CN114483787A - 一种新型静压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型静压轴承，旨在解决现在的静压轴承难以结合径向静压轴承和轴向静压轴承，也难以兼顾响应频率和响应速度的不足。该发明包括轴承体、轴承环、节流器和轴承盖，节流器包括节流盖和节流体，节流盖和节流体之间形成有进油口，节流体上设有出油口，节流器设有固定节流部和可变节流部。它能兼具固定节流器和可变节流器优点，结合径向静压轴承和轴向静压轴承，在同等加工制造条件下，提高轴承的精度。

Description

一种新型静压轴承

技术领域

本发明涉及精密加工领域，更具体地说，它涉及一种新型静压轴承。

背景技术

随着机床对高精度、高效率以及表面粗糙度加工要求的不断提高，静压动静压技术的重要性日渐提高，其结构特点具有摩擦阻力小、使用寿命长、转速/运动范围广、搞振性能好、回转精度/运行精度高、适应性好等特点，能满足高精度、高效率，使得静压轴承、静压导轨、静压丝杠越来越得到发展及应用，尤其在大型机床、大型机床设备及精密仪器等得到广泛应用。静压轴承分为径向静压轴承和轴向静压轴承，分别承担径向力及轴向力（机床负载）。小规格静压轴承会尽量将径向轴承和轴向轴承合并设计在一起，作为整体提供机床径向及轴向静压支承。而立式复合磨床工作台直径尺寸均大于600mm，径向和轴向静压轴承设计成一体，其难度可想而知，其静压控制方式更是一体式设计制造技术的制约。静压轴承的静压节流器是静压供油系统中非常重要的零件，能起到自动调节静压油腔压力的作用，使得静压轴承/静压导轨具有相应的油膜承载力和油膜刚度。静压节流器常用的有固定节流器和可变节流器两种。由于固定节流器的响应速度慢，而可变节流器存在频率响应问题，使得节流使用范围受到一定的限制。

本申请旨在实现一种兼具固定节流器和可变节流器优点的静压轴承，在提高静压轴承精度的基础上，大大降低静压轴承的制造成本，使得静压轴承应用更为经济合理。

发明内容

本发明克服了现在的静压轴承难以结合径向静压轴承和轴向静压轴承，也难以兼顾响应频率和响应速度的不足，提供了一种新型静压轴承，它能兼具固定节流器和可变节流器优点，结合径向静压轴承和轴向静压轴承，在同等加工制造条件下，提高轴承的精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种新型静压轴承，包括轴承体、轴承环、节流器和轴承盖，节流器包括节流盖和节流体，节流盖和节流体之间形成有进油口，节流体上设有出油口，节流器设有固定节流部和可变节流部。

轴承体套装在轴承环上，轴承体的底部与轴承环的台阶贴合，轴承体的侧壁与轴承环的外壁贴合，轴承环通过紧固件固定连接有轴承盖，轴承盖压装在轴承体的顶部，轴承体受到定位但是仍可以相对轴承套和轴承盖转动。节流器起到节流作用，维持轴承体和轴承环之间、轴承体和轴承盖之间的静油压，通过固定节流部和可变节流部兼顾响应频率。通过集成固定节流部和可变节流部，静压轴承对油液污染不敏感，减少因节流失效发生的研磨损伤。

作为优选，固定节流部包括若干同心布置的环槽，以及，连接相邻环槽的径向槽，环槽以出油口为中心，环槽和径向槽将进油口和出油口连通。环槽和径向槽设置在节流体贴合轴承体的一端，环槽和径向槽经在节流体上切削形成，环槽为若干同心圆，径向槽将相邻的环槽连通，径向槽分布在不同的分度位置上。油液从进油口进入后进入到环槽和径向槽中并最终进入到出油口中，参与平衡静压轴承的油压平衡。固定节流根据静压轴承形式、大小、承担力等精确计算而成。

