CN201125947Y - 多维振动系统部件球形静压轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种轴承，具体涉及一种多维振动系统部件球形静压轴承。其特点在于：两个外半球既能在基座内球面内的一定范围内转动，也能相对于内半球在一定范围内转动，具有平动位移大、转动角度大等特点，活动范围能够满足多数振动台行程的要求；在基座的内球面和内外球的外球面开有用于承载载荷的油腔，可以在传递过程中达到足够的刚度；基座和内半球的球形表面上均采用球环形油腔，具有良好的可加工性和散热性。本实用新型非常适于多维振动系统中振动台与工作平台之间的连接。

Description

多维振动系统部件球形静压轴承

技术领域

本实用新型涉及一种静压轴承，具体涉及一种多维振动系统部件球形静压轴承。

背景技术

现实环境中大多数产品的振动环境都是多方向、多自由度的，但由于多维振动试验成本较高，技术难度大，传统的振动环境试验大多采用了单向振动的试验方法。随着产品精度、可靠性要求及试验效率的不断提高，单向振动试验已不能满足振动环境的试验要求，同时发现一些进行过单向振动试验考核的产品，在实际工作中仍然会由于振动环境影响而产生故障。在国外，多维振动系统已成为环境振动试验中主要的设备，近几年来，多维振动试验系统在国内开始得到较多的应用，虽然也在振动设备研制及多维振动试验方面取得了不少成绩，但在一些关键装置的研究方面还有不小的差距。

多维振动系统是由多个单向的振动台，如电液式、电动式及气动式等，对同一个工作平台在不同方向激振而构成的，因为振动台只能产生一个方向的振动，并且只能在驱动方向上运动，所以在多维振动试验中各振动台与工作平台之间需要通过一种机械解耦装置联接，振动台运动部分与工作平台之间的联接装置的研制是多维振动系统的关键之一。由于多维振动系统中各联接部件的联接刚度对振动系统的性能来说十分重要，因此要求此联接装置具有很高的轴向刚度以达到力传递率及相位差的要求，而目前国内通常采用的自润滑机械球接头无法实现这一目的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种轴向刚度高，承载能力强，加工成本较低，并且可以传递各种频率段振动的多维振动系统部件球形静压轴承。

实现本实用新型目的的技术方案：一种多维振动系统部件球形静压轴承，包括上、下端面为凹型内球面的基座，分别与基座的两个内球面相配合的上、下外半球，上、下外半球内对应设有上、下内半球，内半球的外球面与外半球的内球面相配合，沿基座的轴线方向设有竖直的连接轴，该连接轴两端与内半球的外平面固定连接，所述的基座上开有进油孔、出油孔，基座的内球面上开有球环形的基座油腔和球环形的回油槽，内半球的外球面上开有球环形的内半球油腔，所述的进油孔通过油路通道分别与基座油腔、内半球油腔相连通，所述的出油孔通过回油通道分别与回油槽、储油腔相连通。

如上所述的多维振动系统部件球形静压轴承，基座内球面的球面直径为100mm，所述的基座油腔的深度为1mm，该基座油腔的一端点与基座球心所在水平面的圆心角为42度，另一端点与基座球心所在水平面的圆心角为53度，所述的基座回油槽的深度为3mm，该回油槽的一端点与基座球心所在水平面的圆心角为30度，另一端点与基座球心所在水平面的圆心角为35度。

如上所述的多维振动系统部件球形静压轴承，内半球外球面的球面直径为50mm，所述的内半球油腔的深度为1mm，该内半球油腔的一端点与内半球球心所在水平面的圆心角为12度，另一端点与内半球球心所在水平面的圆心角为60度。

如上所述的多维振动系统部件球形静压轴承，外半球与基座之间的密封采用由氟橡胶材料制成的O型密封圈进行密封。

如上所述的多维振动系统部件球形静压轴承，在外半球与连接轴的连接处开有锥形孔，在连接轴与外半球之间设有缓冲圈。

如上所述的多维振动系统部件球形静压轴承，连接轴两端与内半球的外平面通过螺母和防松垫片固定连接，并在螺母与防松垫片之间设有锯齿锁紧垫圈。

如上所述的多维振动系统部件球形静压轴承，连接轴采用合金钢30CrMnSi材料制成。

本实用新型的效果在于：

本实用新型所提供的一种多维振动系统部件球形静压轴承，由于上下两个外半球的外球面分别与基座的两个内球面配合，两个外半球的内球面分别与内半球的外球面配合，两个外半球既能在基座内球面内的一定范围内转动，也能相对于内半球在一定范围内转动，因此具有平动位移大、转动角度大等特点，轴承的活动范围能够满足多数振动台行程的要求。在基座的内球面和内外球的外球面开有油腔，由外部泵站往油腔内注入压力油，球形配合面通过供给高压油产生的刚性油膜传递外部的拉、压载荷，可以在传递过程中达到足够的刚度。同时，基座和内半球的球形表面上均采用球环形油腔，具有良好的可加工性和散热性。外半球与基座之间采用由氟橡胶材料制成的O型密封圈进行密封，使O形密封圈具有良好的自密封特性，具有较高的耐热温度，且硬度比较大，比较耐磨，有良好的回弹性，能满足密封球面要求。连接轴两端与内半球的外平面通过螺母固定连接，并在螺母的垫片上设有锯齿锁紧垫圈，可在垫圈和螺母之间形成预紧力，增大了螺母相对转动的摩擦力，进一步提高系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种多维振动系统部件球形静压轴承剖面示意图；

