CN1210210A - 动压流体轴承装置 - Google Patents

Abstract

一种动压流体轴承装置,包括位于转轴下端与止推轴承面上第一动压产生槽之间的间隙保持器。此间隙保持器包括一滚珠安装槽,该槽可加工在转轴下端面或止推轴承面上,此槽中嵌有滚珠。该动压流体轴承装置在转轴开始或停止转动时可以防止转轴振动;也可以防止由于转轴与止推轴承之间摩擦而造成的磨损以及由于摩擦而造成转轴过载,从而改善了产品性能。

Description

动压流体轴承装置

本发明涉及一种动压流体轴承装置，特别是涉及一种动压流体轴承装置，其中转轴与止推轴承彼此相对面之间具有间隙保持器。

近来，随着信息与计算机产业的技术进步，有一种趋势要求高精度、没有串动及振动的转轴以及在许多机器中均需要的具有高速转动性能的电动机，如：激光打印机的多棱镜驱动齿轮，硬盘电动机的心轴，录像机磁头驱动电动机等等。驱动电动机转轴的串动及振动将使机器性能受到损害。在这方面，一种能够稳定地高速转动的驱动电动机，如一种能够使驱动电动机转轴高速高精度转动的流体轴承装置已经开发出来。

一种用于需要高精度高速度机器的传统流体轴承装置将参照附图予以说明。

图1是剖面图，显示了流体轴承装置及止推轴承作用于转轴上的压力分布曲线。

参看图1，止推轴承50安装在套筒20的通孔25的一端，转轴30则穿入通孔25，面向推力轴承50。转轴30承受垂直轴向载荷。在止推轴承50的面上制有第一动压产生槽50a，并用螺钉或其它类似零件固定在套筒20上。在套筒20上有气孔20a，以使流体注入推力轴承50与转轴30面对面布设所形成的空间中。肋骨状的第二动压产生槽30a，在穿入套筒20中通孔25的转轴30的外表面上或者套筒20的内表面上制成。

下面，将对前述流体轴承装置的工作原理加以说明。

电源接通后，转轴30开始转动，转轴30的转速从零升到预定转速，涡流在转轴30的下端形成，其转动方向与转轴30转动方向相同。涡流流入面对转轴30下端的第一动压产生槽50a的边缘A及C，随后涡流旋转并流向第一动压产生槽50a的中心B。第一动压产生槽50a的面积从边缘A、C到中心B逐渐减少。因此在第一动压产生槽50a的边缘生成低的流体压力。托起转轴30的最大流体压力在第一动压产生槽50a的中心部位B处产生，此时，为将转轴30从第一动压产生槽50a上托起，流体压力必须大于使转轴30下落的自重及其载荷的和。

当与转轴30的转速相对应的流体压力高于转轴30的自重及载荷的和时，转轴30则从第一动压产生槽50a上被托起，其不接触地与第一动压产生槽50a相对转动。

这样，第一动压产生槽形成的流体压力取决于转轴转速、第一动压产生槽的面积及转轴与第一动压产生槽之间的间隙。由于第一动压产生槽的面积及间隙已预先由转轴的自重及载荷所确定，所以，液体压力由转轴转速所决定。

在传统流体轴承装置中，转轴30开始转动后在预定时间内达到预定的转速(rpm)，在这种情况下，流体轴承装置有几个问题。

当转轴旋转而在第一动压产生槽中形成的流体压力低于转轴自重及载荷的和时，转轴旋转时将与第一压力产生槽发生接触，结果使转轴及第一动压产生槽由于它们之间的磨擦而磨损及过载。

此外，随着转轴转速的增加，流体压力与转轴自重及载荷的和接近，因为它开始时与第一动压产生槽接触，这时将被反复地从第一动压产生槽托起，这将造成转轴的串动及振动。

在转轴停止转动时将会发生类似的问题。

因此，本发明是指一种动压流体轴承装置，它能基本上避免一个或几个相关技术中的缺点或限制。

本发明的一个目的是提供一种动压流体轴承装置，在转轴开始与停止时能够防止转轴及第一动压产生槽的磨损与过载的发生。

本发明其它的特点和优点将在下面予以阐述，一部分在说明中已很清楚，或通过对本发明的实践也可以认识领会。本发明的目的及其它优点可以在说明书、权利要求书以及附图中特别指明的结构中实现和获得。

