CN1219655A - 液压轴承密封及支撑结构 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于主轴电动机的轴承结构,包括与转轴耦合的止推板和与套筒耦合的轴承板及负荷板,其中负荷板把轴承板压向止推板,且其中在负荷板与止推板之间加入胶粘剂。胶粘剂可以是一种紫外环氧树脂。套筒按可操作方式与定子耦合,且在收到驱动信号时定子使套筒转动。轴承还包括分布在套筒和定子之间的渗出阻碍物。第二渗出阻碍物分布在负荷板与转轴之间。轴承结构还包括配置在轴承板之上的O形环,用于密封轴承板与套筒之间的间隙。

Description

液压轴承密封及支撑结构
本发明一般涉及主轴电动机的轴承结构，并特别涉及用于主轴电动机的液压轴承密封和支撑结构。
盘驱动器是计算机可从其读取数据和/或向其写入这种数据的海量存储装置。一般来说，它们包括一个或多个随机可访问的旋转的存储介质或盘，其上数据通过各种方式被编码。在磁盘驱动器中，数据被编码为包含在旋转盘硬磁表面按磁道分组的磁场翻转的信息位。盘一般是平行且相互间隔开叠置的，并在它们的内径(“ID”)固定在共同的毂上，毂一般是由一对轴承(通常是滚珠轴承)旋转地结合到固定的主轴上。
随着越来越趋向更低的高度形成盘驱动器的因素，主轴的长度以及上、下轴承之间的间隔成为满足特定的驱动器高度限制时的重要考虑。由于驱动器高度的降低，必须使按比例较短的主轴容纳在降低了高度的限制内，与在主轴上支撑毂的上、下轴承之间伴随的较短的间隔相适配。
具有用于支撑旋转部件的液压轴承而不是传统的滚珠轴承的旋转主轴电动机，一般包括具有至少一个轴向止推板和一个毂(可能是一个旋转毂)的转轴，该转轴具有一般是包围转轴和止推板的套筒部分，这样形成其中分布有轴承液的轴颈轴承。轴承液将在暴露在周围大气压力的转轴的一个或多个端头形成毛细密封。
这种结构的问题在于，在一定的条件下毛细密封可能破坏且液体可能从轴承流出。密封的破坏可能是由冲击或振动引起。在一定的条件下轴承的旋转部分可能沿转轴的轴线移位。在正常运行过程中，润滑油围绕止推板的末端从降低空隙的一侧向增加空隙的一侧流动。然而如果因为突然的冲击或振动，润滑油围绕止推板的流动受到阻碍，液体将被推向转轴的一端或另一端，可能破坏保持密封在原位的表面张力。
当在由止推板上和下表面用来保持所希望的净压力梯度的成形槽的制造中有不精密情形时，也可能发生泄漏。槽的目的是要在每一止推板的表面的中间产生一个高压区，并在止推板与转轴相邻的内径处、以及在止推板最外边缘和套筒之间的间隙中的外径处产生大气压力区。这种类型的压力分布一般的结果是不会有轴承液的位移，即静压力将是均衡的。然而总有制造上的不精密性，例如轴承的倾斜，或任何其它物理现象，且这些因素可能改变轴承液体中的压力平衡，结果造成通过轴承的液流。轴承液体的流动可能克服轴承一端表面张力密封而引起液体泄漏。止推板的上和下表面之间的压力不平衡可能产生接近于止推板的上表面处毛细密封的净流动，在止推板的这一端情况可能特别严重。
可是以往的轴向轴承支撑结构没有同时注意解决防止油的漏出、保持轴承在冲击下的整体性、降低油的挥发、并尽量减少有效的轴承表面的畸变。现有的设计只注意了这些要求的一部分，例如只是注意了导致轴承分离的挥发和冲击或畸变和挥发。
例如，在此参考引用的1996年2月6日颁发给C.A.Muller等人并转让给U.S.Philips Corporation的U.S.Patent No.5,490,021，公开了用于硬盘驱动器的动态槽轴承。动态槽轴承包括具有锁定件的套筒形外壳，该部件包括轴承盘部分，该部分与装在转轴上的环形轴承盘配合。适配一个压力件以便压缩一环形的、弹力可变形的密封件，从而密封外壳和锁定件之间的界面，并使锁定件对在外壳上形成的底座加预应力。然而，Muller等人没有解决挥发和导致轴承分离的冲击。
可以看到，需要一种能够防止油外泄、保持轴承在冲击下的整体性、降低油的挥发并尽可能减少有效的轴承表面畸变的轴向轴承支撑结构。
为了克服上述先有技术中的局限性，并且为了克服在阅读并理解本说明书时将会明白的其它局限性，本发明公开了一种用于主轴电动机的一种轴承结构。
本发明提供了一种液压轴承密封及支撑结构，这种结构同时解决了防止油泄漏、保持轴承在冲击下的整体性、降低油的挥发、及尽可能减少有效轴承表面的畸变。
根据本发明的原理的一种系统包括用于主轴电动机的一种动态液压轴承，它具有固定在转轴上的止推板，及固定在套筒上的轴承板和载荷板。载荷板把轴承板压向止推板。在载荷板和止推板之间插入一种胶粘剂。
根据本发明原理的系统的其它实施例可能包括可替换的或可选的附加方面。本发明的一个这种方面是胶粘剂为紫外环氧树脂。