图2为本实用新型所提供的一种多维振动系统部件球形静压轴承平动效果示意图；

图3为基座油腔剖面示意图；

图4为内半球油腔剖面示意图。

图中：1.基座；2.外半球；3.内半球；4.连接轴；5.进油孔；6.出油孔；7.缓冲圈；8.密封圈；9.内半球外平面；10.基座油腔；11.内半球油腔；12.第一节流孔；13.第一通油孔；14.第二通油孔；15.第二节流孔；16.回油槽；17.第一回油孔；18.第二回油孔；19.第三回油孔；20.储油腔；21.内半球空腔；22.沉孔；23.螺母；24.防松垫片25.锯齿紧锁垫圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型所提供的一种多维振动系统部件球形静压轴承作进一步描述。

如图1所示，一种多维振动系统部件球形静压轴承，包括上、下端面为凹型内球面的基座1，分别与基座1的两个内球面相配合的上、下外半球2，上、下外半球2内对应设有上、下内半球3，内半球3的外球面与外半球2的内球面相配合，沿基座1的轴线方向设有竖直的连接轴4，该连接轴4两端与内半球3的外平面9固定连接，所述的基座1上开有进油孔5、出油孔6，基座1的内球面上开有球环形的基座油腔10、球环形的回油槽16，内半球3的外球面上开有球环形的内半球油腔11，所述的进油孔5通过油路通道分别与基座油腔10、内半球油腔11相连通，所述的出油孔6通过回油通道分别与回油槽16、储油腔20相连通。

外部高压油通过进油孔5分成两个液压油路进入静压轴承，第一个液压油路通过基座1的第一节流孔12进入基座油腔10，在基座油腔10中高压油的作用下，一部分液压油通过基座1与上下两个外半球2配合面的缝隙分别流到位于基座1的环形回油槽16，并通过第一回油孔17、出油孔6流出轴承，另一部分液压油通过储油腔20、第二回油孔18和出油孔7流出轴承。第二个液压油路是通过基座1上的第一通油孔13进入位于连接轴4中的第二通油孔14，液压油再通过第二通油孔14分别进入上下两个内半球3的节流孔15，流入内半球油腔11，在内半球油腔11中高压油的作用下，一部分液压油通过内半球3外球面和外半球2内球面的配合面的间隙流到内半球空腔21，通过位于内半球3中的第三回油孔19进入储油腔20，另一部分液压油直接通过内半球3的外球面和外半球2的内球面的配合面缝隙直接流到储油腔20中，储油腔20中的液压油再通过位于基座1上的第二回油孔18和出油孔6流出轴承。

高压油流入基座油腔10中后，一部分液压油通过基座1的内球面与外半球2的外球面的配合球面的间隙流入到位于基座1的环形回油槽16中，部分液压油会沿着配合球面的间隙继续向上流动甚至渗出轴承，因此在基座1与外半球之间设有O形密封圈8，由于外半球2的外球面与基座1的内球面之间会产生相对运动，使得O形密封圈8所需密封的一端为相对运动的球面，而且要求密封圈8具有较小的活动摩擦力，一般的密封形式和密封圈的材料很难完成这种苛刻的要求，在实用新型中则采用由耐温耐磨的氟橡胶材料制成的O型密封圈，该O型密封圈具有良好的自密封特性，较高的耐热温度，且硬度比较大，比较耐磨，有良好的回弹性，能满足密封相对运动球面的要求。

多维振动系统部件球形静压轴承经常在不同的频率范围和振动量级下工作，振动很容易引起连接轴4上的螺母23变松甚至失去预紧力，针对这种情况设计了防松垫片24，该防松垫片24设有与连接轴4中的凹槽相配合的凸台。利用连接轴4中的凹槽和防松垫片24中的一个凸台的配合保持连接轴4和防松垫片24相对静止，进而使螺母23和连接轴4没有相对转动。为了增加连接轴4保持预紧力不变的可靠性还在防松垫片24上加了锯齿锁紧垫圈25，使防松垫片24和螺母23之间形成附加预紧力，增大了螺母23相对转动的摩擦力，进一步提高轴承的可靠性。

在外部打入高压油的状态下，基座油腔10和内半球油腔11中充满高压油，外半球2和基座1接触球面以及外半球2和内半球3的接触球面均处于高刚度油膜的作用下，各配合面处于完全滑动摩擦状态，摩擦力极小。中间的连接轴4依靠两端的螺母23、锯齿锁紧垫圈25以及防松垫片24固定于上下两个内半球3的外端。在各接触球面高刚度油膜压力的作用下，上下两个内半球3沿轴承轴向会发生微小的位移，通过内半球3上面的螺母23使连接轴4发生弹性变形。所以连接轴4的材料和结构决定着整个静压轴承的全部力学特性，连接轴的弹性刚度大小决定着配合球面的油膜间隙大小，间接的与整个轴承油膜刚度、流量和承载能力等都存在有很大的关系。由于选用合金钢30CrMnSi材料，连接轴4的变形量很微小，并始终处于弹性范围内，变形量等于各配合球面的油膜间隙，这样高的联接刚度正是振动试验装置所需要的。

