CN118224183A - 一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密装备制造技术领域，尤其涉及一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，包括主轴、前盖、前节流板、前分流板、前轴承、后轴承、套筒、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖，主轴包括具有圆锥面的轴颈，轴颈与前轴承适配，调整垫、锥套、锁紧螺母及主轴形成一个回转体，锁紧螺母用于将调整垫和锥套固定于主轴上，后轴承套设于锥套上，轴颈与前轴承之间、后轴承和锥套之间均具有润滑间隙，润滑油可进入润滑间隙内形成压力油膜；与现有技术相比，本发明为微型磨床填补空白的小直径（≤45mm）高精度圆锥液静压轴承系列主轴，创新设计了平行板节流器，并在主轴部件结构上有所创新。

Description

一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置

技术领域

本发明涉及精密装备制造技术领域，更具体地说，它涉及一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置。

背景技术

目前，现有用于中型磨床砂轮轴（磨头）和工件主轴的圆锥液静压轴承主轴，其存在的缺点是：

1.回转轴与轴承配合处圆锥的轴径偏大，不适用于回转速度较高的微型内、外圆磨床，因为回转速度高，轴颈处表面的线速度，与润滑油的相对摩擦产生的温升高，影响磨床的正常运行，尤其是高精度微型磨床更应避免；同时，其总体结构偏大，无法安装在微型磨床上；

2.中型磨床大多采用圆柱形液静压径向轴承和圆盘形液静压推力平面轴承，推力盘尺寸偏大发热更高；3.大多采用小孔节流器或反馈节流器，但油通过前者时呈紊流状态，温升高，且小孔（孔径≤0.5mm）易被堵塞造成事故；而后者结构较复杂制造本高，故较少采用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种解决上述技术问题的高精度圆锥液静压轴承主轴装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，包括主轴、前盖、前节流板、前分流板、前轴承、后轴承、套筒、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖，

前盖、前节流板、前分流板和前轴承均置于套筒一侧，后轴承、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖置于套筒另一侧，前盖、前节流板、前分流板、前轴承、套筒、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖均套设于主轴上，

主轴包括具有圆锥面的轴颈，轴颈与前轴承适配，

调整垫、锥套、锁紧螺母及主轴形成一个回转体，锁紧螺母用于将调整垫和锥套固定于主轴上，后轴承套设于锥套上，

轴颈与前轴承之间、后轴承和锥套之间均具有润滑间隙，润滑油可进入润滑间隙内形成压力油膜。

进一步的，后盖上设有进油孔，后节流板上设有与进油孔对应的输油孔，所述套筒上设有长孔和排油孔，前轴承和后轴承上均设有相互连通的油道和油腔，油腔和润间隙对应连通，

所述前节流板和后节流板上均设有依次连通的环形槽、节流槽及腰形槽，节流槽呈矩形，进口孔和后节流板上的环形槽连通，

所述前分流板和后分流板上均设有第一分油孔和第二分油孔，长孔可连通前分流板和后分流板的第一分油孔，前分流板的第二分油孔连通前节流板的腰形孔和前轴承的油道，后分流板的第二分油孔连通后节流板的腰形槽和后轴承的油道。

进一步的，前轴承和后轴承均包括锥形孔，且前轴承和后轴承的锥形孔孔径大一侧朝外，锥形孔孔径小的一侧朝内。

进一步的，长孔、节流槽、腰形槽、第一分油孔、第二分油孔、油腔均可设3-6个，所述节流槽和腰形槽均呈环形排布。

进一步的，前盖和后盖均与主轴螺纹连接。

进一步的，该装置可应用于内、外磨床以及车床。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、本发明为微型磨床填补空白的小直径（≤45mm）高精度圆锥液静压轴承系列主轴，创新设计了平行板节流器，并在主轴部件结构上有所创新；此结构设计可根据不同微型磨床的要求，在不改变总体结构的前体下，调整轴与轴承配合轴颈的尺寸或主轴前后端的结构即可，易于形成系列产品；也为流水线加工和装配创造了条件；

2、由于主轴的轴颈外表面和前轴承的内孔表面被一层压力油膜完全隔开，形成纯流体润滑，则轴颈和轴承孔（锥形孔）的表面不直接接触，在运转工作时无摩损；从而使得其使用寿命大大增长，可长期不用进行维修；