作为优选，节流体的顶部凹陷形成有微动腔，出油口连通微动腔，可变节流部包括设置在微动腔中的弹性膜片，弹性膜片将微动腔分隔为上腔和下腔，进油口与上腔经螺旋槽连通，进油口与下腔连通，下腔连通出油口。所述结构构成可变节流部。微动腔为在节流体上的开槽，节流体贴合在节流盖上形成微动腔。弹性膜片将微动腔分隔为上腔和下腔，上腔不参与向出油口出油，而是用作调整出油口的开口量，用于动态调整静压油腔的进油量。具体的，当下腔的进油速度较快，此时的下腔的油压比上腔中的压力更低，于是进油口的油液经螺旋槽螺旋式的进入到上腔中，弹性膜片向下鼓出，缩小出油口的开放程度，降低出油口的出油速度。反之亦然。通过所述结构，根据静压油腔中的负载压力变化而动态变化，实现高响应速度。

作为优选，还包括有偏心设置在节流体上的轴向设置的柱孔和设置在柱孔中的螺旋柱，螺旋柱的侧壁设有螺旋纹，螺旋柱在柱孔中升降，进油口与下腔经柱孔连通。所述结构为上文中的可变节流部的补充，进油口进入到出油口的油需要通过柱孔并绕过其中的螺旋柱，螺旋柱可受到由于其外部的螺旋纹而上移，从而微量的调整过油量。本申请将可变节流部分通过工程学的结构合并在一个小型节流器中，并与固定节流部兼容使用，扬长避短，提高了静压轴承的精度和性能。

作为优选，节流器沿径向方向插装在轴承体上，轴承体设有对应进油口的进油管路和对应出油口的出油管路，轴承体设有压油腔，出油管路连通所述压油腔。轴承体的底部具有连通进油管路的进油环槽，进油环槽连通相关输油装置。油液从进油管路经过进油口、出油口、出油管路进入到轴承体的压油腔中，并维持有效静压。

作为优选，压油腔经切削形成。压油腔由环形的台体所包围的凹陷区与对应的轴承盖和轴承环贴合形成所谓的封闭空间。通过轴承盖、轴承环与轴承体之间的压力提供密封，防止溢油。

作为优选，压油腔包括轴承体和轴承盖之间的轴向上压油腔、轴承体和轴承环之间的轴向下压油腔和径向压油腔，三个节流器为一组为节流组，对应位置的轴向上压油腔、轴向下压油腔和径向压油腔为一组压油组，节流组中的节流器与压油组中的压油腔逐一对应并提供油压，压油组和节流组对应设置并沿周向方向等间距布置在轴承体上。各个节流组对应相应位置的压油组，节流组中的节流器为3个，分别为对应的压油组中的轴向上压油腔、轴向下压油腔和径向压油腔供油，提供轴向方向的静压和径向方向上的静压。节流组和压油组的数量各为六组，分布在轴承的轴向方向上，且间距相同。

作为优选，径向压油腔轴的侧壁为直边。采用锐边结构，保证封油边精度。

作为优选，轴向上压油腔和轴向下压油腔在径向上一端大一端小。所述结构可以形成楔形油槽，不仅方便加工制造，而且可产生微量动压效应，提高轴承刚性。

作为优选，轴向上压油腔和轴向下压油腔中设有腔内节流区，腔内节流区为高度不超过压油腔高度的台体，所述台体上设有若干开槽，所述开槽上设有两平衡通道，一平衡通道将中心对称的两台体上的开槽连通，一平衡通道将轴向对应的两台体上的开槽连通。所述结构构成对节流器的补充。作为内置的节流结构，当一压油腔中的压力相对中心对称的另一端或轴向方向的另一端更大时，通过所述平衡通道可以起到平衡油压，根据上下静压油腔的间隙变化，反馈腔负压力场，控制上下静压油腔压力变化，快速平稳保持静压轴承轴向精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）节流器在简单且较小的体积内，同时兼顾固定时节流和可变节流功能；（2）新型节流器兼顾响应频率和响应速度；（3）新型节流器对带污染的油液的耐受能力更强；（4）轴承设置连通的腔内节流区，上下静压油腔的间隙变化，反馈腔负压力场，控制上下静压油腔压力变化，快速平稳保持静压轴承轴向精度。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的剖面图；

图3是本发明的移除轴承盖的俯视图；

图4是本发明的节流器的剖面图；

图5是本发明节流器端面的示意图；

图中：轴承体1轴承环2节流器3轴承盖4节流盖5节流体6进油口7出油口8固定节流部9环槽10径向槽11微动腔12弹性膜片13上腔14下腔15螺旋槽16柱孔17螺旋柱18进油管路19出油管路20轴向上压油腔21轴向下压油腔22径向压油腔23节流组24压油组25腔内节流区26台体27平衡通道28进油环槽29。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例：