多维振动系统部件球形静压轴承上下两个外半球2的最大转动角度一般是固定的，如图2所示，本轴承的外半球2的最大转动角度为12度。为了限制外半球2转动到最大角度的位置后与连接轴4发生刚性的碰撞，在外半球2的锥形孔的部分装有缓冲圈7，缓冲圈7是由高弹性、高硬度的聚氨酯制成。当外半球2转动到极限位置后，先与缓冲圈7接触，随着碰撞变形的增大，外半球2的转动阻力也将增大，从而避免了外半球2与连接轴4的刚性碰撞。

如图3所示，基座1内球面的球面直径为100mm，基座油腔10的深度为1mm，该基座油腔10的一端点与球心所在水平面的圆心角为42度，另一端点与球心所在水平面的圆心角为53度，基座回油槽16的深度为3mm，该回油槽16的一端点与球心所在水平面的圆心角为30度，另一端点与球心所在水平面的圆心角为35度。

如图4所示，内半球3外球面的球面直径为50mm，所述的内半球油腔11的深度为1mm，该内半球油腔11的一端点与球心所在水平面的圆心角为12度，另一端点与球心所在水平面的圆心角为60度。

工作时，多维振动系统部件球形静压轴承一端通过沉孔22与振动台连接，另一端通过沉孔22与工作平台连接，外部恒压油源产生的高压油从进油孔5流入。研制的轴承在外部供油压力达到研制轴承的设计要求状态后，轴承上下外半球12的上下端面的法兰盘部分相对转动比较轻松，可见轴承中的各配合面处于液体滑动状态，摩擦阻力小，功耗损失小，传递效率高。由于轴承的浮起是依靠外部高压油而实现的，在各种相对运动速度下轴承都具有较高的承载能力。在作用力的方向频繁高速改变的条件下，只要外部恒压油源正常工作，都不会造成金属之间的直接接触而产生磨损。

经测试实验证明，本实用新型的多维振动系统部件球形静压轴承的一阶共振频率接近于振动台系统的一阶固有频率，可见本实用新型的轴承具有较好的传递率，和较宽的工作频率范围。总之，本实用新型所提供的多维振动系统部件球形静压轴承具有传递能力强，承载能力高，工作频率高，工作稳定可靠，加工成本低等特点。

Claims (7)

1.一种多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：包括上、下端面为凹型内球面的基座(1)，分别与基座(1)的两个内球面相配合的上、下外半球(2)，上、下外半球(2)内对应设有上、下内半球(3)，内半球(3)的外球面与外半球(2)的内球面相配合，沿基座(1)的轴线方向设有竖直的连接轴(4)，该连接轴(4)两端与内半球(3)的外平面(9)固定连接，所述的基座(1)上开有进油孔(5)、出油孔(6)，基座(1)的内球面上开有球环形的基座油腔(10)和球环形的回油槽(16)，内半球(3)的外球面上开有球环形的内半球油腔(11)，所述的进油孔(5)通过油路通道分别与基座油腔(10)、内半球油腔(11)相连通，所述的出油孔(6)通过回油通道分别与回油槽(16)、储油腔(20)相连通。

2.按照权利要求1所述的多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：所述的基座(1)内球面的球面直径为100mm，所述的基座油腔(10)的深度为1mm，该基座油腔(10)的一端点与基座(1)球心所在水平面的圆心角为42度，另一端点与基座(1)球心所在水平面的圆心角为53度，所述的基座回油槽(16)的深度为3mm，该回油槽(16)的一端点与基座(1)球心所在水平面的圆心角为30度，另一端点与基座(1)球心所在水平面的圆心角为35度。

3.按照权利要求1所述的多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：所述的内半球(3)外球面的球面直径为50mm，所述的内半球油腔(11)的深度为1mm，该内半球油腔(11)的一端点与内半球(3)球心所在水平面的圆心角为12度，另一端点与内半球(3)球心所在水平面的圆心角为60度。

4.按照权利要求2或3所述的多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：所述的外半球(2)与基座(1)之间的密封采用由氟橡胶材料制成的O型密封圈(8)进行密封。

5.按照权利要求4所述的多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：在外半球(2)与连接轴(4)的连接处开有锥形孔，在连接轴(4)与外半球(2)之间设有缓冲圈(7)。

6.按照权利要求4所述的多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：所述的连接轴(4)两端与内半球(3)的外平面(9)通过螺母(23)和防松垫片(24)固定连接，并在螺母(23)与防松垫片(24)之间设有锯齿锁紧垫圈(25)。

7.按照权利要求4所述的多维振动系统部件球形静压轴承，其特征在于：所述的连接轴(4)采用合金钢30CrMnSi材料制成。

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