CN116906451B - 一种预压自调节差动反馈流量控制器及静压设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预压自调节差动反馈流量控制器及静压设备，涉及精密机械中的静压技术领域。包括下阀体、弹性薄膜、上阀体、调节锥、弹簧和调节块；弹性薄膜位于上阀体与下阀体之间，下阀体与弹性薄膜的配合面之间设置有节流腔，上阀体与弹性薄膜的配合面上设置有预压腔和调节腔，调节块与调节锥的配合面上设置有静压腔；本发明采用单面薄膜实现了双面薄膜差动补偿流量的优点，使得进入静压油腔的补偿油量响应更迅速，达到更高的油膜刚度；提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械中的静压技术领域，尤其涉及一种预压自调节差动反馈流量控制器及静压设备。
背景技术
静压技术在精密机械中具有广泛的应用，静压导轨、静压轴承、静压丝杠是典型应用实例。静压设备通常采用节流器来调节进入轴承各油腔的流量，能够改变油腔的油膜压力，使静压设备具有较大的支撑刚度和承载能力，因此节流器是这些静压设备中的关键部件，其性能对这些静压设备具有重要影响。
传统节流器按节流特性分为固定节流器与可变节流器，固定节流器又包括小孔节流器、毛细管节流器等，通过油腔流量变化来产生一定比例的流量变化，其节流特性不会发生改变。固定节流器节流方式简单，但必须在主轴发生偏移时才能够发挥作用，因此采用该类型节流器存在油膜刚度低、稳定性差、回转精度低等问题。可变节流器又称反馈节流器，包括单面/双面薄膜节流器、滑阀节流器等，其节流特性会发生变化。在静压油腔流量发生改变时，可变节流器内部元件（薄膜或滑阀）在油腔压力的作用下会产生位移量来反馈调节各油腔的压力，对油膜压力进行一定程度的补偿，从而使轴承具有较高的油膜刚度和主轴回转精度。滑阀反馈节流器的滑阀惯性较大，在调节过程中存在超调问题，稳定性较差。这些问题从很大程度上限制了静压设备在高速、高精度、重载领域的应用。目前，在滑阀节流器中未见结构上的相关改进，仍然存在滑阀失稳、节流器失效、静压设备失稳等问题。此外，目前滑阀节流器在制造完成后，节流比不可调节，当静压设备中存在加工和装配误差时，无法使节流比在理想的设计状态，且无法适应工况变动的要求。
双面薄膜节流器具有差动补偿流量的优点，而单面薄膜节流器能够更容易地调节系统的节流比。在单面薄膜节流器中可采用压力油预压来抑制薄膜的振动，消除不稳定，改善节流性能，近年来受到重视，在静压设备中得到广泛应用。公告号CN106763882A的发明专利：一种预压可调单面薄膜节流器与公告号CN106641353A的发明专利：一种预压可调自稳单面薄膜节流器中公开的便是单面薄膜类的节流器，但是，薄膜节流器的薄膜太薄时容易发生翘曲变形，薄膜太厚时节流器的动态响应时间长，抗干扰能力较弱。且上述发明专利中的单面薄膜节流器只能实现单向调节，不具有差动补偿的功能。因此，如何兼顾可变节流器的可调节性和差动补偿功能，使其补偿油量更快响应，成为现有技术亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种预压自调节差动反馈流量控制器及静压设备，采用单面薄膜实现了双面薄膜差动补偿流量的优点，使得进入静压油腔的补偿油量响应更迅速，达到更高的油膜刚度；提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明第一方面提供了一种预压自调节差动反馈流量控制器，包括下阀体、弹性薄膜、上阀体、调节锥、弹簧和调节块；弹性薄膜位于上阀体与下阀体之间，通过上阀体与下阀体将弹性薄膜加紧；下阀体与弹性薄膜的配合面之间设置有节流腔，节流腔内设置有节流凸台，节流凸台上表面与弹性薄膜下表面之间形成环形节流；上阀体与弹性薄膜的配合面上设置有预压腔，预压腔与节流腔位置相对，并由弹性薄膜隔开；上阀体与弹性薄膜的配合面上设置有调节腔，调节腔上部呈圆柱形，下部呈锥形，调节腔内部设置有调节锥，调节锥与调节腔的下部锥面之间形成锥面节流；调节块与调节锥的配合面上设置有静压腔；调节锥一端与弹簧相连，另一端受到调节块上静压腔的静压支撑作用；调节锥在工作过程中，受到弹簧和静压腔的对置支撑作用，达到动态平衡。
