TWI412673B - 一種一體化靜壓軸承 - Google Patents

Description

一種一體化靜壓軸承

本發明係關於一種機器所使用之油靜壓軸承，特別是應用機器的一體化靜壓軸承。

液靜壓軸承係由外部供給壓力，將潤滑油經由管線輸送至軸承油腔內部，在油腔內產生承載潤滑油膜，藉以實現液體潤滑的滑動軸承。裝設液靜壓軸承之主軸由旋轉到停止，皆在油液潤滑狀態下工作，所以主軸與軸承間幾乎沒有磨損，因此使用壽命較傳統的滾珠、滾柱軸承長，且起動所需功率小，在極低的速度下也能應用。此外，液靜壓軸承還具有旋轉精度高、油膜剛度大、能抑制油膜振盪等優點。液靜壓軸承21與其節流器(31、32、33、34)之整體架構如第一圖所示，潤滑油從單一供壓源41經逆止閥42、蓄壓器43、再經濾器44及節流器後，進入靜壓軸承之油腔(51、52、53、54)，節流器作為流量控制裝置，用來補償各別油腔的壓力，以平衡外力的作用，常用的節流器有孔口、毛細管、薄膜等形式，先前技術並以下列的專利為例說明： 中華民國專利公告第I299014號，專利名稱：液靜壓主軸構造，公告日期：2008/07/21，申請日期：2006/09/11。

此先前技術係一種液靜壓主軸，主要包含一軸承座90、一旋轉軸91、二軸承921及922、二端蓋931及932、一油路分配器94、複數個第一節流器95及複數個第二節流器96，如第二圖所示；其中，該軸座內形成一腔室97，兩軸承分別設於該軸座兩端，各軸承內壁加工成凹陷的複數個油腔98，以供容納油液形成靜壓承載油膜；該主軸於該各軸承內端，該軸承沿軸向開設複數個油道分別與該各油腔連通，該各第二節流器分設於該各油道，據以形成第一段節流，供平衡靜壓承載油膜之壓力，該油道一端與該 後蓋相鄰，該軸承開設一洩油孔99與該腔室連通，該後蓋形成一環狀油槽與該各油道連通，該後蓋貫穿一入油孔與該油槽連通，該入油孔另一端與腔室連通，據使油液通過該後蓋、該油道進入該各油腔，並由該洩油孔迴流至該腔室。

油路分配器設於軸座頂端，其主要由一分流塊及一架板組成，該架板與該軸座相接，該分流塊設於該架板頂緣，該分流塊中央形成一油穴，該分流塊徑向開設一進油孔與該油穴連通，該油穴側壁開設二過油孔彼此相對，該各第一節流器分設於該各過油孔內，該各過油孔並向該分流塊底緣彎延開通，該架板貫穿二出油孔分別與該各過油孔連通，使油液得以經由該進油孔進入該油穴，並據該第一節流器形成第一段節流，並分流進入該腔室，使分別形成於該主軸與該各軸承間的靜壓承載油膜。

本專利實際上是油靜壓砂輪主軸的一般型式，右端圓錐軸裝設砂輪，左端圓柱軸安裝驅動皮帶輪或齒輪，以雙列斜角滾珠軸承支持驅動輪。

傳統靜壓軸承將節流器與管路製作於軸承座外部，並由油路分配器將工作流體分配到各個油腔，產生油膜承載主軸，但複雜的管路除了佔用空間外，在外部分歧而增加長度的油路也會造成過多的壓力損失，影響到軸承的性能，節流器若裝置於外部，容易受到各種因素造成的損壞，且在置換節流器時需將每個節流器與管路拆開，此步驟將非常耗費時間。

本發明「一體化靜壓軸承」，其結構形式如第三圖所示，具有共同的供油入口，將節流器、油腔以及內部油路製作於軸承本體內，其中節流器可裝置薄膜節流器、毛細管或孔口節流器以及各種形式的節流器，並在節流器的外部安裝密封蓋板，可固定節流器以及防止工作流體外洩，製作油路皆於軸承本體內部，因而節省空間，簡化油路系統。

