CN113124054A - 基于外环共面吸载的气浮止推轴承 - Google Patents

基于外环共面吸载的气浮止推轴承 Download PDF

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Abstract

基于外环共面吸载的气浮止推轴承属于气体轴承与气体润滑技术领域。该装置采用了密珠吸载结构，当载荷增大时，调节预紧螺钉和密珠高度调整器，使钢球全部处在压紧状态，此时气浮轴的内环由节流器提供支撑力，气浮轴的外环由吸载装置提供支撑力，且轴向的节流器与吸载装置的工作面均为气浮轴的下表面，最终形成气浮支撑与密珠支撑的共面支撑效果。本发明将密珠轴系与气浮轴承技术相结合，利用气浮轴承提高回转精度，同时利用密珠轴系提高轴向承载，并提出一种基于外环共面吸载的气浮止推轴承，达到了兼顾轴承精度和承载的目的。

Description

基于外环共面吸载的气浮止推轴承
技术领域
本发明涉及一种气浮止推轴承，特别涉及一种基于外环共面吸载的气浮止推轴承。
背景技术
静压气浮轴承因其长寿命、高精度、低功耗、阻尼特性好、速度范围宽和便于加工等显著优点,在精密及超精密工程、微细工程、空间技术、航空航天医疗器械以及核能工程等领域有着重要应用。为此,众多学者对其进行了不辍研究,以期实现轴承性能的优化与提高。
专利CN200810209792.8“一种多孔质气体静压止推轴承”、专利CN201810910337.4“一种真空吸附型多孔质气体静压止推轴承”中均描述了以多孔质为材料的气浮轴承，在一定程度上提高了轴承的承载特性，但没有解决多孔质材料本身易于堵塞的问题。而本发明详细描述了一种基于外环共面吸载的气浮止推轴承，从增加吸载结构的角度设计新型的止推轴承，避免了多孔质材料本身易于堵塞导致承载性能下降的问题。
专利CN 201620829583.3“一种真空吸载板模组”提出了一种基于真空吸附技术的支撑装置，将柔性电路板防放置于吸气架上，特别设计的锯齿结构配合限位销的结构，使得柔性线路板贴合与上盖上，加工时保证线路板平整，提高成品率。该项技术主要针对易变形的“薄板”类负载的支撑装置，不能实现提高精度和增大负载的目的。
专利CN201821164581.2“振动式球体吸载装置”采用了真空吸力吸取贮球池内锡球的方法，使球池盒周遭空气会由进气通道经透气孔被抽入贮球池内，而产生由透气孔往上模座方向吹送的纵向气流，另外借由纵向气流将锡球往上模座方向吹送，可进一步提高上模座吸附锡球效率。该项技术采用真空负压技术，来抵消重力，在一定程度上起到了增大负载的作用，但该技术不适用于具有回转精度要求的轴承结构。
现有的气浮轴承技术精度高但往往承载性能不佳，而密珠轴系的精度低但具有优异的承载性能。因此，本发明将密珠轴系与气浮轴承技术相结合，利用气浮轴承提高回转精度，同时利用密珠轴系提高轴向承载，并提出一种基于外环共面吸载的气浮止推轴承，达到了兼顾轴承精度和承载的目的。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的气浮轴承技术精度高但往往承载性能不佳的问题，将密珠轴系与气浮轴承技术相结合，利用气浮轴承提高回转精度，同时利用密珠轴系提高轴向承载，达到了兼顾轴承精度和承载的目的。
上述目的通过以下的技术方案实现：
基于外环共面吸载的气浮止推轴承，包括气浮轴、气浮套、止推板和吸载装置，其中气浮轴呈T型，气浮轴气浮轴与止推板安装在气浮套的两侧，且与气浮套间隙配合，气浮套上安装有若干个节流器，节流器的安装方向既有径向，也有轴向；吸载装置沿周向安装在气浮套上，且分布在轴向节流器的外侧；吸载装置的具体结构如下：
吸载装置包括保持架、钢球、密珠高度调整器、安装环、预紧螺钉、撞针和传感器，气浮套的外沿加工有安装环：安装环上开设有调整孔，预紧螺钉安装在调整孔内，传感器沿周向安装在气浮套上；保持架上加工有台阶，并开设有孔位，保持架通过台阶和安装环固定在气浮套上，钢球和撞针安装在保持架的孔位中，钢球的下方安装有密珠高度调整器，密珠高度调整器通过预紧螺钉进行位置调整，撞针的一侧安装有钢球，另一侧安装有传感器，传感器的读数端处在保持架的孔位之中。
