CN117108632A - 一种新型油腔内凹式静动压推力轴承 - Google Patents
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Abstract
一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，随着高速重载切削技术的发展，重型设备逐渐往高速重载方向发展，我们对静压推力轴承的性能要求也越来越高，但是随着转速和负载的增加，润滑油膜因为受到剪切力和挤压力的作用，剪切发热增加，油膜变薄，甚至会在局部发生摩擦学失效现象，而轴承因为局部温度过热造成变形，导致润滑油外泄，并且润滑油粘度下降，会产生静压损失，因此，本专利提出一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，使得静压推力轴承工作时，油腔和旋转工作台导轨面之间总能产生楔形间隙，在旋转工作台高速旋转下，满足产生动压效应的条件，利用动压效应，通过动压来弥补静压承载力的缺失，以此来达到提高轴承承载力和稳定性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型油腔内凹式静动压推力轴承。
背景技术
静压推力轴承因其具有精度高，工作寿命长，稳定性能好等特点，已成为航空航天、重型机械、舰船制造和国防等国家重点行业领域大型数控装备的核心部件。随着高速重载切削技术的发展，重型设备逐渐往高速重载方向发展，我们对静压推力轴承的性能要求也越来越高，但是随着转速和负载的增加，润滑油膜因为受到剪切力和挤压力的作用，剪切发热增加，润滑油粘度发生变化，又因为温度分布不均匀，使得轴承产生局部变形，局部油膜变薄，甚至会在局部发生摩擦学失效现象，润滑油外泄严重，这种状况下静压损失十分严重，因此，本专利提出一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，使得静动压推力轴承工作时，油腔和旋转工作台导轨面间能够产生楔形间隙，满足产生动压效应的条件，利用动压效应，通过动压来弥补静压承载力的缺失来达到提高轴承承载力和稳定性的目的。
发明内容
本发明重点是解决高速重载静压推力轴承因为静压承载力不足而造成摩擦失效现象，进而影响轴承精度和寿命的问题，提出一种新型油腔内凹式静动压推力轴承来解决这一问题。
其技术方案如下：一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，其主体是轴承本体，其特征在于油垫本体是扇形，油腔是跑道型，油腔内部呈内凹型，在轴承工作时，旋转工作台底面导轨面和油腔之间任意位置总能产生楔形间隙，满足动压产生条件。
方案一中，油垫总厚度为50mm，油垫上封油边(9)为跑道形，油垫内部为一个3mm厚跑道形腔和一个底为跑道形，高为5mm内凹式拱形组成油腔(8)，并带有进油孔(7)。
方案二中，油垫总厚度为50mm，油垫上封油边(12)为跑道形，油垫内部为一个底部是跑道形封油边，高为8mm内凹式拱形油腔(11)，和圆柱形进油孔(10)组成油腔，且相较于方案一，方案二楔形间隙更大，承载面积更大，所能提供的动压弥补也更大。
本发明与已有的静压推力轴承相比，一般的静压推力轴承无法形成动压效应，很容易因润滑油外泄严重以及润滑油粘度变化造成静压损失，进而影响轴承工作，影响轴承精度和寿命，而本专利在油腔中开楔形凹槽，既能够产生动压，又能够提高油垫承载面积，并且本发明同时具有静压轴承和动压轴承特点，在轴承工作时，低速时静压为主，高速时，动压效应产生，通过动压来弥补静压的缺失。本发明给出两种开楔形凹槽结构，如图1是新型油腔内凹式静动压推力轴承十二分之一爆炸图，图2是方案一的侧视图，图3是方案一的剖面图，图4是方案一的斜剖图，如图5是新型油腔内凹式静动压推力轴承方案二的侧视图，图6是方案二的剖面图，图7是方案二的斜剖图，图11是常规静压推力轴承油膜在给定工况下的压力场，而图12是本发明所提出的新型油腔内凹式静动压推力轴承方案一在同种工况下的油膜压力场，从图11和图12对比可以看出相对于常规的静压推力轴承，新型油腔内凹式静动压推力轴承的压力场最大压力提升非常大，并且常规静压推力轴承的压力分布不均匀，油腔中呈现一定梯度的压力分布，而油腔内凹式静动压推力轴承的油腔压力分布均匀，高压区和低压区都在封油边处，满足本发明初衷提高承载能力。本发明优点：
1.油腔整体呈内凹型，当轴承工作时，无论轴承旋转方向如何，旋转工作台导轨面和油腔之间任意位置总能产生楔形间隙，在轴承工作时，油腔中的液压油不论流出方向如何，都能够满足动压效应形成条件。