如第四圖所示一體化靜壓軸承安裝薄膜節流器時之構造，工作流體藉由外部供壓從供油入口進入靜壓軸承本體內，，並沿著內部油路進入薄膜節流器，經由薄膜調節供油壓力再流至軸承油腔內，形成油膜，其中內部油路以鑽孔方式達成，並且在鑽孔後以柱塞封閉入口，致使工作流體往預設方向行進。利用油路將四個薄膜節流器連接至供油入口後，將進節流器的入油口往供油入口前移，可以最少的鑽孔加工連接四個薄膜節流器，減少了油路長度所造成的壓力損失，並保持軸承本體的外觀。密封底蓋採內嵌式的型式製作，以螺栓鎖於軸承本體下方，沒有螺栓鎖頭的突出，使軸承本體底部平整，以利與定位平台結合。

如第五圖(a)所示一體化靜壓軸承安裝毛細管節流器時之構造，工作流體由供油入口進入軸承本體後，沿著內部油路分別輸送至各個毛細管節流器內，經由毛細管調節壓力後，進入油腔，形成油膜，其中毛細管以螺栓固定，且四個毛細管節流器分別鎖於不同位置，因下方油腔在軸承座用時須承受較大的負載，固鎖於較靠近開口位置，擁有較其它三個毛細管節流器大的蓄油空間。

如第五圖(b)所示一體化靜壓軸承安裝孔口節流器時之構造，工作流體由供油入口進入軸承本體內，沿內部油路連接四個孔口節流器，經節流後送至油腔內形成油膜，其中孔口節流器可直接設置在軸承油腔入油口的正上方，使其鑽孔加工次數最少，且油路構造簡單化。

參考第六圖說明一體化靜壓軸承安裝薄膜、毛細管、孔口節流器之構造，並且可應用於圓柱、錐形、球形等軸承，如第六圖(a)所示安裝薄膜節流器之圓柱軸承構造，圓柱軸承僅能承受徑向的負載；如第六圖(b)所示安裝毛細管節流器之錐形軸承構造，錐形軸承因其錐角，可同時承受徑向及軸向的負載；如第六圖(c)所示安裝孔口節流器之球形軸承構造，球型軸承能同時承受徑向及軸向的負載，且同時有兩個方向的軸向承載，其球承體分成兩部份，因此設有固定螺栓孔，在組裝於主軸時將兩部分以固定螺栓結合，在軸向產生挾持主軸的作用。

參考第七圖(a)說明一體化靜壓軸承搭配薄膜節流器之構造，先在軸承本體表面製作出O型環槽以及節流台，並將密封蓋板底部製作成符合挾持薄膜尺寸之環形突起後，將密封蓋板用螺栓鎖在軸承本體上，此時O環油封與薄膜因密封蓋板上鎖而能固定位置並防止工作流體外洩；參考第七圖(b)說明一體化靜壓軸承搭配毛細管節流器之構造，於軸承本體表面鑽孔出符合毛細管節流器尺寸的孔口，使用固定螺栓將毛細管節流器鎖於洞內，再於軸承本體表面製作出O型環槽，並將O環油封放入O型環槽，以密封蓋板用螺栓鎖在軸承本體上，此時毛細管節流器位置固定且密封蓋板與O環油封密合，防止工作流體外洩；參考第七圖(c)說明一體化靜壓軸承搭配孔口節流器之構造，於軸承本體表面鑽孔並在洞口周圍製作出O型環槽，分別將孔口節流器與油封置入後，再將密封蓋板以螺栓鎖在軸承座上，緊壓油封，防止油液外洩。

參考第八圖說明，分別使用橫向定位平面、軸向定位平面及垂直向定位平面等三個定位平面將兩靜壓軸承正位，不需要在軸承本體上搪孔，只要校準三個定位平面，即可得到精密的定位。

如第九圖所示八腔靜壓軸承安裝孔口節流器之構造，其節孔口流器配置方式為上下各一個，以及左右各三個，此配置方式若出現節流器故障或損壞等問題時，下方節流器不易拆卸查看問題原因。