进一步的，所述调节腔内通过装配调节锥和弹簧，在锥面节流上部形成环形腔，上阀体在锥面节流下部设置有出口；上阀体侧壁设有供油孔，供油孔与环形腔通过第一通道连通，出口与预压腔之间通过第二通道连通；下阀体底部设有回油孔，弹性薄膜上在回油孔的位置设置有第一通油孔，第一通油孔与预压腔之间通过缝隙节流连通。
更进一步的，所述环形腔与调节腔之间设置有密封圈，阻止环形腔与调节腔之间的润滑油相流通。
进一步的，所述节流凸台中间设置有进油孔，下阀体内部设置有将润滑油引入进油孔的第三通道，弹性薄膜上在第三通道通过的位置设置第二通油孔，使得第三通道与上阀体上的供油孔相连通；第三通道与节流腔之间进一步设置有节流孔。
进一步的，所述节流腔连接出油孔，出油孔连接到静压设备的静压腔；下阀体内部设置有将出油孔引入静压腔的第四通道，弹性薄膜上在第四通道通过的位置设置第三通油孔，使得第四通道与静压腔相连通。
进一步的，所述预压自调节差动反馈流量控制器工作时，润滑油以供油压力进入预压自调节差动反馈流量控制器后，分为2路，一路为主油路，一路为预压油路；主油路位于弹性薄膜下方，润滑油通过第三通道并由2条支路并联组成，其中一条支路经过环形节流，另一条经过节流孔，之后，两条支路汇集后输出到节流腔，再由出油孔流出，为静压设备的静压腔供油；预压油路位于弹性薄膜上方，润滑油先通过第一通道经过调节锥的锥面节流，之后通过第二通道进入预压腔，最后经过缝隙节流由回油孔流回到油箱。
进一步的，所述预压自调节差动反馈流量控制器的流量调节由2个差动自反馈回路组成：第一差动自反馈回路位于主油路部分，节流腔压力自反馈到弹性薄膜下方，节流腔压力变化时，弹性薄膜下方的压力变化，下方油液对弹性薄膜的油压合力变化；第二差动自反馈回路位于预压油路部分，节流腔压力通过第四通道自反馈到调节锥上方的静压腔，静压腔的压力根据节流腔压力变化，进而调节调节锥的上下位移量，改变锥面节流的液阻，进而改变预压腔压力，使得弹性薄膜上方的压力变化，上方油液对弹性薄膜的油压合力变化。
更进一步的，当节流腔压力增大时，弹性薄膜下方的润滑油压力增大，下方油液对弹性薄膜的油压合力增大，推动弹性薄膜向上变形，流量自动增大，以抵抗外部载荷；同时，静压腔的压力增大，调节锥向下运动，锥面节流的液阻增大，预压腔压力减小，上方油液对弹性薄膜的油压合力减小，弹性薄膜进一步向上变形，流量进一步增大。
更进一步的，当节流腔压力减小时，静压腔的压力减小，调节锥向上运动，锥面节流的液阻减小，预压腔压力增大，上方油液对弹性薄膜的油压合力增大，推动弹性薄膜向下变形，流量减小，同时，弹性薄膜下方的润滑油压力减小，下方油液对弹性薄膜的油压合力减小，拉动弹性薄膜进一步向下变形，流量进一步减小。
本发明第二方面提供了一种静压设备，包括第一方面所述的预压自调节差动反馈流量控制器。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明公开了一种预压自调节差动反馈流量控制器及静压设备，通过设置2个差动自反馈回路，使其反馈效果在节流薄膜处叠加，对于外部负载的变化，流量调节更敏感，液压静压支撑部件可以达到更高的油膜刚度；预压腔压力由第二差动自反馈回路自主调节，以适应不同的外部负载，提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用。本发明克服了现有双面薄膜节流器可调性差，单面薄膜节流器不具有差动补偿功能的缺陷，结合了单双面薄膜节流器的优点，实现了补偿油量的更快响应。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中预压自调节差动反馈流量控制器的纵向剖面视图；