为实现这些和那些其它优点，根据本发明的目的，作为具有地和广泛的描述，根据本发明的一种动压轴承装置包括：一个装在轴承座内的套筒；一个转轴，穿过套筒上的通孔，并在对着通孔内表面的外表面上加工有第二动压产生槽；一个止推轴承，装入套筒的通孔的一端，并在面对转轴下端的面上加工有第一动压产生槽；和一个间隙保持器，位于止推轴承面上的第一压力发生槽及转轴下端之间。

在本发明的一个实施例中，间隙保持器包括一个在转轴下端制成的滚珠安装槽和一个嵌入滚珠安装槽的滚珠。

在另一个本发明的实施例中，间隙保持器包括一个设在止推轴承面上的滚珠安装槽和一个嵌入滚珠安装槽的滚珠。

在本发明的又一实施例中，间隙保持器包括一个第一滚珠安装槽，它位于止推轴承面上，和一个第二滚珠槽，它位于转轴下端，并与第一滚珠安装槽相对。第一及第二滚珠安装槽中分别嵌有滚珠。

在本发明的优选实施例中，滚珠安装槽具有V形剖面，并位于侧面的中心，滚珠安装槽加工于侧面上。

应当理解，前述的一般性说明及后面的详细说明都是示例性的和解释性的，目的在于为权利要求所限定的发明提供更多的说明。

所包括的附图用以提供对本发明更多的了解，并成为本说明书的一部份，示出了本发明的实施例；其与文字部分一起解释本发明的原理，其中：

图1为传统流体轴承的剖面图及止推轴承在转轴上形成的压力分布曲线；

图2为根据本发明的流体轴承装置的剖面图，它用于激光打印机的多棱镜上及推力轴承在转轴上形成的压力分布曲线；

图3为图2的局部放大图。

下面详细说明本发明的优选实施例，附图中示出了各例子。

图2是根据本发明的流体轴承装置的剖视图，它用于激光打印机的多棱镜上，图中还示出了止推轴承在转轴上形成的压力分布曲线。

参看图2，套筒20装在轴承座10上，其上加工有预定大小直径的通孔25。止推轴承50则装设在套筒20上通孔25的一端。第一动压产生槽50a位于推力轴承50的面上。第一动压产生槽50呈螺旋形，其面积随边缘部分A′及C′向中心部分B′延伸而逐渐减少。此外第一动压产生槽50a是用蚀刻法或化学蒸汽沉积法(CVD)精密制成的，其预定深度为几个微米(μm)。气孔20a侧从套筒20的一侧通向止推轴承50与转轴30相对设置而形成的空间。

同时，转轴30穿入套筒20上的通孔25，它是可转动的。止推轴承50面向转轴30的下端，支持转轴30的垂直轴向载荷。肋骨形的第二动压产生槽30a或者加工在穿入套筒20通孔25中的转轴30的外表面上或者加工在套筒20的内表面上。第二动压产生槽30a的角度约为30°，预定深度为几个微米。

此外，轮毂70则牢固地压入转轴30的中间部位，板60(部分可见)固定到轮毂70上。转子(未示出)装在板60上。在轮毂70上装有多棱镜80。标号40表示上止推板。

在本发明的实施例中，深度预定的滚珠安装槽95加工在止推轴承50面对转轴30下端的中心部位，滚珠90嵌入滚珠安装槽95中。

将参照图3详细说明本发明的实施例。

如图3所示，滚珠安装槽95位于止推轴承50的中心部位B′，理想的滚珠安装槽是V形剖面。在本实施例中有预定大小直径的滚珠90与转轴30的下端点接触，而与V形槽95侧面进行线结触。

在转轴停止转动的情况下，转轴30的下端与止推轴承50面之间由滚珠90形成一个间隙t。要求间隙t保持在几个微米(μm)。间隙t是由滚珠90或滚珠安装槽95的大小决定的。在本实施例中，滚珠安装槽的大小由安装槽的深度及其底角决定。

