油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)床主軸用流體動靜壓滑動軸承，尤其是一種重載、高速、精密數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)適用的流體動靜壓滑動軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]軸承是影響機(jī)床加工精度的關(guān)鍵基礎(chǔ)件之一，其回轉(zhuǎn)精度、防振性能和動剛性的提升問題越來越受到重視。除了滾動軸承外，目前相當(dāng)數(shù)量的機(jī)床主軸系統(tǒng)采用了動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承。在靜壓滑動軸承中，供油系統(tǒng)一啟動，主軸與軸承就處于液體潤滑狀態(tài)，軸承受相對速度的影響小，速度變化適用范圍廣。由于靜壓滑動軸承是純液體潤滑，具有零件使用壽命長、起動功率小，具有良好吸振性的特點。動壓滑動軸承利用的是粘性流體流入楔形收斂間隙產(chǎn)生的壓力效應(yīng)，在從靜止、啟動到穩(wěn)定的工作過程中，當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速較低時，壓力效應(yīng)還不足以完全浮起主軸，軸頸與軸承處于邊界膜潤滑的非液體潤滑接觸狀態(tài)，軸頸沿軸承內(nèi)表面產(chǎn)生滾動，會造成摩擦接觸磨損。動靜壓滑動軸承是在動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型油膜軸承，它利用了動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承的混合效應(yīng)，得到了一定的應(yīng)用。專利號ZL200520074843.2的乳輥磨床砂輪主軸用動靜壓滑動軸承，其軸承結(jié)構(gòu)形式為三個靜壓油腔和一個動壓油腔，啟動和工作時依靠四個油腔的共同作用來承受外載荷，較好地利用了動靜壓滑動軸承的混合效應(yīng)，但這種結(jié)構(gòu)形式的動靜壓滑動軸承在主軸啟動階段會因主軸與軸承的摩擦接觸而產(chǎn)生磨損，同時在運行工況下其軸承油膜剛性受主軸轉(zhuǎn)速大小改變的影響，其大小不能隨意調(diào)節(jié)。
[0003]綜上所述，如何充分利用動靜壓滑動軸承的結(jié)構(gòu)特點和混合效應(yīng)來解決主軸啟動時主軸與動靜壓滑動軸承的摩擦接觸磨損和油膜剛性調(diào)節(jié)等問題，成了機(jī)床主軸用動靜壓滑動軸承設(shè)計迫切需要解決的難點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，使其具有在主軸啟動時不與軸承產(chǎn)生摩擦接觸而磨損，在運行過程中還能對軸承油膜剛性進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有較高的動靜壓軸承的混合效應(yīng)和均化誤差的作用，提高機(jī)床主軸系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度和使用壽命。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]—種油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，包括前靜壓油腔、上靜壓油腔、下靜壓油腔、動壓腔、三個進(jìn)油孔、三條軸向的回油槽以及供油系統(tǒng)，所述三個進(jìn)油孔分別連通前靜壓油腔、上靜壓油腔、下靜壓油腔，并連接供油系統(tǒng)，所述的上靜壓油腔與動壓腔之間開設(shè)有楔形腔，所述楔形腔的截面為阿基米德螺旋線油腔型面。
[0007]所述上靜壓油腔和下靜壓油腔相對于豎直中心線分別偏置一個遠(yuǎn)離前靜壓油腔的角度α和β，其中，角度β取8?10°，角度α取比角度β小2°。
[0008]所述三個進(jìn)油孔與供油系統(tǒng)相通的油路中分別設(shè)有電液伺服控制閥、毛細(xì)管節(jié)流器A和毛細(xì)管節(jié)流器B，分別對前靜壓油腔、上靜壓油腔和下靜壓油腔的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制;供油系統(tǒng)中還設(shè)有冷卻裝置，用于對整個主軸系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
[0009]所述楔形腔在上靜壓油腔起始處的深度取主軸與動靜壓滑動軸承的配合間隙一樣相同的數(shù)量級。
