CN111822733B - 一种动静压滑动陶瓷主轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械装配技术领域，公开了一种动静压滑动陶瓷主轴装置，将轴芯对止推陶瓷轴套的非滑动摩擦面进行包容，并使第二止推液腔起到后止推轴承的作用；前径向‑止推陶瓷轴承和后径向‑止推陶瓷轴承均实现轴芯和轴瓦衬套对轴瓦、轴套的全包容，同时在设计上避免陶瓷零件形状突变；在此基础上还通过结构设计进一步对供液路径进行了优化。最终，本发明的陶瓷主轴装置能够较好的保护、支撑止推轴承，提高其抗冲击性，避免轴承边缘破损破碎；提高径向‑止推陶瓷轴承的承载能力，提高陶瓷主轴装置摩擦副寿命。

Description

一种动静压滑动陶瓷主轴装置

技术领域

本发明属于机械装配技术领域，尤其是涉及一种陶瓷主轴装置。

背景技术

数控机床正朝着超高速超精密方向发展，机床主轴作为数控机床的核心部件决定了机床的性能水平。液体动静压支承方式因其优良的高速性能、高减振性、高回转精度、高刚度和小阻尼等优点，被广泛应用于高速精密机床领域。

传统液体动静压主轴的摩擦副材料均为金属，耐磨性、高温强度、耐腐蚀性等性能均不理想，主轴高速运转时温度较高，往往会引起主轴发生热变形，影响到主轴的精度和运转稳定性。由此，出现了摩擦副材料为陶瓷材料的陶瓷主轴装置，利用陶瓷高耐磨、热膨胀系数小等特点，有效改善主轴的磨损和热变形等问题。

但是陶瓷主轴装置沿用传统液体动静压主轴的结构设计，当受到轴向力时，由于陶瓷材料的高脆性容易使得止推轴承轴套边缘破损破碎甚至轴套断裂，极大影响轴承的强度和寿命。

发明内容

本发明主要解决的是液体动静压滑动陶瓷主轴装置存在的相关技术问题，提供一种动静压滑动陶瓷主轴装置，能够较好的保护、支撑止推轴承，提高其抗冲击性，避免轴承边缘破损破碎；提高径向-止推陶瓷轴承的承载能力，提高陶瓷主轴装置摩擦副寿命。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种动静压滑动陶瓷主轴装置，包括轴芯、前径向-止推陶瓷轴承、后径向-止推陶瓷轴承；其特征在于，所述轴芯设置有前轴肩和后轴肩；所述前轴肩的端面设置有止推槽；

所述前径向-止推陶瓷轴承包括前轴瓦衬套、前径向陶瓷轴瓦、前径向陶瓷轴套、止推陶瓷轴瓦和止推陶瓷轴套；所述止推陶瓷轴套安装于所述止推槽内，使所述轴芯对所述止推陶瓷轴套非滑动摩擦面包容；所述前径向陶瓷轴套以所述止推陶瓷轴套为基准装配于所述轴芯；所述前轴瓦衬套设置有第一径向内孔和第一止推内孔；所述前径向陶瓷轴瓦安装于所述第一径向内孔；所述止推陶瓷轴瓦安装于所述第一止推内孔，且所述止推陶瓷轴瓦在相对于所述止推陶瓷轴套的滑动摩擦面设置有第一止推液腔；

所述后径向-止推陶瓷轴承包括后轴瓦衬套、后径向陶瓷轴瓦、后径向陶瓷轴套；所述后径向陶瓷轴套以所述后轴肩为基准装配在所述轴芯上；所述后轴瓦衬套设置有第二径向内孔和第二止推内孔；所述后径向陶瓷轴瓦安装于所述第二径向内孔；所述第二止推内孔与所述后轴肩之间具有环空，该环空作为第二止推液腔；所述第二止推液腔的止推面积大于所述第一止推液腔的止推面积。

进一步地，所述前轴瓦衬套外侧设置有用于安装外置节流器的第一节流器安装孔；所述前轴瓦衬套内部设置有第一供液孔和第一径向进液孔；所述第一节流器安装孔与所述第一供液孔相连通，所述第一供液孔通过所述第一径向进液孔与所述前径向陶瓷轴瓦和所述前径向陶瓷轴套之间的第一径向液腔连通；