2.该轴承的油腔是倾斜状，该油垫油腔深度浅，内凹平面高度接近封油边高度，因为油腔内部呈内凹，相较于普通静压轴承油腔内部的平面，内凹面面积更大，因此该轴承油垫的承载面积比常规静压轴承油垫要大，承载力更强，稳定性好，可以通过动压效应来弥补静压的不足，该油垫在低速时以静压为主，而在高速时可以通过动压效应产生动压，来弥补因润滑油外泄和粘度变化导致静压的缺失，提高轴承承载能力，具有静压和动压轴承的各种优点，并且两种方案的油垫，其压力分布都比常规动静压推力轴承更加均匀，精度更高。
3.从图11和图12对比可以看出相对于常规的静压推力轴承，新型油腔内凹式静动压推力轴承的压力场相对于常规轴承，最大压力提升非常高，并且常规静压推力轴承的压力分布不均匀，油腔中压力呈现一定梯度的压力分布，而油腔内凹式静动压推力轴承的油腔压力分布平均，高压区和低压区都在封油边处，满足本发明初衷提高承载能力。
附图说明
图1是内凹式静动压推力轴承十二分之一零件爆炸图，图2是方案一油垫的斜视图，图3是方案一油垫剖面图，图4是方案一油垫斜剖图，图5是方案二油垫的斜视图，图6是方案二油垫剖面图，图7是方案二油垫斜剖图，图8是油垫和底座装配图，图9是静压推力轴承十二分之一装配图，图10完整静动压轴承油垫的布局图，图11是常规静压推力轴承在极端工况下油腔压力，图12是新型油腔内凹式静动压推力轴承在同种工况下油腔压力。
具体实施方式
下面将结合说明书附图来说明本发明的技术方案，当然知识本发明案例的一部分而不是全部。方案一中，油垫(4)总厚度为50mm，油垫上封油边(9)为跑道形，油垫内部为一个3mm厚跑道形腔和一个底为跑道形，高为5mm内凹式拱形组成油腔(8)，并带有进油孔(7)，图10是完整的动静压轴承装配图十二分之一，因为轴承各个部分油垫完全相同，所以可以分开分析。工作原理为，工作时将油垫和底座装配好后，旋转工作台放置在油垫上，负载放在工作台上，通过油泵供油，润滑油从进油口(7)进入油腔(8)，由于液阻的作用将旋转工作台抬起，旋转工作台的导轨面(6)和油腔(3)之间形成润滑油膜(2)，随着转速和负载的增加，油膜温度逐渐升高，当轴承工作时，油腔中的液压油不论流出方向如何，都能够满足动压效应形成条件，该油垫在低速时以静压为主，在高速时，因为剪切作用导致润滑油温度升高，润滑油粘度降低，并造成油膜局部温度过热，进而导致轴承变形，造成润滑油泄露，产生静压损失，但是因为满足动压效应条件，因此产生动压，来弥补静压的缺失，达到动静压合理匹配效果，进而达到了提高轴承承载力的目的。方案二中，油垫总厚度为50mm，油垫上封油边(12)为跑道形，油垫内部为一个底部是跑道形封油边，高为8mm内凹式拱形油腔(11)，和圆柱形进油孔(10)组成油腔。方案一和方案二的工作原理相同，但是相较于方案一，方案二楔形间隙更大，而且因为油腔深度相较于方案一更浅，承载面积更大，因此所能提供的动压弥补也更大。以上只是本发明的具体实施方式，在本发明揭露的范围内，任何本在发明基础上轻易做到变换替换都应该被保护在本发明中。
Claims (6)
1.一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，其特征在于：由旋转工作台(1)，油腔(3)，油垫(4)，底座(5)以及油腔(3)和工作台的导轨面(6)之间形成的油膜(2)组成，油腔(3)整体呈内凹型。
2.根据权利要求1所述的一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，其特征在于：该轴承在低速时以静压为主，而在高速时可以通过动压效应产生动压，来弥补因润滑油外泄和粘度变化导致静压的缺失，提高轴承承载能力，具有静压和动压轴承的各种优点。
3.根据权利要求1所述的一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，其特征在于：当轴承工作时，无论轴承旋转方向如何，旋转工作台导轨面和油腔之间任意位置总能产生楔形间隙，在轴承工作时，油腔中的液压油不论流出方向如何，都能够满足动压效应形成条件。
4.根据权利要求1所述的一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，其特征在于：相较于普通静压推力轴承，该油垫油腔深度浅，内凹平面高度接近封油边高度，因为油腔内部呈内凹，相较于普通静压轴承油腔内部的平面，内凹面面积更大，因此该轴承油垫的承载面积比常规静压轴承承载面积要大，承载力更强，稳定性更好。
5.根据权利要求1所述的一种新型油腔内凹式静动压推力轴承，其特征在于：可以直接通过油腔和旋转工作台底面的导轨面的楔形角度来满足动压效应产生条件，不用使旋转工作台导轨面和油垫呈楔形角度，也就不会发生旋转工作台导轨面和油垫摩擦的情况来影响轴承精度和寿命情况。
6.根据权利要求1所述的一种新型油腔内凹式动静压推力轴承，其特征在于：根据模拟结果可得，本专利所提供的轴承，其油膜压力场的最大压力更大，并且相较于普通静压轴承油膜压力场呈现阶梯型分布的状况来说，本轴承油膜压力分布均匀。
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