CN86105066B - 一种静压轴承 - Google Patents

Abstract

一种静压轴承或静压流体垫装置，可用于各种型式的静压轴承，活塞和缸体，静压导轨等，有很好的自动调心作用。本发明的结构特征是由静止件和运动件构成偶合副，高压流体经输送孔道进入高压槽，通过导流槽和封流边溢出。偶合件中另一件是完全光滑的。导流槽很多很细，连续布满在一定面积上，它可以用压花、腐蚀等容易加工的方法刻成。本发明具有调心反映时间快，内阻尼大，可靠性好，承载能力强，加工容易，成本低廉等优点。

Description

一种静压轴承

本发明所属技术领域为机械工程轴承类。

经专利检索得到的现有技术资料来看，参阅美国1967年专利3305282号，一种多槽式内阻尼静压轴承，如图1所示，当中有一个环形高压槽，高压流体直接进入该槽。而在轴或轴承上有一定数目的，距离、深度、宽度都控制得很准的小槽（1），小槽内端和高压槽相连，但外端却不到轴承的端部，离端部还有一段距离（a）。高压槽中的流体既溢进间隙，也溢进小槽，转而由小槽两侧溢进间隙，也由端部经（a）段溢入大气。因此在小槽两侧的圆柱面（2）上的压力主要受小槽里的压力控制（小槽里压力为边界值）。当轴受到载荷偏向一边时，间隙减小的一面，小槽向各方面溢出的流体都减少了，通过小槽的压力降减小，小槽内压力增高，整个轴承在这边的压力都高了;同理，结构的缺点是小槽必须做得较准，因为溢出的流体大半由小槽（1）供应，每一个小槽控制着一段圆柱面（2），倘有一个小槽不精确，便要影响一段圆柱面上间隙中的压力。倘小槽开在轴承上便影响轴的位置，倘开在轴上则会引起震动。其次，当轴承一边的间隙减小时，小槽内的压力先提高，然后逐步蔓延到小槽两侧的圆柱部份;由于流体的可压缩性（特别如气体），压力蔓延是要时间的，所以该结构的时间反映较慢。这时间虽然极短，但倘轴承构成自动控制的一个环节则是大问题。此外，现有技术除用于静压向心轴承外，没有提到其他用途。

本发明也是一种多槽式内阻尼静压轴承，但又不仅仅用于静压轴承，而是可以用于很多摩擦面，实际上成为一种静压流体垫装置。为了克服前面所述现有技术的缺点，本发明对前述小槽（1）的改进是具有决定意义的。本发明将小槽（1）改称为导流槽（5），本发明的结构特征可以这样描述：

由静止件和运动件构成偶合副，它们间有一定间隙，高压流体经输送孔道进入高压槽，再通过导流槽及封流边溢出。偶合件中另一件是完全光滑的。高压流体进入高压槽的途径是由偶合副中较短或较小的一件的一端、或两端、或中央、或四周通入，并将偶合副中此件离压力最低处最近的一小段做成前面所说的封流边;其余面积上布满前面所说的导流槽，这种导流槽数量很多，是一个接一个地连续布置，可达数以百计视加工方法或零件大小而定;导流槽的截面形状不拘，最好为三角形;导流槽的深度很浅，略大于偶合副之间的间隙;导流槽的方向是与高压流体相通并通向封流边;导流槽在通向封流边时，可以采取最短的途径，也可以使偶合副在相对运动时，能通过流体的粘性作用使一部份流体沿轴向由低压向高压流动，即呈螺旋线或斜线形状。导流槽可以用压花，腐蚀或其他容易加工的方法刻成。