所述前轴瓦衬套后端设置有第一泄液环；所述止推陶瓷轴瓦设置有轴向进液孔和第三泄液环，所述轴向进液孔与所述第一供液孔和所述第一止推液腔分别相连通，所述第三泄液环与所述第一泄液环相连通。

更进一步地，其特征在于，所述前轴瓦衬套前端设置有第一凸缘部，所述第一凸缘部外侧露出于壳体，并且所述第一节流器安装孔设置于第一凸缘部外侧。

进一步地，其特征在于，所述后轴瓦衬套外侧设置有用于安装外置节流器的第二节流器安装孔；所述后轴瓦衬套内部设置有第二供液孔和第二径向进液孔；所述第二节流器安装孔与所述第二供液孔相连通，所述第二供液孔通过所述第二径向进液孔与所述后径向陶瓷轴瓦和所述后径向陶瓷轴套之间的第二径向液腔连通；且所述第二供液孔与所述第二止推液腔相连通；所述后轴瓦衬套前端设置有第二泄液环。

更进一步地，其特征在于，所述后轴瓦衬套后端设置有第二凸缘部，所述第二凸缘部外侧露出于壳体，并且所述第二节流器安装孔设置于所述第二凸缘部外侧。

进一步地，所述前径向-止推陶瓷轴承还包括前径向轴套端盖、前径向轴瓦端盖；所述前径向轴套端盖在所述前径向陶瓷轴套前端装配于所述轴芯，所述前径向轴套端盖的后端面对前径向陶瓷轴套的前端面包容；所述前径向轴瓦端盖安装于所述前轴瓦衬套设置的所述前轴瓦端盖安装孔，所述前径向轴瓦端盖的后端面对所述前径向陶瓷轴瓦的前端面包容。

进一步地，所述后径向-止推陶瓷轴承包括后径向轴套端盖和后径向轴瓦端盖；所述后径向轴套端盖在所述后径向陶瓷轴套后端装配于所述轴芯，所述后径向轴套端盖的前端面对所述后径向陶瓷轴套包容；所述后径向轴瓦端盖安装于所述后轴瓦衬套的后轴瓦端盖安装孔，所述后径向轴瓦端盖的前端面对所述后径向陶瓷轴瓦的后端面包容。

进一步地，主轴装置采用水基润滑液。

进一步地，所述前径向陶瓷轴瓦、前径向陶瓷轴套、止推陶瓷轴瓦、止推陶瓷轴套、后径向陶瓷轴瓦、后径向陶瓷轴套中的至少之一，其滑动摩擦面设置有复合织构。

更进一步地，所述复合织构设置为三重复合织构，所述三重复合织构包括均匀布置在所述滑动摩擦面的凹坑组，每个所述凹坑组包括第一凹坑、第二凹坑和第三凹坑；所述第一凹坑的最大轴向尺寸为1-50微米、最大径向尺寸为2-5微米；所述第二凹坑的最大轴向尺寸为50-100微米、最大径向尺寸为5-30微米；所述第三凹坑的最大轴向尺寸100-500微米、最大径向尺寸为深度0.2-2微米。

本发明的有益效果是：

本发明提供的动静压滑动陶瓷主轴装置，通过结构设计将前径向-止推陶瓷轴承的止推陶瓷轴套安装在轴芯前轴肩的止推槽内，由于轴芯对止推陶瓷轴套的非滑动摩擦面进行了包容，在前径向-止推陶瓷轴承承受轴向力时，该包容结构起到对止推陶瓷轴套的支撑作用，保护了止推陶瓷轴套易破损破碎的边缘，更重要的是避免了传统主轴结构中止推轴承存在的悬臂梁结构，防止了陶瓷件形变的发生，极大提高了止推轴承的寿命。

本发明提供的动静压滑动陶瓷主轴装置，通过结构设计使后轴瓦衬套与后轴肩形成环空，由于该环空可通过后轴瓦衬套的供液孔进液形成第二止推液腔，起到后止推轴承的作用，且其第二止推液腔的止推面积大于第一止推液腔，产生的止推力也大于前径向-止推陶瓷轴承的止推部分，使轴芯受到良好的止推作用，并保证了前径向-止推陶瓷轴承中止推陶瓷轴瓦和止推陶瓷轴套的良好贴合，有利于前止推轴承润滑膜的形成，因此该结构避免了安装后止推轴承，简化了结构和安装。