因此一體化靜壓軸承不將節流器置於底部，節流器以及其油路只配置在軸承頂部及兩個側邊，因此可在軸承本體安裝後再實施節流器之調校及更換，參考第十圖(a)至(d)分別說明四腔、五腔、六腔、八腔之靜壓軸承不將節流器置於底部的構造型式，以及油路配置，四腔以上的一體化靜壓軸承，其節流器配置在軸承本體的上表面，以及左右兩面上，每一個軸承表面上有複數個節流器，可在軸承本體安裝後再實施節流器之調校及更換。

本發明「一體化靜壓軸承」，其結構形式如第三圖所示，具有共同的供油入口40，將節流器30、油腔51以及內部油路製作於 軸承本體20內，其中節流器可裝置薄膜節流器、毛細管或孔口節流器以及各種形式的節流器，並在節流器30的外部安裝密封蓋板10，可固定節流器30以及防止工作流體外洩，製作油路皆於軸承本體20內部，因而節省空間，簡化油路系統。

如第四圖所示一體化靜壓軸承安裝薄膜節流器100時之構造，工作流體藉由外部供壓從供油入口40進入靜壓軸承本體20內，，並沿著內部油路進入薄膜節流器100，經由薄膜111調節供油壓力再流至軸承油腔51內，形成油膜，其中內部油路以鑽孔方式達成，並且在鑽孔後以柱塞131封閉入口，致使工作流體往預設方向行進。利用油路將四個薄膜節流器100連接至供油入口40後，將進節流器的入油口往供油入口40前移，可以最少的鑽孔加工連接四個薄膜節流器100，減少了油路長度所造成的壓力損失，並保持軸承本體20的外觀。密封底蓋11採內嵌式的型式製作，以螺栓鎖於軸承本體20下方，沒有螺栓鎖頭突出，使軸承本體20底部平整，以利與定位平台結合。

如第五圖(a)所示一體化靜壓軸承安裝毛細管節流器200時之構造，工作流體由供油入口40進入軸承本體20後，沿著內部油路分別輸送至各個毛細管節流器200內，經由毛細管200調節壓力後，進入油腔51，形成油膜，其中毛細管200以固定螺栓固定，且四個毛細管節流器分別鎖於不同位置，因下方油腔在軸承座用時須承受較大的負載，故鎖於較靠近開口位置，擁有較其它三個毛細管節流器200大的蓄油空間。

參考第五圖(b)所示一體化靜壓軸承安裝孔口節流器300時之構造，工作流體由供油入口40進入軸承本體20內，沿內部油路連接四個孔口節流器300，經節流後送至油腔51內形成油膜，其中孔口節流器300可直接設置在軸承油腔51入油口的正上方，使其鑽孔加工次數最少，且油路構造簡單化。

參考第六圖說明一體化靜壓軸承安裝薄膜、毛細管、孔口節流器之構造，並且可應用於圓柱、錐形、球形等軸承；如第六圖(a)所示安裝薄膜節流器100之圓柱軸承60構造，圓柱軸承60僅能 承受徑向的負載；如第六圖(b)所示安裝毛細管節流器200之錐形軸承70構造，錐形軸承70因其錐角，可同時承受徑向及軸向的負載；如第六圖(c)所示安裝孔口節流器之球形軸承80構造，球型軸承80能同時承受徑向及軸向的負載，且同時有兩個方向的軸向承載，其球承體分成兩部份，因此設有固定螺栓孔62，在組裝於主軸時將兩部分以固定螺栓結合，在軸向產生挾持主軸的作用。

參考第七圖(a)說明一體化靜壓軸承搭配薄膜節流器100之構造，先在軸承本體20表面製作出O型環槽以及節流台121，並將密封蓋板10底部製作成符合挾持薄膜111尺寸之環形突起後，將密封蓋板用螺栓鎖在軸承本體20上，此時O環油封141與薄膜111因密封蓋板10上鎖而能固定位置並防止工作流體外洩。

參考第七圖(b)說明一體化靜壓軸承搭配毛細管節流器200之安裝方法，於軸承本體20表面鑽孔出符合毛細管節流器200尺寸的孔口，使用固定螺栓將毛細管節流器鎖於洞內，再於軸承本體20表面製作出O型環槽，並將O環油封141放入O型環槽，以密封蓋板10用螺栓鎖在軸承本體20上，此時毛細管節流器200位置固定且密封蓋板10與O環油封141密合，防止工作流體外洩。