本发明的另一方面是还包括在载荷板与转轴之间分布的渗出阻碍物的系统。
本发明的另一方面是还包括在套筒与转轴之间分布的渗出阻碍物的系统。
本发明的另一方面是当冲击状况发生时胶粘剂保持载荷板与轴承板之间的整体性。
本发明的另一方面是还包括配置在轴承板之上的用于密封轴承板与套筒之间的间隙的O形环。
具体在所附权利要求中指出体现本发明的这些和各种其它优点和新颖特征，并形成其一部分。然而，为了更好地理解本发明、其优点及通过其应用所达到的目的，要参照进而形成其一部分的附图，并参照伴随的说明事项，其中图示并说明了根据本发明的装置的具体例子。
现参照以下附图，其中相同的标号表示对应的部件：
图1表示磁存储系统的分解视图；
图2表示根据本发明用于主轴电动机的液压轴承密封的结构；
图3表示主轴的顶部剖视图；
图4表示主轴的底部剖视图。
在以下对示例性实施例的说明中，参照形成其一部分的附图，附图中还通过图示示出可实施本发明的具体的实施例。应当理解，可以采用不背离本发明范围而结构上可能有变化的其它实施例。
本发明提供了可同时防止漏油、保持轴承在冲击下的整体性、降低油的挥发并尽可能减少有效的轴承表面畸变的液压轴承密封和支撑结构。
图1示出磁存储系统100的分解视图。盘驱动器100包括外壳112和外壳盖114，在组装后盖114安装在框架116内。安装在外壳内的有主轴转轴122。可旋转地装在主轴转轴122上的有数个存储磁盘124。在图1中，多个盘124相互间隔开地装在主轴转轴122上。盘124在由电动机(未示出)驱动的主轴转轴122上旋转。信息通过由滑块126所支撑的磁头或磁换能器(未示出)写入盘124或从其读出。滑块126最好连接到悬架或负荷弹簧128上。负荷弹簧128装在E形块或梳状物132上的各分开的臂130上。E形块或梳状物132装在致动器臂组件136的一端。致动器臂组件136可旋转地装在外壳112内的致动器转轴138上。旋转的致动器组件136使根据本发明组合的换能器/悬架组件在存储盘124表面上的弧形通路中运动。然而，本领域内的专业人员能够看到，本发明不限于用于上述特定的存储装置。
图2示出根据本发明的用于主轴电动机的液压轴承密封200的结构。当轴承表面216、218彼此相对旋转时，在轴向轴承210和轴向轴承板214产生液压压力。因而，轴承板214必须非常扁平。在组装期间和组装之后应当尽可能减少畸变。通过把O形环222放置在轴向轴承板214的顶部而完成这一组装。O形环222放置在轴向轴承板214和套筒230之间的界面是为了防止油漏出。通过负荷板240到指状物242或其它装置提供对O形环222的压缩。
重要的是在组装期间或之后负荷板240不应碰撞轴承板214。因而，希望有诸如十分之一毫米的额定间隙。在垂直冲击期间可能在轴向轴承210处突然形成间隙。轴向轴承210处的间隙产生吸入空气的真空，因为O形环222是高度柔性的。通过在负荷板240和轴向轴承板214之间施加少量胶粘剂滴250来防止出现这种情况。胶粘剂250通过负荷板240中的一个孔施加，例如至少两个分开180度的可保持平衡的孔。这允许在充油及安装轴承板214和O形环222之后立即安装负荷板240。然后胶粘剂250可以通过负荷板240中的孔施加。孔252允许使用紫外固化有氧胶粘剂250。这还允许和在位置242进行胶粘剂密封的相同的阶段施加胶粘剂250。胶粘剂250可以是紫外环氧树脂，其中胶粘剂250的紫外固化也可在相同的阶段进行。
渗出阻碍物260、270分布在紧靠顶部轴向轴承210的外侧的转轴顶部，及紧靠底部轴向轴承272的外侧的转轴底部。渗出阻碍物260、270一般包括对液流和润滑剂蒸汽大量的转移提供了相当的阻力的狭窄的间隙。
图3和4分别示出主轴的顶部300和底部400区域的细节。在图3中示出主轴的顶部剖视图300。固定轴向板314的对面板的负荷板340因为转轴380附近内径上的小的径向间隙360而形成第一层阻碍物。第二个阻碍物是由狭窄的径向间隙382和相对狭窄的轴向间隙390形成的。径向间隙382位于负荷板340和套筒330之间。轴向间隙390位于轴向板314与负荷板340之间。
图4表示主轴的底部剖视图400。在下径向轴承末端，在套筒430的末端和安装法兰496的上端之间提供了一个小的轴向间隙492。安装法兰496在转轴480上是压力配合的。定子安装座494压入配合在安装法兰496上并用来安装定子叠层堆498。在套筒430的末端和定子安装座494之间形成狭长环柱形间隙470。上述的轴向间隙492和径向间隙470两者形成有效的曲径式密封，对润滑油蒸汽的大量传输形成相当大的阻力。