本发明提供的动静压滑动陶瓷主轴装置，还对供液路径进行了优化。将供液路径设置在前、后轴瓦衬套内，由于前、后轴瓦衬套的制造精度比壳体的高，更加便于供液路径的加工和安装，极大避免了供液路径设置在壳体中存在的泄露等现象；同时将传统轴瓦的节流孔用可拆卸、可更换的外置节流器代替，润滑液经外置节流器到达前、后轴瓦衬套的供液孔和进液孔，最终进入径向轴瓦和止推轴瓦的液腔，形成径向承载液膜和轴向承载液膜；从而保证了油路***的畅通、安装和维修的方便，避免了传统供液路径中存在的堵塞、维修困难等问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种动静压滑动陶瓷主轴装置的整体装配示意图；

图2是图1中轴芯的正视图；

图3是图2的侧视图；

图4是图1中前轴瓦衬套的结构示意图；

图5是图1中止推陶瓷轴瓦的结构示意图；

图6是图5的侧视图；

图7是图1中后轴瓦衬套的结构示意图；

图8是图7的侧视图；

图9是前径向陶瓷轴套所三重复合织构的结构示意图。

上述图中：1、轴芯，1-1、前轴肩，1-2、后轴肩，1-3、止推槽；2、前径向轴套端盖；3、前径向轴瓦端盖；4、外置节流器；5、前轴瓦衬套，5-1、第一节流器安装孔，5-2、第一供液孔，5-3、第一径向进液孔，5-4、第一泄液环，5-5、第一止推内孔，5-6、前径向轴瓦端盖安装孔，5-7、第一径向内孔，5-8、第一前泄液孔，5-9、第一后泄液孔；6、前径向陶瓷轴瓦；7、前径向陶瓷轴套，7-1、第一凹坑，7-2、第二凹坑，7-3、第三凹坑；8、止推陶瓷轴瓦，8-1、轴向进液孔，8-2、第一止推液腔，8-3、第三泄液环；9、止推陶瓷轴套；10、壳体；11、后轴瓦衬套，11-1、第二止推内孔，11-2、第二供液孔，11-3、第二径向进液孔，11-4、第二径向内孔，11-5、后轴瓦端盖安装孔，11-6、第二节流器安装孔，11-7、第二后泄液孔，11-8、第二前泄液孔，11-9、第二泄液环；12、后径向陶瓷轴瓦；13、后径向陶瓷轴套；14、后径向轴套端盖；15、后径向轴瓦端盖；16、第二止推液腔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本实施例中提供了一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其所有轴套、轴瓦均采用陶瓷制件，由于陶瓷材料具有耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数低、热变形小等优点，使得主轴装置在高速状态下受到温升的影响小，精度高，避免了温升对主轴装置精度的影响，保证了整个***工作的可靠性。但是，相关技术中的陶瓷滑动轴承结构过于简单，不能适应主轴工作需要，且陶瓷零件易出现应力集中。本发明中主轴装置的结构设计上采用具有径向承压功能和轴向止推功能的陶瓷动静压轴承布置形式，同时采用金属对陶瓷摩擦副全包容的结构，且各陶瓷零件在设计上避免形状突变。

图1是根据本发明实施例的动静压滑动陶瓷主轴装置的整体装配示意图，如图1所示，该装置包括轴芯1，轴芯1前端安装有前径向-止推陶瓷轴承，中部安装有后径向-止推陶瓷轴承。

结合图2和图3所示，轴芯1中部设置有扩径部，该扩径部形成前轴肩1-1和后轴肩1-2，其中前轴肩1-1处设置有止推槽1-3，该止推槽1-3用于安装止推陶瓷轴套9。

前径向-止推陶瓷轴承由前径向轴套端盖2、前径向轴瓦端盖3、前轴瓦衬套5、前径向陶瓷轴瓦6、前径向陶瓷轴套7、止推陶瓷轴瓦8和止推陶瓷轴套9构成。其中，前径向轴套端盖2、前径向陶瓷轴套7、止推陶瓷轴套9固定安装于轴芯1，随轴芯1转动，为转动件；前径向轴瓦端盖3、前轴瓦衬套5、前径向陶瓷轴瓦6、止推陶瓷轴瓦8固定在壳体10上静止不动，为固定件。