[0010]所述三個進(jìn)油孔內(nèi)所通潤滑液液體介質(zhì)為油液或水液。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:通過改變原有流體動靜壓滑動軸承的結(jié)構(gòu)，當(dāng)供油系統(tǒng)供給三個靜壓油腔油液的壓力作用下，主軸浮起位于軸承的中間而使主軸與軸承處于液體潤滑狀態(tài)，解決了主軸啟動時因主軸與動靜壓滑動軸承摩擦接觸造成的磨損問題。通過開設(shè)阿基米德螺旋線楔形腔，一方面有利于保證流體在軸承的流態(tài)保持層流狀態(tài)，減少摩擦損耗；另一方面，大大提高動靜壓軸承在運行工況下的動壓效應(yīng)，充分利用動靜壓軸承的混合效應(yīng)。此外，充分利用隨著液壓技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的響應(yīng)速度快、控制精度高的液壓元件一一電液伺服控制閥，控制油腔的壓力，有效地調(diào)節(jié)軸承的油膜剛性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，大大延長了主軸系統(tǒng)的使用壽命，提升了機(jī)床主軸系統(tǒng)的動態(tài)運行性能，可滿足機(jī)床更廣泛的需求。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承的主視圖；
[0013]圖2為圖1所示軸承的供油系統(tǒng)原理圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1，2所示，本發(fā)明的油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，包括前靜壓油腔
2、上靜壓油腔3、下靜壓油腔6、動壓腔5、三個進(jìn)油孔1、三條軸向的回油槽7、供油系統(tǒng)8、電液伺服控制閥9、信號放大器10、毛細(xì)管節(jié)流器All、毛細(xì)管節(jié)流器B12、壓力傳感器P/U、油栗電機(jī)Ml、油栗B1、安全閥Yl、單向閥Il、壓力繼電器SPl、蓄能器N1、截止閥Vl。
[0016]上靜壓油腔3和動壓腔5之間開設(shè)有楔形腔4，楔形腔4的截面為阿基米德螺旋線油腔型面，楔形腔4在上靜壓油腔3起始處的深度取主軸與動靜壓滑動軸承的配合間隙一樣相同的數(shù)量級。上靜壓油腔3和下靜壓油腔6相對于豎直中心線分別偏置一個遠(yuǎn)離前靜壓油腔2的角度α和β，角度β取8?10°，角度α取比角度β小2°。三個進(jìn)油孔I分別連通前靜壓油腔2、上靜壓油腔3、下靜壓油腔6，并連接供油系統(tǒng)8。在供油系統(tǒng)8中，與三個進(jìn)油孔I相通的油路中分別設(shè)有電液伺服控制閥9、毛細(xì)管節(jié)流器AU和毛細(xì)管節(jié)流器Β12，利用它們分別對前靜壓油腔2、上靜壓油腔3和下靜壓油腔6的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。
[0017]主軸啟動前，需先啟動供油系統(tǒng)8。首先啟動油栗電機(jī)Ml，油栗BI運轉(zhuǎn)，安全閥Yl調(diào)整壓力為5?5.5MPa，油液經(jīng)單向閥Il后經(jīng)電液伺服控制閥9、毛細(xì)管節(jié)流器All和毛細(xì)管節(jié)流器B12分別為前靜壓油腔2、上靜壓油腔3和下靜壓油腔6供油，在三個靜壓油腔油壓的作用下，使主軸浮起，脫離與軸承內(nèi)孔的接觸，使主軸處于液體潤滑狀態(tài)，避免了主軸啟動時與軸承的摩擦接觸磨損。主軸啟動后，隨著其轉(zhuǎn)速的提高，由上靜壓油腔3、楔形腔4和動壓腔5產(chǎn)生的動壓效應(yīng)逐漸增大，軸承的油膜剛性有可能變差，此時利用壓力傳感器P/U測量前腔油腔2的油膜壓力，轉(zhuǎn)化為電信號后送入PLC控制器，PLC控制器依據(jù)預(yù)先設(shè)定的軸承油膜剛性控制算法程序運算得到控制信號，經(jīng)信號放大器10放大后驅(qū)動電液伺服控制閥9，在電液伺服控制閥9作用下調(diào)整輸送給前靜壓油腔2的壓力，這樣前靜壓油腔2的壓力形成閉環(huán)反饋控制回路，以保證給定的軸承油膜剛性。在高速工況下，楔形腔4和動壓腔5將產(chǎn)生極大的動壓作用力，為了進(jìn)一步提升油膜的承載能力和油膜剛性，手動輸入改變PLC控制器中軸承油膜剛性的參數(shù)設(shè)定值，通過PLC控制器中算法程序調(diào)整電液伺服控制閥9的控制作用，達(dá)到了調(diào)節(jié)軸承油膜剛性的目的。