所述的基于外环共面吸载的气浮止推轴承的气浮轴始终处在工作状态，而吸载装置仅在载荷增大的情况下才工作，且需要进行调节，过程如下：空载时，通过调整预紧螺钉驱动密珠高度调整器，使钢球不产生对气浮轴的支撑力或不与气浮轴发生接触，此时吸载装置不工作，气浮轴的轴向和径向支撑力完全由节流器提供；载荷增大时，气浮轴压紧钢球，气浮轴旋转时会带动钢球在保持架内移动，钢球运动触发撞针，便可通过传感器监测出钢球是否被压紧，通过调节对应的密珠高度调整器和预紧螺钉，使全部的钢球同时处在压紧或未压紧状态；当载荷增大到某一值时，调节预紧螺钉和密珠高度调整器，使钢球全部处在压紧状态，此时气浮轴的内环由节流器提供支撑力，气浮轴的外环由吸载装置提供支撑力，且轴向的节流器与吸载装置的工作面均为气浮轴的下表面。
基于外环共面吸载的气浮止推轴承的安装环和台阶沿周向都是非连续的，且交错分布，为密珠高度调整器和传感器留有安装空间。
本发明采用上述结构，具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置将密珠轴系与气浮轴承技术相结合，利用气浮轴承提高回转精度，同时利用密珠轴系提高轴向承载，达到了兼顾轴承精度和承载的目的。
2、本发明装置解决了气浮主轴承载力普遍较低的问题，提出相应了密珠吸载结构。当载荷增大时，调节预紧螺钉和密珠高度调整器，使钢球全部处在压紧状态，此时气浮轴的内环由节流器提供支撑力，气浮轴的外环由吸载装置提供支撑力，且轴向的节流器与吸载装置的工作面均为气浮轴的下表面，最终形成气浮支撑与密珠支撑的共面支撑效果。
3、本发明装置旨在不降低气浮止推轴承精度的前提下，提升其承载特性。在轴承止推方向的外环采用密珠支撑，必定提高承载性能，但存在降低轴承精度的风险。为此，密珠高度调整器、传感器和撞针等一系列结构可以调整通过密珠，匀化外环密珠的吸载效果，避免受力不均匀导致的摩擦力增大问题，提高了轴承的精度和稳定可靠性。
附图说明
图1为基于外环共面吸载的气浮止推轴承的三维剖视图；
图2为基于外环共面吸载的气浮止推轴承的局部剖面图；
图3为气浮套；
图4为保持架；
图5为吸载装置的局部俯视图；
图中：1、气浮轴；2、气浮套；3、止推板；4、吸载装置；5、节流器；6、保持架；7、钢球；8、密珠高度调整器；9、安装环；10、预紧螺钉；11、调整孔；12、撞针；13、传感器；14、台阶。
具体实施方式
为使本发明的技术手段、创作特征、达成目标与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1，基于外环共面吸载的气浮止推轴承，包括气浮轴1、气浮套2、止推板3和吸载装置4，其中气浮轴1呈T型，气浮轴气浮轴1与止推板3安装在气浮套2的两侧，且与气浮套2间隙配合。
参照图2，气浮套2上安装有若干个节流器5，节流器5的安装方向既有径向，也有轴向；吸载装置4沿周向安装在气浮套2上，且分布在轴向的节流器5的外侧；吸载装置4的具体结构如下：吸载装置4包括保持架6、钢球7、密珠高度调整器8、安装环9、预紧螺钉10、撞针12和传感器13。
参照图3，气浮套2的外沿加工有安装环9，安装环9上开设有调整孔11，预紧螺钉10安装在调整孔11内，传感器13沿周向安装在气浮套2上；
参照图4，保持架6上加工有台阶14，并开设有孔位15，保持架6通过台阶14和安装环9固定在气浮套2上。
参照图5，钢球7和撞针12安装在保持架6的孔位15中，钢球7的下方安装有密珠高度调整器8，密珠高度调整器8通过预紧螺钉10进行位置调整，撞针12的一侧安装有钢球7，另一侧安装有传感器13，传感器13的读数端处在保持架6的孔位15之中。
该装置的气浮轴1始终处在工作状态，而吸载装置4仅在载荷增大的情况下才工作，且需要进行调节，过程如下:空载时，通过调整预紧螺钉10驱动密珠高度调整器8，使钢球7不产生对气浮轴1的支撑力或不与气浮轴1发生接触，此时吸载装置4不工作，气浮轴1的轴向和径向支撑力完全由节流器5提供；载荷增大时，气浮轴1压紧钢球7，气浮轴1旋转时会带动钢球7在保持架6内移动，钢球7运动触发撞针12，便可通过传感器13监测出钢球7是否被压紧，通过调节对应的密珠高度调整器8和预紧螺钉10，使全部的钢球7同时处在压紧或未压紧状态；当载荷增大到某一值时，调节预紧螺钉10和密珠高度调整器8，使钢球7全部处在压紧状态，此时气浮轴1的内环由节流器5提供支撑力，气浮轴1的外环由吸载装置4提供支撑力，且轴向节流器5与吸载装置4的工作面均为气浮轴1的下表面。