止推陶瓷轴套9粘接或过盈装配在轴芯1的止推槽1-3内，止推陶瓷轴套9后端面与止推槽1-3槽面紧密贴合，厚度与止推槽1-3槽深相等，从而实现了轴芯1对止推陶瓷轴套9非滑动摩擦面的包容效果，能够使前径向-止推陶瓷轴的止推部分在承受轴向力时起到保护支撑的作用，避免了传统止推轴承轴套的悬臂梁结构带来的形变、破损破裂等问题。

前径向陶瓷轴套7以止推陶瓷轴套9的前端面为基准，粘接或过盈装配在轴芯1上，并且前径向陶瓷轴套7的前端面被前径向轴套端盖2的后端面所包容。

前径向轴套端盖2通过螺纹安装在轴芯1上，其后端面由前径向轴套端盖2安装位置所对应的轴芯1轴肩限位，并且对前径向陶瓷轴套7的前端面包容。

前轴瓦衬套5固定安装于壳体10，并由前轴肩1-1限位，同时前轴瓦衬套5与前径向陶瓷轴套7之间存在径向间隙。结合图4所示，前轴瓦衬套5包括第一径向内孔5-7和第一止推内孔5-5，第一径向内孔5-7用于安装前径向陶瓷轴瓦6，第一止推内孔5-5用于安装止推陶瓷轴瓦8。前轴瓦衬套5前端设置有前轴瓦端盖安装孔5-6，前轴瓦端盖安装孔5-6用于安装前径向轴瓦端盖3。

前径向轴瓦端盖3以前轴瓦端盖安装孔5-6的孔底面为基准粘接或过盈装配在前轴瓦端盖安装孔5-6内；并且，前径向轴瓦端盖3与前径向轴套端盖2之间存在径向间隙。

前径向陶瓷轴瓦6以第一径向内孔5-7的孔底面为基准，粘接或过盈装配在第一径向内孔5-7内，并且其前端面被前径向轴瓦端盖3的后端面所包容；并且，前径向陶瓷轴瓦6与前径向陶瓷轴套7之间构成径向间隙。与常规技术相同，前径向陶瓷轴瓦6的滑动摩擦面设置有第一径向液腔。

止推陶瓷轴瓦8以第一止推内孔5-5的孔底面为基准，粘接或过盈装配在第一止推内孔5-5内。止推陶瓷轴瓦8与前径向陶瓷轴套7之间构成径向间隙，止推陶瓷轴瓦8与止推陶瓷轴套9之间构成轴向间隙并设置有第一止推液腔8-2。具体的径向间隙和止推间隙取值应视工作条件而定，范围包括从毫米级至微米级。

至此，实现了前轴瓦衬套5、前径向轴瓦端盖3、前径向轴套端盖2和轴芯1对前径向陶瓷轴瓦6、前径向陶瓷轴套7、止推陶瓷轴瓦8和止推陶瓷轴套9的全包容。具体地，陶瓷材料制成的前径向陶瓷轴套7、止推陶瓷轴套9共同构成陶瓷轴套，前径向陶瓷轴瓦6、止推陶瓷轴瓦8共同构成陶瓷轴瓦，陶瓷轴套和陶瓷轴瓦构成前径向-止推轴承的陶瓷摩擦副。除陶瓷滑动摩擦副涉及的接触面以外，前径向陶瓷轴套7、前径向陶瓷轴瓦6、止推陶瓷轴套9、止推陶瓷轴瓦8的其他表面由金属材料制成的前径向轴瓦端盖3、前径向轴套端盖2、前轴瓦衬套5、轴芯1分别进行包容，从而形全包容结构，有效改善了陶瓷轴承的受力情况，改善了主轴上陶瓷零件的应力集中现象，弥补了陶瓷零件拉伸强度差、脆性大等材料缺陷，大大提高了主轴使用的安全性和可靠性。