本发明可广泛用于向心轴承、止推轴承、向心止推轴承、静压导轨，以及柱塞、活塞与缸体。用于柱塞和活塞时可利用被压缩的介质作高压流体而不需外加油源。

为了更简明清楚地说明本发明的作用原理和优点，将借助一个实施例-一种多槽式内阻尼静压向心轴承来叙述较好。

图2：一种多槽式内阻尼静压向心轴承

轴承（3）当中是一个环形高压槽（4），轴承两端各有一段（a）是光滑的，称为封流边。其余地方则用压花或其它方法做成小槽（5）称为导流槽。导流槽很细，数量很多，沿轴承内圆周可达数以百计。导流槽理论上可作成任何截面，但从工艺和作用来说以作成三角形为最好，如图3和图4所示。相邻的导流槽形成的棱角顶上磨成一条很窄的刃带，和（a）段的光滑面在同一圆柱面上，并一次磨出。导流槽里端和高压槽相连。有导流槽部分的通流能力（指同一压力降同一长度在单位时间内通过流体体积）约为（a）段的8倍。（a）段的宽度约为轴承半长（指由高压槽边到轴承端的长度）的十分之一，具体尺寸根据情况优化。倘轴（6）只在静态使用（轴不转）则导流槽和轴的中心线是平行的。但倘轴旋转时，则导流槽顺着轴表面运动的方向由两端向中心倾斜15～30而使导流槽呈螺旋线形状，如图5所示。换言之，倘在轴表面上划一条和轴心平行的母线，这母线在轴旋转时先在两端和导流槽相交。

当轴处在中心位置时，四周的压力是平衡的。当轴（6）由于载荷作用偏向一边时，间隙小的一边封流边（a）段的泄漏量减少了;但通过每一根导流槽的流体都必须通过封流边（a）段才能溢出，因此通过每一导流槽的流量都要减少，导致压力降也减少。因此间隙小的一边平均压力要增大。同理，间隙，间隙大的一面平均压力要减小。这个压力差会把轴推回到中心位置。同时，高压边的流体趋向于沿切线方向（环向流向低压边而减少两边的压力差和载荷能力，阻止这种流动是一个很重要的问题。本发明使用的方法是流体必须通过很多道相邻导流槽间的棱边才能从高压边到达低压边。每过一次棱边流体产生涡流阻力，如图6所示。此外，导流槽很细很多，流体在高压边越过一道棱边后仍在高压区，继续起到高压作用。这样，实际上高压边的流体通过切向流到低压边的极少。对于气体来说这是最有效的环向密封。由于以上的原理，轴承可作得很长，可以承担较大的负载。因为轴承愈长则由高压流向低压宽度愈大。这种强的阻止流体由高压流向低压能力就愈显其作用。

当轴是转动时，导流槽可以作成斜的（螺旋线），可以增加轴的自动向心力。由于流体的粘性，斜槽有趋势将流体向当中推动（泵流作用，某些真空泵完全靠这种泵流作用得到真空），如果轴的速度较高，流体将不外溢，这时间隙里的流体变成静止了，全长上的压力都和高压槽里的压力一样了。但倘轴有偏心则两边情况不同，间隙小的一面向高压泵油的能力大，间隙大的一面泵油能力小。这就使间隙不同的两边流体溢出速度相差更多，压力差也更大。在高速下可以提高静压承载能力这是现有技术的静压轴承没有的作用。

和现有技术相比，本发明的优点如下：

1、如前所述，现有技术中的小槽（1）（图1）要做得很准，本发明则无此要求。本发明的全部圆柱面上都有导流槽复盖，不存在部分圆柱面，每个导流槽只影响它本身。因为导流槽非常多，若把若干相邻的槽分为若干等分。（譬如说一共1000个槽将在圆周分成10等分，每份100槽）则每等分的槽照统计原理，其平均的切面一定是很接近的，受个别部位加工精度的影响很小。因此本发明能用简单加工方法（如压花）获得精密结果。

2、本发明中个别导流槽因污染造成阻塞的影响远小于现有技术的轴承，因此本发明使用时比较可靠。

3、如前所述，现有技术的压力蔓延时间反映较慢。本发明由于整个轴承面都布满导流槽，不存在压力向间隙蔓延问题。此外，当轴承一边的间隙减小时，图1中小槽（1）和图2中的导流槽（5）的压力升高也要一定的时间，这时间和槽的形状有关，面积和周边的比愈大则时间愈短。本发明因导流槽（5）多用压花成形，形状是三角形，比现有技术采用的扁形槽时间响应快。

4、如前所说，倘导流槽（5）作成一定斜度则会产生泵流作用。间隙小的一边泵流作用大，而间隙大的一边泵流作用小。这样既可增大轴受到的自动调心作用，增加轴的承载能力，同时可以减少高压流体的消耗。这个作用在现有技术中也是没有的。