图2为本发明实施例一中预压自调节差动反馈流量控制器的油路阶梯剖视图；
图3为本发明实施例一中预压自调节差动反馈流量控制器的液阻网络原理图；
其中，1、下阀体；2、弹性薄膜；3、上阀体；4、调节锥；5、弹簧；6、调节块；7、环形节流；8、节流孔；9、节流腔；10、节流凸台；11、回油孔；12、进油孔；13、第三通道；14、出油孔；15、第四通道；16、第一通油孔；17、第二通油孔；18、第三通油孔；19、供油孔；20、预压腔；21、锥面节流；22、缝隙节流；23、第一通道；24、调节腔；25、密封圈；26、环形腔；27出口；28、第二通道；29、静压腔。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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；
实施例一：
本发明实施例一提供了一种预压自调节差动反馈流量控制器，如图1和图2所示，包括下阀体1、弹性薄膜2、上阀体3、调节锥4、弹簧5和调节块6；弹性薄膜2位于上阀体3与下阀体1之间。上阀体3与下阀体1整体外观均为长方体块，通过上阀体3与下阀体1将弹性薄膜2加紧。弹性薄膜为具有弹性的薄膜材料制成，本实施例中可以为65Mn。上阀体3与下阀体1通过螺钉连接。下阀体1与弹性薄膜2的配合面之间设置有节流腔9，节流腔9内设置有节流凸台10，节流凸台10上表面与弹性薄膜2下表面之间形成环形节流7；上阀体3与弹性薄膜2的配合面上设置有预压腔20，预压腔20与节流腔9位置相对，并由弹性薄膜2隔开；上阀体3与弹性薄膜2的配合面上设置有调节腔24，调节腔24上部呈圆柱形，下部呈锥形，调节腔24内部设置有调节锥4，调节锥4与调节腔24的下部锥面之间形成锥面节流21；调节块6与调节锥4的配合面上设置有静压腔29，调节块6通过螺钉安装在上阀体3上；调节锥4下部呈锥形，上部呈圆柱状，与调节腔形状相适应。调节锥4一端与弹簧5相连，本实施例中，调节锥可以与弹簧可以通过焊接方式连接，但不限于焊接方式。调节锥4一端受到弹簧5的弹力支撑作用，另一端受到调节块6上静压腔29的静压支撑作用。调节锥通过弹簧弹力和静压腔油腔压力的相互作用在调节腔内上下移动，调节锥的上表面作为与调节块的配合面通过调节锥的上下移动改变静压腔内空间的大小。调节锥不与调节腔和调节块进行连接，可以在调节腔内进行上下活动，调节块同时对调节锥起到限位作用。调节锥4在工作过程中，受到弹簧5和静压腔29的对置支撑作用，达到动态平衡。
本实施例中，调节腔24内通过装配调节锥4和弹簧5，在锥面节流上部形成环形腔26，上阀体在锥面节流下部设置有出口27；上阀体侧壁设有供油孔19，供油孔19与环形腔26通过第一通道23连通，出口27与预压腔20之间通过第二通道28连通；下阀体底部设有回油孔11，弹性薄膜上在回油孔11的位置设置有第一通油孔16，第一通油孔16与预压腔之间通过缝隙节流22连通。
本实施例中，环形腔26与调节腔24之间设置有密封圈25，阻止环形腔26与调节腔24之间的润滑油相流通。
本实施例中，节流凸台中间设置有进油孔12，下阀体内部设置有将润滑油引入进油孔的第三通道13，弹性薄膜上在第三通道13通过的位置设置第二通油孔17，使得第三通道13与上阀体上的供油孔19相连通；第三通道13与节流腔9之间进一步设置有节流孔8。
本实施例中，节流腔9连接出油孔14，出油孔14连接到静压轴承、静压导轨、静压转台、静压丝杠等静压设备的静压腔；下阀体内部设置有将出油孔14引入静压腔29的第四通道15，弹性薄膜上在第四通道15通过的位置设置第三通油孔18，使得第四通道15与静压腔29相连通。
