)连通的供油通道(12)；所述静压盘(1)的底面中部凹陷形成有中间静压油腔(13)，所述静压盘(1)的底面环绕所述中间静压油腔(13)凹陷形成有多个周边静压油腔(14)；所述中间静压油腔(13)中部开设有与所述供油通道(12)连通的中间静压油孔(15)，所述中间静压油孔(15)上安装有中间腔节流塞(4)；所述周边静压油腔(14)开设有与所述供油通道(12)连通的周边静压油孔(16)，所述周边静压油孔(16)上安装有周边腔节流塞(5)；
球窝座(2)；所述球窝座(2)可拆卸连接在所述静压盘(1)顶面；所述球窝座(2)顶面形成有球铰腔(21)；所述球铰腔(21)底部开设有球铰腔上油孔(22)，所述静压盘(1)上开设有球铰腔下油孔(17)，所述球铰腔下油孔(17)顶端与所述球铰腔上油孔(22)连通，并穿过所述供油通道(12)，底端与所述中间静压油腔(15)连通，所述球铰腔下油孔(17)底端安装有球铰腔节流塞(6)；
球头(3)；所述球头(3)滑动贴合在所述球铰腔(21)的内侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述静压盘(1)底面开设有环形的泄油槽(18)，所述泄油槽(18)位于所述周边静压油腔(14)外侧。
3.根据权利要求2所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述中间静压油腔(13)、所述周边静压油腔(14)和所述泄油槽(18)之间的凸台形成封油边(19)。
4.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述静压盘(1)的底面边沿嵌设有静压盘密封(7)。
5.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述球铰腔(21)上部开设有与外部连通的球铰腔泄油通道(23)。
6.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述球铰腔(21)上部嵌设有环形的球铰腔密封圈(8)。
7.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述周边静压油腔(14)上的所述周边静压油孔(16)数量为多个。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述中间静压油腔(13)为圆形；所述周边静压油腔(14)为扇面形状，且数量为6个。
9.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述球头(3)的顶端和底端均为平面，所述球头(3)的顶端平面上具有安装槽(31)。
10.根据权利要求1所述的一种具有偏转自由度的大载荷高刚度平面静压轴承，其特征在于，所述球窝座(2)和所述静压盘(1)通过螺钉连接。
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