5、由于流体由高压边流到低压边，须要经过数以百计的棱边，每一道棱边不但产生涡流阻力，还能导致一部分流体向轴向流动，因此本发明在阻止流体由高压边向低压边流动比较起现有技术来更为有效，也就是说内阻力更大。在负载变化时压力反应快。

6、由于可用压花方法加工，精度要求又低，本发明的造价低廉。事实上导流槽数量愈多愈容易做，因为槽愈多则愈浅，用压花加工愈容易。斜槽也不构成困难，因为用斜压花刀即可。

除了以上的实施例，本发明还有更广泛的用途，以下举出一些其他实施例。

如图7所示，倘轴比轴承短，则高压槽（6）和导流槽（7）都可做在轴上。这种结构用于精密导轨，流体由轴中心通入。

又如图8和图9所示，尚轴承副必须承受一个轴向负荷，则可做成推力轴承或流体垫，（8）为高压槽，（9）为导流槽。作为单边推力轴承或流体垫，流体输入的地方（在进高压槽以前）必须有一限流装置以控制流体膜的厚度。

最重要的一个应用是在流体传动的柱塞活塞等处，不需要外加高压流体源，即用被压缩的流体溢出部分，将柱塞或活塞上做出导流槽，即可产生静压作用而使柱塞或活塞和缸体不直接接触，因为大大减少磨损和摩擦。图10代表这样一种柱塞。当柱塞（10）受到压力时，柱塞下因受压而提高了压力的流体即经过导流槽（11）而溢出。如果柱塞受偏心负荷而被压向一边时，间隙小的一边压力较大而将柱塞保持在中心位置。

图11中的活塞除了当中一小段（a）保持光滑外，其余处两端都压上导流槽（12）。当活塞上受到压力时，上方的导流槽和中部的光滑段（a）构成一组静压轴承。当活塞的下面受到压力时，下方的导流槽和中部光滑部分构成一组静压轴承。这样无论活塞那面受到压力，活塞和缸体间形成静压轴承而避免了固体接触。

图12是一个自动定心，同时能自动定向的柱塞，可用于材料试验机上精密测压或精密平衡。（Ⅰ）段是导流槽，（Ⅱ）是封流边，（Ⅲ）是一个均压槽，（Ⅳ）又是导流槽，（Ⅴ）又是封流边。因此这结构是两个静压轴承串连，当中有一个均压槽。尚两个静压轴承尺寸一样，则显然经过每一个轴承的压力降都是柱塞下压力的一半。两个轴承都起作用。而当中的均压槽使两个轴承都能独立定心，使整个装置起定向作用。

当然不应把本发明理解为以上的这些有限的实施例，本发明实际上是一种用途广泛的静压流体垫装置。

Claims (7)

1、一种静压轴承，由静止件和运动件构成偶合副，它们间有一定间隙，高压流体经输送孔道进入高压槽，通过小槽（1）及封流边溢出，偶合件中的另一件是完全光滑的，本发明的特征在于由相对运动的偶合副中较短或较小的一件的一端、或两端、或中央、或四周通入高压流体，并将此件离压力最低处最近的一小段做成前面所说的封流边;其余面积上布满导流槽（5）;这种导流槽一个接一个地连续布置，导流槽的深度略大于偶合副之间的间隙;导流槽的方向是与高压流体相通并通向封流边。

2、根据权利要求1的一种静压轴承，其特征是所说的相互运动的偶合副是向心轴承、止推轴承、向心止推轴承。

3、根据权利要求1的一种静压轴承，其特征是所说的相互运动的偶合副是静压导轨。

4、根据权利要求1的一种静压轴承，其特征是所说的相互运动的偶合副是柱塞、活塞与缸体，可利用缸体内介质压力，而不需外加油源。

5、根据权利要求1的一种静压轴承，其特征是所说的导流槽（5）在通向封流边时，可以采取最短的途径，也可以使偶合副相对运动时，能通过流体的粘性作用使一部分流体沿轴向由低压向高压流动，即呈螺旋线形状或斜线形状。

6、根据权利要求1的一种静压轴承，其特征是所说的导流槽（5）的截面形状最好为三角形。

7、根据权利要求1的一种静压轴承，其特征是所说的导流槽（5）可以用压花、腐蚀或其他容易加工的方法刻成。

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