前轴瓦衬套5前端设置有凸缘部，该凸缘部的外径大于壳体10的外径，即该凸缘部外侧露出于壳体10。前轴瓦衬套5前端凸缘部用于与壳体10定位，并且凸缘部的外回转面设置有第一节流器安装孔5-1，第一节流器安装孔5-1用于安装外置节流器4。外置节流器4可以根据工况更换其类型，可以是毛细管节流器、小孔式节流器或者多孔质节流器等。

前轴瓦衬套5内部设置有第一供液孔5-2和第一径向进液孔5-3。第一供液孔5-2与第一节流器安装孔5-1相连通，并且第一供液孔5-2分别与第一径向进液孔5-3和第一止推内孔5-5相连通。第一径向进液孔5-3与第一径向内孔5-7相连通，由此前径向陶瓷轴瓦6装配在第一径向内孔5-7内之后，第一径向进液孔5-3实现与前径向陶瓷轴瓦6设置的第一径向液腔相连通，第一径向液腔内的液体在前径向陶瓷轴瓦6与前径向陶瓷轴套7之间形成径向承载液膜，在径向上分隔开旋转件和支撑件，实现了液体摩擦。

前轴瓦衬套5后端设置有第一泄液环5-4，第一泄液环5-4与第一后泄液孔5-9相连通，第一后泄液孔5-9通过壳体10的泄液孔与回液管道相连通。前轴瓦衬套5前端设置有第一前泄液孔5-8，第一前泄液孔5-8一端与前径向轴瓦端盖3的泄液结构相连通，另一端连接至回液管道。

结合图5和图6所示，止推陶瓷轴瓦8设置有轴向进液孔8-1、第一止推液腔8-2和第三泄液环8-3，其中轴向进液孔8-1与第一止推液腔8-2相连通。止推陶瓷轴瓦8装配在第一止推内孔5-5内之后，轴向进液孔8-1与前轴瓦衬套5的第一供液孔5-2相连通，实现对第一止推液腔8-2的供液。第一止推液腔8-2设置于止推陶瓷轴瓦8的滑动摩擦面，即位于止推陶瓷轴瓦8与止推陶瓷轴套9之间，用于形成轴向承载液膜，在轴向分隔开旋转件和支撑件，实现了液体摩擦。第三泄液环8-3通过止推陶瓷轴瓦8与前径向陶瓷轴套7的径向间隙与前轴瓦衬套5的第一泄液环5-4连通，从而实现前径向-止推陶瓷轴的止推部分的泄液。

在前径向-止推轴承工作过程中，先将润滑液通过外置节流器4进入前轴瓦衬套5的供液孔5-2中，随后液流沿第一供液孔5-2一路经过止推陶瓷轴瓦8的轴向进液孔8-1进入到第一止推液腔8-2内，该第一止推液腔8-2内液体在止推陶瓷轴瓦8和止推陶瓷轴套9之间形成轴向承载液膜；另一路经过第一径向进液孔5-3进入前径向陶瓷轴瓦6的第一径向液腔内，该第一径向液腔内液体在前径向陶瓷轴瓦6和前径向陶瓷轴套7之间形成径向承载液膜。此供液路径相较于传统供液路径，将传统轴瓦上的节流结构用安装在前轴瓦衬套5前端外侧的外置节流器4代替，一来可以根据工况来改变节流器的形式，二来可以避免供液路径堵塞的现象发生，便于供液路径的畅通和维修。

径向承载液膜形成后，后端可以经前轴瓦衬套5和前径向陶瓷轴套7间存在的径向间隙流入第一泄液环5-4，然后经过第一后泄液孔5-9流出；前端可以经前轴套端盖2和前径向轴瓦端盖3间存在的径向间隙流入前径向轴瓦端盖3的泄液结构中，然后经过前泄液孔5-8排出。

后径向-止推陶瓷轴承包括后轴瓦衬套11、后径向陶瓷轴瓦12、后径向陶瓷轴套13、后径向轴套端盖14和后径向轴瓦端盖15。其中，后径向陶瓷轴套13、后径向轴套端盖14固定安装于轴芯1，随轴芯1转动，为转动件；后轴瓦衬套11、后径向陶瓷轴瓦12、后径向轴瓦端盖15固定在壳体8上静止不动，为固定件。