安装环9和台阶14沿周向都是非连续的，且交错分布，为密珠高度调整器8和传感器13留有安装空间。
以上显示和描述了本发明的基本原理特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附属的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于外环共面吸载的气浮止推轴承，包括气浮轴(1)、气浮套(2)、止推板(3)和吸载装置(4)，其中气浮轴(1)呈T型，气浮轴气浮轴(1)与止推板(3)安装在气浮套(2)的两侧，且与气浮套(2)间隙配合，其特征在于：气浮套(2)上安装有若干个节流器(5)，节流器(5)的安装方向既有径向，也有轴向；吸载装置(4)沿周向安装在气浮套(2)上，且分布在轴向的节流器(5)的外侧；吸载装置(4)的具体结构如下；
吸载装置(4)包括保持架(6)、钢球(7)、密珠高度调整器(8)、安装环(9)、预紧螺钉(10)、撞针(12)和传感器(13)，气浮套(2)的外沿加工有安装环(9)，安装环(9)上开设有调整孔(11)，预紧螺钉(10)安装在调整孔(11)内，传感器(13)沿周向安装在气浮套(2)上；保持架(6)上加工有台阶(14)，并开设有孔位(15)，保持架(6)通过台阶(14)和安装环(9)固定在气浮套(2)上，钢球(7)和撞针(12)安装在保持架(6)的孔位(15)中，钢球(7)的下方安装有密珠高度调整器(8)，密珠高度调整器(8)通过预紧螺钉(10)进行位置调整，撞针(12)的一侧安装有钢球(7)，另一侧安装有传感器(13)，传感器(13)的读数端处在保持架(6)的孔位(15)之中。
2.根据权利要求1所述的基于外环共面吸载的气浮止推轴承，其特征在于：该装置的气浮轴(1)始终处在工作状态，而吸载装置(4)仅在载荷增大的情况下才工作，且需要进行调节，过程如下；
空载时，通过调整预紧螺钉(10)驱动密珠高度调整器(8)，使钢球(7)不产生对气浮轴(1)的支撑力或不与气浮轴(1)发生接触，此时吸载装置(4)不工作，气浮轴(1)的轴向和径向支撑力完全由节流器(5)提供；载荷增大时，气浮轴(1)压紧钢球(7)，气浮轴(1)旋转时会带动钢球(7)在保持架(6)内移动，钢球(7)运动触发撞针(12)，便可通过传感器(13)监测出钢球(7)是否被压紧，通过调节对应的密珠高度调整器(8)和预紧螺钉(10)，使全部的钢球(7)同时处在压紧或未压紧状态；当载荷增大到某一值时，调节预紧螺钉(10)和密珠高度调整器(8)，使钢球(7)全部处在压紧状态，此时气浮轴(1)的内环由节流器(5)提供支撑力，气浮轴(1)的外环由吸载装置(4)提供支撑力，且轴向节流器(5)与吸载装置(4)的工作面均为气浮轴(1)的下表面。
3.根据权利要求1所述的基于外环共面吸载的气浮止推轴承，其特征在于：安装环(9)和台阶(14)沿周向都是非连续的，且交错分布，为密珠高度调整器(8)和传感器(13)留有安装空间。
所述的外圈节流器(7)和内圈节流器(8)的周围不设置多孔质环(6)，控压节流器(9)的周围设置多孔质环(6)，多孔质环(6)采用不易堵塞的高孔隙度材料。
4.根据权利要求1所述的基于多环带排气的静压气浮止推轴承，其特征在于：外圈节流器(7)、控压节流器(9)以及内圈节流器(8)的圈数之和应大于等于3。
5.根据权利要求1所述的基于多环带排气的静压气浮止推轴承，其特征在于：所述的外圈一级均压槽(10)与内圈一级均压槽(11)的槽截面形状相同，外圈一级均压槽(10)和内圈一级均压槽(11)的槽截面的宽度大于二级均压槽(12)的槽截面的宽度，外圈一级均压槽(10)与内圈一级均压槽(11)的槽截面的深度小于二级均压槽(12)的槽截面的深度。
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