根据本发明的前述流体轴承装置用于驱动激光打印机多棱镜扫描电动机上，下面将详细介绍其工作原理。

电源接通后，转轴30开始旋转，转轴30的转速从零升到预定转速，涡流在转轴30下端形成，其转动方向与转轴30转动方向相同。涡流流入面对转轴30下端的第一动压产生槽50a的边缘A′及C′。然后，涡流转动并流入第一动压产生槽50a的中心部位B′。第一动压产生槽50a的面积从边缘A′及C′到中心部位B′逐渐减小。因而在第一动压产生槽50a的边缘A′及C′处形成低的流体压力。托起转轴30的最大的流体压力在第一动压产生槽50a的中心部位B′处产生，此处有较小的面积。

此时，在转轴30被流体压力从第一动压产生槽50a托起以前，转轴30的下端旋转时与嵌入推力轴承50上滚珠安装槽95中的滚珠90点接触。因而转轴30及推力轴承50面上第一动压产生槽50a之间发生的磨擦阻力减小了。而且，随着转轴30的转速增加到预定的转速(rpm)或更高，流体压力变高，转轴30从滚珠90上被托起，而无任何接触地旋转，结果，转轴30与第一动压产生槽50a之间的几乎不会发生磨擦阻力。

同时，在转轴30停止转动时，如果转轴30的转速降低使流体压力低于转轴30的自重与载荷之和时，转轴30慢慢下落，并在与球90相接触转动后停止转动。因而，即使转轴30相对转速下降使流体压力下降时，转轴30下端也是仅仅与滚珠90接触。这将使转轴与第一动压产生槽之间的磨擦阻力减至最小。

如前所述，根据本发明的动压轴承装置的优点如下：

它可以防止转轴开始或停止转动时发生的振动。它也可以防止由于转轴与止推轴承之间的磨擦而造成的磨损以及由于磨擦而造成转轴的过载。结果，产品的性能得到改善。

显然，对于本领域的技术人员来说，在未偏离本发明的精神及范围下可以对根据本发明的动压流体轴承装置进行不同的修改及变型，例如：可以制成长方形或半圆形的滚珠安装槽。滚珠安装槽可以加工在转轴下端，而不是加工在止推轴承上；或者同时加工在转轴下端和止推轴承上。此外，滚珠安装槽也可以加工在其它部位而不是止推轴承的中心部位。因而，本发明覆盖了所附权利要求书所限定的各种修改和变型以及等同物。

Claims (8)

1．一种动压流体轴承装置，包括：

一套筒，安装在轴承座中；

一转轴，穿入所述套筒上的通孔，其面向通孔内壁的表面上有一第二动压产生槽；

一止推轴承，装在所述套筒的通孔的一端，其面向转轴下端的表面上形成一第一动压产生槽；

一间隙保持器，位于所述止推轴承面上的第一动压产生槽与转轴下端之间。

2．如权利要求1所述的动压流体轴承装置，其特征在于，所述间隙保持器包括一在所述转轴下端制成的滚珠安装槽，一滚珠嵌入滚珠安装槽中。

3．如权利要求2所述的动压流体轴承装置，其特征在于，所述滚珠安装的截面呈V形。

4．如权利要求1所述的动压流体轴承装置，其特征在于，所述间隙保持器包括一在所述止推轴承表面上制成的滚珠安装槽和一个嵌入滚珠安装槽的滚珠。

5．如权利要求4所述的动压流体轴承装置，其特征在于，所述滚珠安装槽的截面呈V形。

6．如权利要求1所述的动压流体轴承装置，其特征在于，所述间隙保持器包括一个在所述止推轴承表面上制成的第一滚珠安装槽和一个在所述转轴下端制成的面对第一滚珠安装槽的第二滚珠安装槽，所述第一和第二滚珠安装槽中分别嵌有滚珠。

7．如权利要求1～6中任一项所述的动压流体轴承装置，其特征在于，所述滚珠安装槽位于侧面的中心，所述滚珠安装槽在所述侧面中制成。

8．如权利要求1～6中任一项所述的动压流体轴承装置，在所述转轴停止转动时，转轴下端和止推轴承面间的间隙为几个微米。

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