后径向陶瓷轴套13以轴芯1的后轴肩1-2为基准，粘接或过盈装配在轴芯1上。后径向轴套端盖14的前端面以其安装位置所对应的轴芯1轴肩限位，粘接或过盈装配在轴芯1上，并且径向轴套端盖14的前端面对后径向陶瓷轴套13的后端面形成包容。

结合图7和图8所示，后轴瓦衬套11包括第二止推内孔11-1和第二径向内孔11-4，第二径向内孔11-4用于安装后径向陶瓷轴瓦12。后轴瓦衬套11后端设置于后轴瓦端盖安装孔11-5，后轴瓦端盖安装孔11-5用于安装后径向轴瓦端盖15。

后径向陶瓷轴瓦12以第二径向内孔11-4的孔底面为基准，粘接或过盈装配在径向内孔11-4内；并且，后径向陶瓷轴瓦12与后径向陶瓷轴套13之间构成径向间隙。与常规技术相同，后径向陶瓷轴瓦12的滑动摩擦面设置有第二径向液腔。

后径向轴瓦端盖15固接于后轴瓦衬套11的后轴瓦端盖安装孔11-5内，并且后径向轴瓦端盖15的前端面对后径向陶瓷轴瓦12的后端面形成包容。后径向轴瓦端盖15与后径向轴套端盖14、后径向陶瓷轴套13之间均存在径向间隙。

后轴瓦衬套11后端设置有凸缘部，该凸缘部的外径大于壳体10的外径，即该凸缘部外侧露出于壳体10。后轴瓦衬套11后端凸缘部用于与壳体10定位，并且凸缘部的外回转面设置有第二节流器安装孔11-6，第二节流器安装孔11-6用于安装外置节流器4。外置节流器4可以根据工况更换其类型，可以是毛细管节流器、小孔式节流器或者多孔质节流器等。

后轴瓦衬套11内部设置有第二供液孔11-2和第二径向进液孔11-3。第二供液孔11-2与第二节流器安装孔11-6相连通，并且第二供液孔11-2分别与第二径向进液孔11-3和第二止推内孔11-1相连通。第二径向进液孔11-3与第二径向内孔11-4相连通，由此后径向陶瓷轴瓦12装配在第二径向内孔11-4内之后，第二径向进液孔11-3实现与后径向陶瓷轴瓦12设置的第二径向液腔连通，第二径向液腔内的液体在后径向陶瓷轴瓦12与后径向陶瓷轴套13之间形成径向承载液膜，在径向分割开旋转件和支撑件，实现了液体摩擦。

后轴瓦衬套11与壳体10装配后安装于轴芯1，其第二止推内孔11-1与后轴肩1-2之间存在环空而形成第二止推液腔16，第二止推液腔16可由第二供液孔11-2供液，可以产生止推力，因而起到止推轴承的作用，使得第二止推液腔16能够代替后径向-止推陶瓷轴承的止推部分，简化了主轴结构。在结构设计上，承担后径向-止推陶瓷轴承的止推部分的第二止推液腔16的止推面积大于承担前径向-止推陶瓷轴承的止推部分的第一止推液腔8-2的止推面积，因此后径向-止推陶瓷轴承所形成的止推能力更强，不仅便于前径向-止推陶瓷轴承轴向承载液膜的形成，也可有效防止润滑液泄露。

后轴瓦衬套11前端设置有第二泄液环11-9，第二泄液环11-9与第二前泄液孔11-8相连通，第二前泄液孔11-8通过壳体10的泄液孔与回液管道相连通。后轴瓦衬套11后端设置有第二后泄液孔11-7，第二后泄液孔11-7一端后径向轴瓦端盖15的泄液结构相连通，另一端连接至回液管道。

后径向-止推轴承的工作过程和前径向-止推轴承的工作过程基本类似，此处不再赘述。

作为一种优选的情况，本发明的动静压滑动陶瓷主轴装置所采用的润滑剂为水基润滑液，具有三方面效果：一是由于水基润滑液比热容较大，使得主轴装置在高速回转状态下的温升较小，避免了传统油润滑存在的温升过大导致润滑液粘度降低，从而导致主轴刚度、承载能力的降低；二是可以通过调节水基润滑液的粘度，解决水润滑主轴承载能力差的问题；三是陶瓷制摩擦副能够适应水基润滑液低粘度润滑。