需要特别说明的是，所有腔体，如节流腔、预压腔、调节腔和静压腔等，以所有的孔洞和通道，均是在上阀体和下阀体的制作过程中，由铣削、钻削、磨削等工艺加工形成，其大小形状均根据实际情况可进行调整。同理，节流凸台也是在下阀体铣削、磨削加工过程中形成的凸台形状的凸起。
本实施例中，如图3所示，预压自调节差动反馈流量控制器工作时，润滑油以供油压力ps进入预压自调节差动反馈流量控制器后，分为2路，一路为主油路，一路为预压油路；主油路位于弹性薄膜下方，润滑油通过第三通道并由2条支路并联组成，其中一条支路经过环形节流，另一条经过节流孔，之后，两条支路汇集后输出到节流腔，再由出油孔流出，为静压设备的静压腔供油；预压油路位于弹性薄膜上方，润滑油先通过第一通道经过调节锥的锥面节流，之后通过第二通道进入预压腔，最后经过缝隙节流由回油孔流回到油箱。预压自调节差动反馈流量控制器的流量调节由2个差动自反馈回路组成：第一差动自反馈回路位于主油路部分，节流腔压力pr自反馈到弹性薄膜下方，节流腔压力pr变化时，弹性薄膜下方的压力变化，下方油液对弹性薄膜的油压合力变化；第二差动自反馈回路位于预压油路部分，节流腔压力pr通过第四通道自反馈到调节锥上方的静压腔，静压腔的压力根据节流腔压力pr变化，进而调节调节锥的上下位移量，改变锥面节流的液阻，进而改变预压腔压力pb，使得弹性薄膜上方的压力变化，上方油液对弹性薄膜的油压合力变化。
更为具体的，当节流腔压力pr增大时，弹性薄膜下方的润滑油压力增大，下方油液对弹性薄膜的油压合力增大，推动弹性薄膜向上变形，流量自动增大，以抵抗外部载荷；同时，静压腔的压力增大，调节锥向下运动，锥面节流的液阻增大，预压腔压力pb减小，上方油液对弹性薄膜的油压合力减小，弹性薄膜进一步向上变形，流量进一步增大。起到了下推、上拉的效果，实现了双面薄膜差动补偿流量的优点，使得进入静压油腔的补偿油量响应更迅速。
当节流腔压力减小时，静压腔的压力减小，调节锥向上运动，锥面节流的液阻减小，预压腔压力增大，上方油液对弹性薄膜的油压合力增大，推动弹性薄膜向下变形，流量减小，同时，弹性薄膜下方的润滑油压力减小，下方油液对弹性薄膜的油压合力减小，拉动弹性薄膜进一步向下变形，流量进一步减小。
本实施例的预压自调节差动反馈流量控制器，其2个差动自反馈回路的反馈效果在节流薄膜处叠加，对于外部负载的变化，流量调节更敏感，液压静压支撑部件可以达到更高的油膜刚度；预压腔压力由第2个反馈回路自主调节，以适应不同的外部负载，提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用；节流孔可以补偿薄膜差动自控制时的不稳定情况，提高了流量控制器的动态稳定性。
实施例二：
本发明实施例二提供了一种静压设备，包括实施例一所述的预压自调节差动反馈流量控制器。
本实施例中，静压设备可以为静压导轨、静压轴承、静压转台或静压丝杠等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，包括下阀体、弹性薄膜、上阀体、调节锥、弹簧和调节块；弹性薄膜位于上阀体与下阀体之间，通过上阀体与下阀体将弹性薄膜加紧；下阀体与弹性薄膜的配合面之间设置有节流腔，节流腔内设置有节流凸台，节流凸台上表面与弹性薄膜下表面之间形成环形节流；上阀体与弹性薄膜的配合面上设置有预压腔，预压腔与节流腔位置相对，并由弹性薄膜隔开；上阀体与弹性薄膜的配合面上设置有调节腔，调节腔上部呈圆柱形，下部呈锥形，调节腔内部设置有调节锥，调节锥与调节腔的下部锥面之间形成锥面节流；调节块与调节锥的配合面上设置有静压腔；调节锥一端与弹簧相连，另一端受到调节块上静压腔的静压支撑作用；调节锥在工作过程中，受到弹簧和静压腔的对置支撑作用，达到动态平衡;