一种新型静压轴承，如图1所示，包括轴承体1、轴承环2、节流器3和轴承盖4，节流器3包括节流盖5和节流体6，节流盖5和节流体6之间形成有进油口7，节流体6上设有出油口8，节流器3设有固定节流部9和可变节流部。

如图4、5所示，固定节流部9包括若干同心布置的环槽10，以及，连接相邻环槽10的径向槽11，环槽10以出油口8为中心，环槽10和径向槽11将进油口7和出油口8连通。环槽10和径向槽11设置在节流体6贴合轴承体1的一端，环槽10和径向槽11经在节流体6上切削形成，环槽10为若干同心圆，径向槽11将相邻的环槽10连通，径向槽11分布在不同的分度位置上。油液从进油口7进入后进入到环槽10和径向槽11中并最终进入到出油口8中，参与平衡静压轴承的油压平衡。固定节流根据静压轴承形式、大小、承担力等精确计算而成。

如图4所示，节流体6的顶部凹陷形成有微动腔12，出油口8连通微动腔12，可变节流部包括设置在微动腔12中的弹性膜片13，弹性膜片13将微动腔12分隔为上腔14和下腔15，进油口7与上腔14经螺旋槽16连通，进油口7与下腔15连通，下腔15连通出油口8。所述结构构成可变节流部。微动腔12为在节流体6上的开槽，节流体6贴合在节流盖5上形成微动腔12。弹性膜片13将微动腔12分隔为上腔14和下腔15，上腔14不参与向出油口8出油，而是用作调整出油口8的开口量，用于动态调整静压油腔的进油量。具体的，当下腔15的进油速度较快，此时的下腔15的油压比上腔14中的压力更低，于是进油口7的油液经螺旋槽16螺旋式的进入到上腔14中，弹性膜片13向下鼓出，缩小出油口8的开放程度，降低出油口8的出油速度。反之亦然。通过所述结构，根据静压油腔中的负载压力变化而动态变化，实现高响应速度。还包括有偏心设置在节流体6上的轴向设置的柱孔17和设置在柱孔17中的螺旋柱18，螺旋柱18的侧壁设有螺旋纹，螺旋柱18在柱孔17中升降，进油口7与下腔15经柱孔17连通。所述结构为上文中的可变节流部的补充，进油口7进入到出油口8的油需要通过柱孔17并绕过其中的螺旋柱18，螺旋柱18可受到由于其外部的螺旋纹而上移，从而微量的调整过油量。本申请将可变节流部分通过工程学的结构合并在一个小型节流器3中，并与固定节流部9兼容使用，扬长避短，提高了静压轴承的精度和性能。

如图1、2所示，节流器3沿径向方向插装在轴承体1上，轴承体1设有对应进油口7的进油管路19和对应出油口8的出油管路20，轴承体1设有压油腔，压油腔经切削形成。压油腔由环形的台体27所包围的凹陷区与对应的轴承盖4和轴承环2贴合形成所谓的封闭空间。通过轴承盖4、轴承环2与轴承体1之间的压力提供密封，防止溢油。出油管路20连通所述压油腔。轴承体1的底部具有连通进油管路19的进油环槽29，进油环槽29连通相关输油装置。油液从进油管路19经过进油口7、出油口8、出油管路20进入到轴承体1的压油腔中，并维持有效静压。

如图2所示，压油腔包括轴承体1和轴承盖4之间的轴向上压油腔21、轴承体1和轴承环2之间的轴向下压油腔22和径向压油腔23。径向压油腔23轴的侧壁为直边。采用锐边结构，保证封油边精度。轴向上压油腔21和轴向下压油腔22在径向上一端大一端小。所述结构可以形成楔形油槽，不仅方便加工制造，而且可产生微量动压效应，提高轴承刚性。三个节流器3为一组为节流组24，对应位置的轴向上压油腔21、轴向下压油腔22和径向压油腔23为一组压油组25，节流组24中的节流器3与压油组25中的压油腔逐一对应并提供油压，压油组25和节流组24对应设置并沿周向方向等间距布置在轴承体1上。各个节流组24对应相应位置的压油组25，节流组24中的节流器3为3个，分别为对应的压油组25中的轴向上压油腔21、轴向下压油腔22和径向压油腔23供油，提供轴向方向的静压和径向方向上的静压。节流组24和压油组25的数量各为六组，分布在轴承的轴向方向上，且间距相同。