參考第七圖(c)說明一體化靜壓軸承搭配孔口節流器300之安裝方法，於軸承本體20表面鑽孔並在洞口周圍製作出O型環槽，分別將孔口節流器300與油封141置入後，再將密封蓋板10以螺栓鎖在軸承座20上，緊壓油封141，防止油液外洩。

參考第八圖說明分別使用橫向定位平面400、軸向定位平面500及垂直向定位平面600等三個定位平面將兩靜壓軸承正位，不需要在軸承本體20上搪孔，只要校準三個定位平面即可得到精密的定位。

參考第九圖說明軸承本體20下方有節流器30的設計配置方式，若出現節流器30故障或損壞等問題時，下方節流器30不易拆卸查看問題原因，因此一體化靜壓軸承不將節流器30置於底部的製作方式。節流器30以及其油路只配置在軸承頂部及兩個側邊，因此可在軸承本體20安裝後再實施節流器30之調校及更換。 參考第十圖(a)至(d)分別說明四腔以上的一體化靜壓軸承構造，其節流器30配置在軸承本體20之上表面以及左右兩面上，每一個軸承本體20表面上有複數個節流器。

10‧‧‧密封蓋板

11‧‧‧密封底蓋

100‧‧‧薄膜節流器

111‧‧‧薄膜

121‧‧‧節流台

131‧‧‧柱塞

141‧‧‧O環油封

20‧‧‧軸承本體

21、22‧‧‧液靜壓軸承

200‧‧‧毛細管節流器

30、31、32、33、34‧‧‧節流器

300‧‧‧孔口節流器

40‧‧‧供油入口

41‧‧‧供壓源

42‧‧‧逆止閥

43‧‧‧蓄壓器

44、45‧‧‧濾器

46‧‧‧釋壓閥

47‧‧‧蓄油箱

400‧‧‧橫向定位面

50‧‧‧軸承孔

51‧‧‧油腔

500‧‧‧軸向定位面

60‧‧‧圓柱軸承

61‧‧‧進油孔

62‧‧‧固定螺栓孔

600‧‧‧垂直向定位面

70‧‧‧錐形軸承

80‧‧‧圓型軸承

90‧‧‧軸承座

91‧‧‧旋轉軸

921、922‧‧‧軸承

931、932‧‧‧端蓋

94‧‧‧油路分配器

95‧‧‧第一節流器

96‧‧‧第二節流器

97‧‧‧腔室

98‧‧‧油腔

99‧‧‧洩油孔

第一圖 先前技術之液靜壓軸承與其毛細管整體架構圖

第二圖 先前技術之第一實施例之軸向剖視圖

第三圖 一體化靜壓軸承整體立體圖

第四圖 一體化靜壓軸承安裝薄膜節流器之構造剖視圖

第五圖(a) 一體化靜壓軸承安裝薄膜節流器之構造示意圖

第五圖(b) 一體化靜壓軸承安裝毛細管節流器之構造剖視圖

第六圖(a) 薄膜節流器與軸承本體組合立體圖

第六圖(b) 毛細管節流器與軸承本體組合立體圖

第六圖(c) 孔口節流器與軸承本體組合立體圖

第七圖(a) 薄膜節流器安裝構造圖

第七圖(b) 毛細管節流器安裝構造圖

第七圖(c) 孔口節流器安裝構造圖

第八圖 定位平面示意圖

第九圖 八腔靜壓軸承安裝孔口節流器剖視圖

第十圖(a) 四腔靜壓軸承將孔口節流器置於側邊剖視圖

第十圖(b) 五腔靜壓軸承將孔口節流器置於側邊剖視圖

第十圖(c) 六腔靜壓軸承將孔口節流器置於側邊剖視圖

第十圖(d) 八腔靜壓軸承將孔口節流器置於側邊剖視

10‧‧‧密封蓋板

11‧‧‧密封底蓋

20‧‧‧軸承本體

40‧‧‧供油入口

50‧‧‧軸承孔

51‧‧‧油腔

61‧‧‧進油孔

111‧‧‧薄膜

121‧‧‧節流台

131‧‧‧柱塞

141‧‧‧油封

Claims (4)