所述预压自调节差动反馈流量控制器工作时，润滑油以供油压力进入预压自调节差动反馈流量控制器后，分为2路，一路为主油路，一路为预压油路；主油路位于弹性薄膜下方，润滑油通过第三通道并由2条支路并联组成，其中一条支路经过环形节流，另一条经过节流孔，之后，两条支路汇集后输出到节流腔，再由出油孔流出，为静压设备的静压腔供油；预压油路位于弹性薄膜上方，润滑油先通过第一通道经过调节锥的锥面节流，之后通过第二通道进入预压腔，最后经过缝隙节流由回油孔流回到油箱;
所述预压自调节差动反馈流量控制器的流量调节由2个差动自反馈回路组成：第一差动自反馈回路位于主油路部分，节流腔压力自反馈到弹性薄膜下方，节流腔压力变化时，弹性薄膜下方的压力变化，下方油液对弹性薄膜的油压合力变化；第二差动自反馈回路位于预压油路部分，节流腔压力通过第四通道自反馈到调节锥上方的静压腔，静压腔的压力根据节流腔压力变化，进而调节调节锥的上下位移量，改变锥面节流的液阻，进而改变预压腔压力，使得弹性薄膜上方的压力变化，上方油液对弹性薄膜的油压合力变化。
2.如权利要求1所述的预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，所述调节腔内通过装配调节锥和弹簧，在锥面节流上部形成环形腔，上阀体在锥面节流下部设置有出口；上阀体侧壁设有供油孔，供油孔与环形腔通过第一通道连通，出口与预压腔之间通过第二通道连通；下阀体底部设有回油孔，弹性薄膜上在回油孔的位置设置有第一通油孔，第一通油孔与预压腔之间通过缝隙节流连通。
3.如权利要求2所述的预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，所述环形腔与调节腔之间设置有密封圈，阻止环形腔与调节腔之间的润滑油相流通。
4.如权利要求1所述的预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，所述节流凸台中间设置有进油孔，下阀体内部设置有将润滑油引入进油孔的第三通道，弹性薄膜上在第三通道通过的位置设置第二通油孔，使得第三通道与上阀体上的供油孔相连通；第三通道与节流腔之间进一步设置有节流孔。
5.如权利要求1所述的预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，所述节流腔连接出油孔，出油孔连接到静压设备的静压腔；下阀体内部设置有将出油孔引入静压腔的第四通道，弹性薄膜上在第四通道通过的位置设置第三通油孔，使得第四通道与静压腔相连通。
6.如权利要求5所述的预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，当节流腔压力增大时，弹性薄膜下方的润滑油压力增大，下方油液对弹性薄膜的油压合力增大，推动弹性薄膜向上变形，流量自动增大，以抵抗外部载荷；同时，静压腔的压力增大，调节锥向下运动，锥面节流的液阻增大，预压腔压力减小，上方油液对弹性薄膜的油压合力减小，弹性薄膜进一步向上变形，流量进一步增大。
7.如权利要求6所述的预压自调节差动反馈流量控制器，其特征在于，当节流腔压力减小时，静压腔的压力减小，调节锥向上运动，锥面节流的液阻减小，预压腔压力增大，上方油液对弹性薄膜的油压合力增大，推动弹性薄膜向下变形，流量减小，同时，弹性薄膜下方的润滑油压力减小，下方油液对弹性薄膜的油压合力减小，拉动弹性薄膜进一步向下变形，流量进一步减小。
8.一种静压设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的预压自调节差动反馈流量控制器。
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