这些间隙在旋转和固定的表面之间，并显示出在0.025到0.050mm范围内在这一功能上是有效的。如果制造和装配水平容差允许而不会引起表面阻碍，可以采用小于0.025mm的间隙。大于0.050mm的间隙只能在计算的大量的传输率为可接受时可以采用。例如对于直径5mm长度2mm的阻碍物的0.025mm(千分之一英寸)的径向间隙，在70C超过5年蒸发损失计算量大约为3.25mg。为了满足故障要求的平均时间，将必须提供足够的储存量，使得润滑油的损失不影响主轴轴承系统的工作性能。
为了说明和示例的目的已经提供了本发明以上示例性实施例的说明。这并不是要穷尽或对本发明透露的精确形式进行限制。按照以上的教导能够作出很多修改和变形。意即本发明的范围不受这一详细说明所限，而是由这里所附的权利要求限制的。

Claims (36)

1．一种用于具有固定在转轴上的止推板和轴承板及固定在套筒上的负荷板的主轴电动机的动态液压轴承，其特征在于，负荷板把轴承板压向止推板，且在负荷板与止推板之间加入胶粘剂。
2．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，胶粘剂为紫外环氧树脂。
3．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，还包括分布在负荷板和转轴之间的渗出阻碍物。
4．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，还包括分布在套筒和转轴之间的渗出阻碍物。
5．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，套筒按可操作方式与定子耦合，在收到驱动信号时定子使套筒旋转，轴承还包括分布在套筒和定子之间的渗出阻碍物。
6．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，还包括分布在负荷板与转轴之间的渗出阻碍物，套筒按可操作方式与定子耦合，且在收到驱动信号时定子使套筒旋转，轴承还包括分布在套筒和定子之间的渗出阻碍物。
7．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，当发生冲击情况时胶粘剂保持负荷板与轴承板之间的整体性。
8．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，当发生冲击情况时胶粘剂通过吸收负荷板与轴承板的容差而保持负荷板与轴承板之间的整体性。
9．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，还包括分布在负荷板与转轴之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在负荷板与转轴之间泄漏。
10．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，还包括分布在套筒与转轴之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在套筒与转轴之间泄漏。
11．权利要求1的动态液压轴承，其特征在于，套筒按可操作方式与定子耦合，在收到驱动信号时定子使套筒旋转，轴承还包括分布在套筒和定子之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在套筒与定子之间泄漏。
12．权利要求1的动态液体轴承，其特征在于，还包括配置在轴承板之上的用于密封轴承板与套筒之间的间隙的O形环。
13．一种主轴电动机，它包括：
转轴；
具有内周和外周的套筒，该套筒确定了外周上的盘毂；
可旋转支撑套筒的转轴；
用于使套筒旋转的定子；以及
配置在套筒和转轴之间的动态液压轴承，该动态液压轴承还包括与转轴耦合的止推板，及与套筒耦合的轴承板及负荷板，其中负荷板把轴承板压向止推板，且其中在负荷板与止推板之间加入胶粘剂，以便在对主轴电动机发生冲击情况时保持负荷板与轴承板之间的整体性。
14．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，胶粘剂为紫外环氧树脂。
15．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，还包括分布在负荷板和转轴之间的渗出阻碍物。
16．权利要求15的主轴电动机，其特征在于，还包括分布在套筒和转轴之间的渗出阻碍物。
17．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，还包括分布在套筒和转轴之间的渗出阻碍物。