如图3所示，轴向上压油腔21和轴向下压油腔22中设有腔内节流区26，腔内节流区26为高度不超过压油腔高度的台体27，所述台体27上设有若干开槽，所述开槽上设有两平衡通道28，一平衡通道28将中心对称的两台体27上的开槽连通，一平衡通道28将轴向对应的两台体27上的开槽连通。所述结构构成对节流器3的补充。作为内置的节流结构，当一压油腔中的压力相对中心对称的另一端或轴向方向的另一端更大时，通过所述平衡通道28可以起到平衡油压，根据上下静压油腔的间隙变化，反馈腔负压力场，控制上下静压油腔压力变化，快速平稳保持静压轴承轴向精度。

轴承体1套装在轴承环2上，轴承体1的底部与轴承环2的台阶贴合，轴承体1的侧壁与轴承环2的外壁贴合，轴承环2通过紧固件固定连接有轴承盖4，轴承盖4压装在轴承体1的顶部，轴承体1受到定位但是仍可以相对轴承套和轴承盖4转动。节流器3起到节流作用，维持轴承体1和轴承环2之间、轴承体1和轴承盖4之间的静油压，通过固定节流部9和可变节流部兼顾响应频率。通过集成固定节流部9和可变节流部，静压轴承对油液污染不敏感，减少因节流失效发生的研磨损伤。

以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种新型静压轴承，包括轴承体、轴承环、节流器和轴承盖，其特征是，节流器包括节流盖和节流体，节流盖和节流体之间形成有进油口，节流体上设有出油口，节流器设有固定节流部和可变节流部。

2.根据权利要求1所述的一种新型静压轴承，其特征是，固定节流部包括若干同心布置的环槽，以及，连接相邻环槽的径向槽，环槽以出油口为中心，环槽和径向槽将进油口和出油口连通。

3.根据权利要求1所述的一种新型静压轴承，其特征是，节流体的顶部凹陷形成有微动腔，出油口连通微动腔，可变节流部包括设置在微动腔中的弹性膜片，弹性膜片将微动腔分隔为上腔和下腔，进油口与上腔经螺旋槽连通，进油口与下腔连通，下腔连通出油口。

4.根据权利要求3所述的一种新型静压轴承，其特征是，还包括有偏心设置在节流体上的轴向设置的柱孔和设置在柱孔中的螺旋柱，螺旋柱的侧壁设有螺旋纹，螺旋柱在柱孔中升降，进油口与下腔经柱孔连通。

5.根据权利要求1所述的一种新型静压轴承，其特征是，节流器沿径向方向插装在轴承体上，轴承体设有对应进油口的进油管路和对应出油口的出油管路，轴承体设有压油腔，出油管路连通所述压油腔。

6.根据权利要求5所述的一种新型静压轴承，其特征是，压油腔经切削形成。

7.根据权利要求5所述的一种新型静压轴承，其特征是，压油腔包括轴承体和轴承盖之间的轴向上压油腔、轴承体和轴承环之间的轴向下压油腔和径向压油腔，三个节流器为一组为节流组，对应位置的轴向上压油腔、轴向下压油腔和径向压油腔为一组压油组，节流组中的节流器与压油组中的压油腔逐一对应并提供油压，压油组和节流组对应设置并沿周向方向等间距布置在轴承体上。

8.根据权利要求7所述的一种新型静压轴承，其特征是，径向压油腔轴的侧壁为直边。

9.根据权利要求7所述的一种新型静压轴承，其特征是，轴向上压油腔和轴向下压油腔在径向上一端大一端小。

10.根据权利要求7至9任意一项所述的一种新型静压轴承，其特征是，轴向上压油腔和轴向下压油腔中设有腔内节流区，腔内节流区为高度不超过压油腔高度的台体，所述台体上设有若干开槽，所述开槽上设有两平衡通道，一平衡通道将中心对称的两台体上的开槽连通，一平衡通道将轴向对应的两台体上的开槽连通。

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