3、因压力油膜的存在，能长期保持轴颈和轴承孔的制造精度，则可确保主轴的回转精度不变；

4、因油膜的存在，所需驱动功率小，主轴回转轻快；

5、因压力油膜的存在，能对轴颈和轴承孔的制造误差起到补偿作用，例如：当轴颈和轴承孔加工的圆度误差均为3μm，二者装配后驱动回转时，其回转精度却能在1μm左右，这是液静压轴承主轴的突出优点，因此对获得高精度回转特性极为有利。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例爆炸结构示意图。

图3为本发明实施例侧视结构示意图。

图4为本发明实施例的A-A处剖视结构示意图。

图5为本发明实施例的剖视结构示意图。

图6为本发明实施例的B-B处剖视结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，高精度圆锥液静压轴承主轴装置，包括主轴1、前盖2、前节流板3、前分流板4、前轴承5-1、后轴承5-2、套筒6、调整垫7、锥套8、后分流板9、后节流板10、锁紧螺母11及后盖12；该些部件安装时，如下：

前轴承5-1和后轴承5-2同等尺寸、有内锥形孔并开有4个油腔501，两者安装在套筒前后相应的孔中；将带单个圆锥面轴颈的主轴1从套筒6前面装入，使主轴1外锥面前轴承5-1的锥形孔相靠；调整垫7从主轴1的后端装入，并抵靠在与调整垫7内孔相对应轴颈处的端面上；锥套8亦从主轴1的后端装入并紧靠调整垫7的右端面，锥套8的外锥面与后轴承5-2的锥形孔相靠；两件锁紧螺母11从主轴1的后端装入、依次拧在主轴1的外螺纹上，并与调整垫7的右端面紧靠，至此，调整垫7、锥套8和锁紧螺母11与主轴1组装成为一个有圆锥面轴颈的回转体；前轴承5-1和后轴承5-2按反排列形式布置（即锥面大头朝外，小头朝里），安装在套筒6两端的孔；主轴1的轴颈与轴为一体，锥套8通过调整垫7和两件锁紧螺母11将其固定在主轴1上，配合调整垫7的厚度即可获得理想设计油膜间隙；

前分油板4从前端套在主轴1上进入套筒6前端较大的孔中，紧靠大孔和前轴承5-1左侧面形成的共同端面上，随后，将前节流板3装入并紧靠前分油板4的左端面，再将前盖2也从主轴1前端装入套筒6的大孔中,并紧靠前节流板3的左端面；然后，8支配有垫圈的内六角螺钉穿过前盖2、前节流板3、前分油板4的通孔拧入套筒6的螺纹孔中，将前盖2、前节流板3、前分油板4固定在套筒6的孔中；如上所述，再依次将后分油板9、后节流板10和后盖12装入套筒6后端的大孔中并用内六角螺钉固定，至此微型磨床高精度圆锥液静压轴承主轴部件组装完毕。

本发明装置为微型磨床高精度液静压轴承主轴，这是一种通过设定的压力油将回转件主轴和一种内孔设有数个凹槽（油腔501）的滑动轴承表面完全隔开，形成纯流体润滑状态，主轴运转时轴颈和轴承金属表面之间无摩擦，因此是一种优良的回转支承。

如图2所示，安装在套筒6内孔中的前分油板4、后分油板9均为圆盘形状，在其同一侧各有第一分油孔401起配送压力油的作用，又在各自相同圆周上呈均布的4个第二分油孔402完成输送经过节流后的压力油进入前轴承5-1、后轴承5-2相对应的各4个油腔501中；轴向安装在套筒6内孔中的前节板3和后节流板10亦为圆盘形状，在各自端面的一侧分别开一环形槽301、与环形槽301相连呈均布的4个呈矩形浅槽的节流槽302、及与节流槽302相连的4个较短的腰槽303，各自的4个腰槽303与其相靠的前分油板、后分油板上的4个第二分油孔402相对应，可将节流后的压力油注入前轴承5-1、后轴承5-2的4个油腔501中。具有矩形浅槽的前、后节流板是一种新型的平行板节流器，在液静压支承的节流器中是首创；