作为一种优选的情况，本发明的动静压滑动陶瓷主轴装置的前径向陶瓷轴瓦6、前径向陶瓷轴套7、止推陶瓷轴瓦8、止推陶瓷轴套9、后径向陶瓷轴瓦12、后径向陶瓷轴套13中的至少之一，其滑动摩擦面可以设置有复合织构，以对轴承滑动摩擦面纹理分布进行优化，提升了轴承的耐摩擦性，降低了摩擦系数和噪声并具有良好的承载能力。

作为一种可选的方式，复合织构具体可以为三重复合织构。如图9所示，以前径向陶瓷轴套7为例进行说明，前径向陶瓷轴套7的滑动摩擦面上设置有三重复合织构，该三重复合织构包括均匀布置在滑动面上的凹坑组，每个凹坑组包括第一凹坑7-1、第二凹坑7-2和第三凹坑7-3。其中，第一凹坑7-1的最大轴向尺寸为1-50微米、最大径向尺寸为2-5微米；第二凹坑7-2的最大轴向尺寸为50-100微米、最大径向尺寸为5-30微米；第三凹坑7-3的最大轴向尺寸100-500微米、最大径向尺寸为深度0.2-2微米。一般地，第一凹坑7-1、第二凹坑7-2和第三凹坑7-3在滑动面的占比范围为1-30％。每个凹坑组内的第一凹坑7-1、第二凹坑7-2和第三凹坑7-3可以依次在轴向上等间距沿直线排列，也按照三角形端点位置排列。另外，第一凹坑7-1、第二凹坑7-2和第三凹坑7-3的径向截面可以为矩形、半圆形、三角形、倒梯形中的任意一种；轴向截面为圆形、椭圆形、半圆形、多边形中的任意一种。

需要特别指出的是，用于制造以上所有陶瓷零件的陶瓷材料，主要包括采用各种制备方法形成氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷两类。其中氧化物陶瓷轴承主要包括氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)等材料，非氧化物陶瓷主要包括碳化硅(SiC)和氮化硅(Si₃N₄)等材料。并且需注意，各陶瓷零件可以分别采用不同的陶瓷材料制作，不同材料的陶瓷轴承摩擦副的性能各有偏重。用于制造以上所有金属零件的金属材料，具体地可以是碳素结构钢、合金结构钢、钛合金等各种金属材料。

从以上的描述中可以看出，本发明的上述实施例提供了更加适用于动静压滑动陶瓷主轴装置的结构设计，避免了止推轴承悬臂梁所产生的弊端；能够有效支撑和保护止推轴承，提高其抗冲击性。在此基础上还提供了供液路径的改进设计，使得供液路径的加工和安装更加方便，还可防止供液路径的的堵塞、泄露。综上，本发明上述实施例的动静压滑动陶瓷主轴装置提高了径向-止推轴承的强度，延长了主轴摩擦副的寿命。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动静压滑动陶瓷主轴装置，包括轴芯、前径向-止推陶瓷轴承、后径向-止推陶瓷轴承；其特征在于，所述轴芯设置有前轴肩和后轴肩；所述前轴肩的端面设置有止推槽；

所述前径向-止推陶瓷轴承包括前轴瓦衬套、前径向陶瓷轴瓦、前径向陶瓷轴套、止推陶瓷轴瓦和止推陶瓷轴套；所述止推陶瓷轴套安装于所述止推槽内，使所述轴芯对所述止推陶瓷轴套非滑动摩擦面包容；所述前径向陶瓷轴套以所述止推陶瓷轴套为基准装配于所述轴芯；所述前轴瓦衬套设置有第一径向内孔和第一止推内孔；所述前径向陶瓷轴瓦安装于所述第一径向内孔；所述止推陶瓷轴瓦安装于所述第一止推内孔，且所述止推陶瓷轴瓦在相对于所述止推陶瓷轴套的滑动摩擦面设置有第一止推液腔；