[0018]供油系統(tǒng)8中，壓力控制器SPl用于監(jiān)視前靜壓油腔2、上靜壓油腔3和下靜壓油腔6的供油壓力，只有當(dāng)供油壓力大于4.5MPa時，供油系統(tǒng)8才能進(jìn)入正常工作狀態(tài)，此時才可以啟動主軸運轉(zhuǎn)。此外，為了保護(hù)電機(jī)的安全運行，設(shè)置了安全閥Yl;為了充分吸收油液壓力的脈動和蓄能器的安全運行，設(shè)置了蓄能器NI和截止閥VI。供油系統(tǒng)8中還設(shè)有冷卻裝置，用于對整個主軸系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
[0019]本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)采用油腔偏置的結(jié)構(gòu)，利用進(jìn)入三個靜壓油腔的壓力油使主軸浮起位于軸承的中間，形成靜壓軸承的液體潤滑油膜，不僅起到了均化誤差的作用，還解決了主軸啟動時因與軸承摩擦接觸造成的磨損問題。利用開設(shè)阿基米德螺旋線楔形腔，在保證潤滑油液具有良好流態(tài)的同時，充分利用了動靜壓軸承的混合效應(yīng)。利用響應(yīng)速度快、控制精度高的電液伺服控制閥等元件，通過PLC控制器調(diào)節(jié)控制了軸承的油膜剛性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，延長了主軸系統(tǒng)的使用壽命，提升了機(jī)床主軸系統(tǒng)動態(tài)運行性能，可滿足機(jī)床更廣泛的需求。
【主權(quán)項】
1.一種油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，包括前靜壓油腔(2)、上靜壓油腔(3)、下靜壓油腔(6)、動壓腔(5)、三個進(jìn)油孔(1)、三條軸向的回油槽(7)以及供油系統(tǒng)(8)，所述三個進(jìn)油孔(I)分別連通前靜壓油腔(2)、上靜壓油腔(3)、下靜壓油腔(6)，并連接供油系統(tǒng)(8)，其特征在于:所述的上靜壓油腔(3)與動壓腔(5)之間開設(shè)有楔形腔(4)，所述楔形腔(4)的截面為阿基米德螺旋線油腔型面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，其特征在于:所述上靜壓油腔(3)和下靜壓油腔(6)相對于豎直中心線分別偏置一個遠(yuǎn)離前靜壓油腔(2)的角度α和β，其中，角度β取8?10°，角度α取比角度β小2°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，其特征在于:所述三個進(jìn)油孔(I)與供油系統(tǒng)(8)相通的油路中分別設(shè)有電液伺服控制閥(9)、毛細(xì)管節(jié)流器A(11)和毛細(xì)管節(jié)流器Β(12)，分別對前靜壓油腔(2)、上靜壓油腔(3)和下靜壓油腔(6)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制;供油系統(tǒng)(8)中還設(shè)有冷卻裝置，用于對整個主軸系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，其特征在于:所述楔形腔(4)在上靜壓油腔(3)起始處的深度取主軸與動靜壓滑動軸承的配合間隙一樣相同的數(shù)量級。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，其特征在于:所述三個進(jìn)油孔(I)內(nèi)所通潤滑液液體介質(zhì)為油液或水液。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種油膜剛性可調(diào)節(jié)的流體動靜壓滑動軸承，包括前靜壓油腔、上靜壓油腔、下靜壓油腔、動壓腔、三個進(jìn)油孔、三條軸向的回油槽以及供油系統(tǒng)，所述三個進(jìn)油孔分別連通前靜壓油腔、上靜壓油腔、下靜壓油腔，并連接供油系統(tǒng)，所述的上靜壓油腔與動壓腔之間開設(shè)有楔形腔，所述楔形腔的截面為阿基米德螺旋線油腔型面。本發(fā)明克服和彌補(bǔ)了其它動靜壓滑動軸承的不足，較好地解決了主軸啟動時與動靜壓軸承摩擦接觸造成的磨損問題，具有油膜剛性可調(diào)的顯著特點，有利于保證主軸系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度和延長其壽命。
【IPC分類】F16C32/06
【公開號】CN105508426
【申請?zhí)枴緾N201511009474
【發(fā)明人】杜雄, 黃海濤, 王偉榮, 王宇
【申請人】上海機(jī)床廠有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月29日