压力油经后盖10一侧的油管接头处进油孔1201进入，经过输油孔1001、环形槽301、第一分油孔401后进入套筒6的长孔601；压力油从长孔601前端经前分油板3后侧的输油孔1001进入前节流板3的环形槽301，再由环形槽301通向径向均布的4个节流槽302，节流槽302设置为矩形浅槽，可起节流作用产生压降，其即为平行板节流器；经有压降的油分别进入4个腰形槽，再进入前分油板4与前节流器3的腰槽303对应的4个第二分油孔402，再通向前轴承5-1的4个油道502，最终进入前轴承5-1的4个油腔501中，至此完成前端的供油路线；从后盖12进入的压力油经后分油板9和后节流板10进入套筒6长孔601之前，压力油也已进入后节流板10的环形槽301，再由环形槽301通向呈径向均布的4个矩形浅槽，同前端一样，有压降的油先后经4个腰形槽、后分油板9的4个第二分油孔402、后轴承5端面的4个油道502，最后进入轴承5的4个油腔501中，完成后端的供油路线。

有压降的润滑油在轴承内除油腔501外的表面（分别称周向阻油面和轴向阻油面），与主轴1锥形面之间经调整垫7调整后得到的润滑间隙所形成的压力油膜将轴承内锥面和主轴外锥面完全隔开，形成纯流体润滑状态。此油膜具有预定的承载能力和油膜刚度（即抵抗外载荷变化的能力），是保障主轴正常工作的重要设计参数。

当主轴工作时，因有节流器（前节流板和后节流板），其节流液阻是固定的，压力油不会倒流，以主轴轴颈处受到从正上方向下的外力为例，轴颈中心相对轴承孔的中心沿受力方向向下产生位移，下腔处的油膜减小、液阻增大；上腔处的油膜增大、液阻减小，则下腔的压力升高，上腔的压力减小，上下腔瞬间的压力差向上起到抵抗外载荷的作用，使轴心向上恢复一定的距离继续正常工作。

前盖、后盖可根据主轴的旋向分别于其内孔中加工有左、右旋浅螺纹，起密封作用，使润滑油均向内流，经由环形槽301、节流槽302、腰形槽、长孔601汇集从套筒下方排油孔排出；前盖和后盖同时起到压紧和固定分油板及节流板的作用。

本发明除用于生产微小型高精度内、外圆磨床和改造各种微小型普通级内、外圆磨床、提高其加工精度外，还可替代仪表车床等各种微小型台式机械的主轴，既可用于设计高精度产品，进而开发新的系列；也可改造原有设备提高其加工精度。

本发明装置总体结构可根据微型磨床的不同要求，对有关尺寸稍加变动，就可成为系列微型磨床高精度圆锥液静压轴承主轴，为流水线和自动化生产提供创新产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，其特征在于，包括主轴、前盖、前节流板、前分流板、前轴承、后轴承、套筒、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖，

所述前盖、前节流板、前分流板和前轴承均置于套筒一侧，后轴承、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖置于套筒另一侧，前盖、前节流板、前分流板、前轴承、套筒、调整垫、锥套、后分流板、后节流板、锁紧螺母及后盖均套设于主轴上，

所述主轴包括具有圆锥面的轴颈，轴颈与前轴承适配，

所述调整垫、锥套、锁紧螺母及主轴形成一个回转体，锁紧螺母用于将调整垫和锥套固定于主轴上，后轴承套设于锥套上，

所述轴颈与前轴承之间、后轴承和锥套之间均具有润滑间隙，润滑油可进入润滑间隙内形成压力油膜。

2.根据权利要求1所述的一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，其特征在于，所述后盖上设有进油孔，后节流板上设有与进油孔对应的输油孔，所述套筒上设有长孔和排油孔，前轴承和后轴承上均设有相互连通的油道和油腔，油腔和润间隙对应连通，

所述前节流板和后节流板上均设有依次连通的环形槽、节流槽及腰形槽，节流槽呈矩形，进口孔和后节流板上的环形槽连通，

所述前分流板和后分流板上均设有第一分油孔和第二分油孔，长孔可连通前分流板和后分流板的第一分油孔，前分流板的第二分油孔连通前节流板的腰形孔和前轴承的油道，后分流板的第二分油孔连通后节流板的腰形槽和后轴承的油道。

3.根据权利要2所述的一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，其特征在于，所述前轴承和后轴承均包括锥形孔，且前轴承和后轴承的锥形孔孔径大一侧朝外，锥形孔孔径小的一侧朝内。

4.根据权利要求3所述的一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，其特征在于，所述长孔、节流槽、腰形槽、第一分油孔、第二分油孔、油腔均可设3-6个，所述节流槽和腰形槽均呈环形排布。

5.根据权利要求1或4所述的一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，其特征在于，所述前盖和后盖均与主轴螺纹连接。

6.根据权利要求1或4所述的一种高精度圆锥液静压轴承主轴装置，其特征在于，该装置可应用于内、外磨床以及车床。