所述后径向-止推陶瓷轴承包括后轴瓦衬套、后径向陶瓷轴瓦、后径向陶瓷轴套；所述后径向陶瓷轴套以所述后轴肩为基准装配在所述轴芯上；所述后轴瓦衬套设置有第二径向内孔和第二止推内孔；所述后径向陶瓷轴瓦安装于所述第二径向内孔；所述第二止推内孔与所述后轴肩之间具有环空，该环空作为第二止推液腔；所述第二止推液腔的止推面积大于所述第一止推液腔的止推面积；

所述后轴瓦衬套外侧设置有用于安装外置节流器的第二节流器安装孔；所述后轴瓦衬套内部设置有第二供液孔和第二径向进液孔；所述第二节流器安装孔与所述第二供液孔相连通，所述第二供液孔通过所述第二径向进液孔与所述后径向陶瓷轴瓦和所述后径向陶瓷轴套之间的第二径向液腔连通；且所述第二供液孔与所述第二止推液腔相连通；所述后轴瓦衬套前端设置有第二泄液环。

2.根据权利要求1所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述前轴瓦衬套外侧设置有用于安装外置节流器的第一节流器安装孔；所述前轴瓦衬套内部设置有第一供液孔和第一径向进液孔；所述第一节流器安装孔与所述第一供液孔相连通，所述第一供液孔通过所述第一径向进液孔与所述前径向陶瓷轴瓦和所述前径向陶瓷轴套之间的第一径向液腔连通；

所述前轴瓦衬套后端设置有第一泄液环；所述止推陶瓷轴瓦设置有轴向进液孔和第三泄液环，所述轴向进液孔与所述第一供液孔和所述第一止推液腔分别相连通，所述第三泄液环与所述第一泄液环相连通。

3.根据权利要求2所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述前轴瓦衬套前端设置有第一凸缘部，所述第一凸缘部外侧露出于壳体，并且所述第一节流器安装孔设置于第一凸缘部外侧。

4.根据权利要求1所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述后轴瓦衬套后端设置有第二凸缘部，所述第二凸缘部外侧露出于壳体，并且所述第二节流器安装孔设置于所述第二凸缘部外侧。

5.根据权利要求1所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述前径向-止推陶瓷轴承还包括前径向轴套端盖、前径向轴瓦端盖；所述前径向轴套端盖在所述前径向陶瓷轴套前端装配于所述轴芯，所述前径向轴套端盖的后端面对前径向陶瓷轴套的前端面包容；所述前径向轴瓦端盖安装于所述前轴瓦衬套设置的所述前轴瓦端盖安装孔，所述前径向轴瓦端盖的后端面对所述前径向陶瓷轴瓦的前端面包容。

6.根据权利要求1所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述后径向-止推陶瓷轴承包括后径向轴套端盖和后径向轴瓦端盖；所述后径向轴套端盖在所述后径向陶瓷轴套后端装配于所述轴芯，所述后径向轴套端盖的前端面对所述后径向陶瓷轴套包容；所述后径向轴瓦端盖安装于所述后轴瓦衬套的后轴瓦端盖安装孔，所述后径向轴瓦端盖的前端面对所述后径向陶瓷轴瓦的后端面包容。

7.根据权利要求1所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，主轴装置采用水基润滑液。

8.根据权利要求1所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述前径向陶瓷轴瓦、前径向陶瓷轴套、止推陶瓷轴瓦、止推陶瓷轴套、后径向陶瓷轴瓦、后径向陶瓷轴套中的至少之一，其滑动摩擦面设置有复合织构。

9.根据权利要求8所述的一种动静压滑动陶瓷主轴装置，其特征在于，所述复合织构设置为三重复合织构，所述三重复合织构包括均匀布置在所述滑动摩擦面的凹坑组，每个所述凹坑组包括第一凹坑、第二凹坑和第三凹坑；所述第一凹坑的最大轴向尺寸为1-50微米、最大径向尺寸为2-5微米；所述第二凹坑的最大轴向尺寸为50-100微米、最大径向尺寸为5-30微米；所述第三凹坑的最大轴向尺寸100-500微米、最大径向尺寸为深度0.2-2微米。

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