1. 一種「一體化靜壓軸承」，包含有軸承本體及複數個節流器，每個節流器的入口均有其單獨的油路，該油路具有共同的供油入口，節流器的出口以各自的油路連接到油腔，將該節流器的座孔、油腔以及節流器入口之前以及出口之後的內部油路均製作於軸承本體內，其中節流器的座孔可製成用來裝置薄膜節流器、毛細管、孔口節流器以及各種形式的節流器的尺寸，並在節流器座孔的外部安裝密封底蓋，可固定節流器以及防止工作流體外洩，密封底蓋以內嵌式螺栓鎖於軸承本體下方，沒有螺栓頭的突出，使軸承本體底部平整，以與定位平台結合，軸承本體可製作成為圓柱形、錐形、球形等軸承；其油路皆被製作於軸承本體內部，工作流體藉由外部供壓從供油入口進入靜壓軸承本體內，並沿著內部油路進入節流器，經由節流器調節供油壓力再流至軸承油腔內，形成油膜，其中內部油路以鑽孔方式達成，並且在鑽孔後以柱塞封閉入口，致使工作流體往預設方向行進，利用油路將複數個節流器連接至供油入口後，以鑽孔連接複數個薄膜節流器；節流器以及其油路只配置在軸承頂部及兩個側邊，不將節流器置於底部的方式，因此四腔及四以上複數個油腔的一體化靜壓軸承，安裝節流器之一體化構造，其節流器配置在軸承本體的上表面，以及左右兩面上，每一個軸承本體表面有複數個節流器；分別使用橫向定位平面、軸向定位平面及垂直向定位平面等三個定位平面將兩靜壓軸承正位，校準三個定位平面，以得到精密的定位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之「一體化靜壓軸承」，安裝薄膜節流器時之構造，先在軸承本體表面製作出O型環槽以及節流台，並將密封蓋板底部製作成符合挾持薄膜尺寸之環形突起後，將密封蓋板用螺栓鎖在軸承本體上，此O環油封與薄膜因密封蓋板上鎖而被固定位置，工作流體藉由外部供壓從供油入口進入靜 壓軸承本體內，並沿著內部油路進入薄膜節流器，經由薄膜調節供油壓力再流至軸承油腔內，形成油膜，其中內部油路以鑽孔方式達成，並且在鑽孔後以柱塞封閉入口，致使工作流體往預設方向行進，利用油路將複數個薄膜節流器連接至供油入口後，將進節流器的入油口往供油入口前移。
3. 如申請專利範圍第1項所述之「一體化靜壓軸承」，安裝毛細管節流器時之構造，於軸承本體表面鑽孔出符合毛細管節流器尺寸的孔口，使用固定螺栓將毛細管節流器鎖於洞內，再於軸承本體表面製作出O型環槽，並將O環油封放入O型環槽，以密封蓋板用螺栓鎖在軸承本體上，此時毛細管節流器位置固定且密封蓋板與O環油封密合，工作流體由供油入口進入軸承本體後，沿著內部油路分別輸送至各個毛細管節流器內，經由毛細管調節壓力後，進入油腔，形成油膜，其中毛細管以固定螺栓固定，且複數個毛細管節流器分別鎖於不同位置，因下方油腔在軸承座用時須承受較大的負載，固鎖於較靠近開口位置，擁有較其它毛細管節流器大的蓄油空間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之「一體化靜壓軸承」，安裝孔口節流器時之構造，工作流體由供油入口進入軸承本體內，沿內部油路連接複數個孔口節流器，經節流後送至油腔內形成油膜，其中孔口節流器直接設置在軸承油腔入油口的正上方，搭配孔口節流器之製作及組裝方法，於軸承本體表面鑽孔並在洞口周圍製作出O型環槽，分別將孔口節流器與油封置入後，再將密封蓋板以螺栓鎖在軸承座上，緊壓油封。