18．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，当发生冲击情况时胶粘剂通过吸收负荷板与轴承板的容差而保持负荷板与轴承板之间的整体性。
19．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，还包括分布在负荷板与转轴之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在负荷板与转轴之间泄漏。
20．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，还包括分布在套筒与转轴之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在套筒与转轴之间泄漏。
21．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，还包括分布在套筒和定子之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在套筒与定子之间泄漏。
22．权利要求13的主轴电动机，其特征在于，还包括配置在轴承板之上的用于密封轴承板与套筒之间的间隙的O形环。
23．对具有固定在转轴上的止推板及固定在套筒上的轴承板与负荷板的主轴电动机提供动态液压轴承的一种方法，其中负荷板把轴承板压向止推板，该方法的特征在于，它包括在负荷板与止推板之间加入胶粘剂并固化胶粘剂形成密封的步骤。
24．权利要求23的方法，其特征在于，胶粘剂为紫外环氧树脂。
25．权利要求23的方法，其特征在于，当发生冲击情况时胶粘剂保持负荷板与轴承板之间的整体性。
26．权利要求23的方法，其特征在于，当发生冲击情况时胶粘剂通过吸收负荷板与轴承板的容差而保持负荷板与轴承板之间的整体性。
27．一种盘驱动器，它包括：
至少一个存储盘；
包括至少一个致动器臂的致动器组件，致动器臂具有配置在其末端的用于读和写至少一个盘上的数据的换能器；
与至少一个存储盘耦合用于驱转至少一个存储盘的主轴转轴；以及
与主轴转轴耦合用于驱转主轴转轴的主轴电动机；主轴电动机还包括：
具有内周和外周的套筒，该套筒确定了外圆上的盘毂，套筒由主轴转轴可旋转地支撑；
用于使套筒旋转的定子；以及
配置在套筒和转轴之间的动态液压轴承，该动态液压轴承还包括与转轴耦合的止推板，及与套筒耦合的轴承板及负荷板，其中负荷板把轴承板压向止推板，且其中在负荷板与止推板之间加入胶粘剂，以便在对主轴电动机发生冲击情况时保持负荷板与轴承板之间的整体性。
28．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，胶粘剂为紫外环氧树脂。
29．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，还包括分布在负荷板和转轴之间的渗出阻碍物。
30．权利要求29的盘驱动器，其特征在于，还包括分布在套筒和转轴之间的渗出阻碍物。
31．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，还包括分布在套筒和转轴之间的渗出阻碍物。
32．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，当发生冲击情况时胶粘剂通过吸收负荷板与轴承板的容差而保持负荷板与轴承板之间的整体性。
33．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，还包括分布在负荷板与转轴之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在负荷板与转轴之间泄漏。
34．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，还包括分布在套筒与转轴之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在套筒与转轴之间泄漏。
35．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，还包括分布在套筒和定子之间的渗出阻碍物，渗出阻碍物防止轴承润滑油在套筒与定子之间泄漏。
36．权利要求27的盘驱动器，其特征在于，还包括配置在轴承板之上的用于密封轴承板与套筒之间的间隙的O形环。
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