CN113446315A - 一种可调的环形小孔节流器及静压支撑*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调的环形小孔节流器及静压支撑***,包括阀体、滑阀和下盖板,阀体内部具有依次连通的上腔室、光孔和下腔室,滑阀包括位于上腔室的头部、穿过光孔并伸入下腔室的油腔和位于油腔下端的第一出油孔,阀体内还设有连通外界与油腔的进油槽,下盖板上设有第二出油孔和正对第一出油孔的节流部,第二出油孔和节流部均连通下腔室,油腔中的油液通过第一出油孔流出滑阀后先后经过节流部、下腔室,最后通过第二出油孔排出,上腔室内设有与头部连接的电伸缩装置,电伸缩装置发生伸缩时,滑阀在阀体中上下移动,从而改变第一出油孔与节流部之间的距离。可根据实际工作状态对节流器的节流比进行智能动态调节,使静压支撑***获得最佳支撑性能。
Description
技术领域
本发明涉及液体静压支技术领域,特别涉及一种可调的环形小孔节流器及静压支撑***。
背景技术
液体静压支承技术因其具有近乎零摩擦、大承载力、高刚度、高阻尼等优良性能,在超精密加工机床的研制中被广泛应用。
节流器是液体静压轴承的关键元件之一,是液体静压支承***的重要部分。节流器入口与恒压液压站相通,用于将外部高压油液压力大幅降低,节流器出口处输出的低压油液进入支承油膜以获得支承面稳定的压力分布,实现优越的静动态特性。
常见的节流方式有小孔节流、毛细管节流、缝隙节流等。由于节流器本身的工作原理导致各种节流结构均有易堵塞的缺点。其中小孔节流方式相比于其他节流结构具有对温度变化不敏感、易于设计加工安装、可靠性高等优点。同时为适应工况变化,研究人员设计了多种可调节式节流器,在一定范围内对节流器的节流比进行调节实现理想的液体静压轴承支撑性能。
但经调节后节流器节流比为固定值,无法实现节流器的节流比随轴承工况进行智能动态调节的目的,对支撑性能的提升依旧有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调的环形小孔节流器及静压支撑***,可实现节流器的节流比随轴承工况进行智能动态调节的目的。
本发明提供一种可调的环形小孔节流器,包括阀体、设于所述阀体内的滑阀和与所述阀体的下端固定连接的下盖板,所述阀体内部具有从上至下依次连通的上腔室、光孔和下腔室,所述滑阀包括位于所述上腔室的头部、穿过所述光孔并伸入所述下腔室的油腔和位于所述油腔下端的第一出油孔,所述阀体内还设有连通外界与所述油腔的进油槽,所述下盖板上设有第二出油孔和正对所述第一出油孔的节流部,所述第二出油孔和节流部均与下腔室连通,所述油腔中的油液通过所述第一出油孔流出滑阀后先后经过所述节流部、下腔室,最后通过所述第二出油孔排出,所述上腔室内设有与所述头部连接的电伸缩装置,所述电伸缩装置发生伸缩时,所述滑阀在所述阀体中上下移动,从而改变所述第一出油孔与所述节流部之间的距离。
进一步地,所述电伸缩装置为压电陶瓷,所述压电陶瓷通过接线连接外界的控制器,所述控制器通过控制所述压电陶瓷的电场来控制所述压电陶瓷的形变。
进一步地,所述的节流器还包括与所述阀体固定连接的上盖板,所述上腔室中设有固定所述电伸缩装置的固定座,所述固定座固定于所述上盖板,所述上盖板上开设有供所述接线穿过的预留通孔。
进一步地,所述上盖板通过多枚螺钉与所述阀体固定连接,一调节螺钉旋入并向下穿过所述上盖板的中心与所述固定座固定连接。
进一步地,所述节流部为所述下盖板向下凹陷的节流凹槽,所述油腔的下端截面积小于所述节流凹槽的截面积。
进一步地,所述油腔上开设进油孔,所述进油槽通过连接所述进油孔而实现与所述油腔连通,所述进油槽具有多个,所述进油孔与所述进油槽一一对应设置。
进一步地,所述油腔与所述光孔之间间隙配合,且所述油腔与所述光孔之间设有多个密封元件,部分密封元件位于所述进油槽的上方,其余密封元件位于所述进油槽的下方,所述阀体与所述下盖板之间设有密封垫。
进一步地,所述进油槽的孔径与所述进油孔的孔径和所述油腔的直径均在2~5mm的区间内。
进一步地,所述节流凹槽的深度为0.1~0.5mm。
本发明还提供一种静压支撑***,包括所述的环形小孔节流器,还包括具有台阶状安装孔的基座,所述环形小孔节流器安装于所述台阶状安装孔,所述基座上具有与进油槽连通的导油管,还具有位于所述第二出油孔下方的润滑油膜,所述阀体与所述基座之间具有多个密封圈,部分密封圈位于所述进油槽的上方,其余密封圈位于所述进油槽的下方,位于进油槽的上方的密封圈水平的处于台阶状安装孔的台阶处,位于进油槽下方的密封圈竖直的处于所述阀体的外侧壁处。
本发明的技术效果:通过设置电伸缩装置且使滑阀与电伸缩装置连接,同时滑阀与节流部之间具有让位空间,从而使滑阀壳随电伸缩装置的形变而改变所述第一出油孔与所述节流部之间的距离,以此来调节节流器的节流比,实现节流器的节流比随轴承工况进行智能动态调节的目的。
附图说明
图1是本发明一种可调的环形小孔节流器的示意图;
图2是本发明一种静压支撑***的示意图;
图中:100、环形小孔节流器;
1、阀体;11、上腔室;12、光孔;13、下腔室;14、进油槽;
2、滑阀;21、头部;22、油腔;221、进油孔;222、第一出油孔;
3、电伸缩装置/压电陶瓷;31、接线;
4、上盖板;41、固定座;42、预留通孔;43、螺钉;44、调节螺钉;
5、下盖板;51、节流部/节流凹槽;52、第二出油孔;
61、密封元件;62、密封垫;63、密封圈;64、蝶形弹簧;
200、静压支撑***;
7、基座;71、台阶状安装孔;72、台阶;73、导油管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参照图1,本发明提供一种可调的环形小孔节流器100,主要由阀体1、设于阀体1内部的滑阀2和位于阀体1下端的下盖板5组成,所述滑阀2可在所述阀体1内上下移动,从而位于所述滑阀2下端的第一出油孔52与下盖板5之间的距离可调,通过调整该距离来实现对节流器100的节流比的调整,进而实现节流器100的节流比随轴承工况进行智能动态调节的目的。
具体地,所述阀体1内部具有贯穿所述阀体1上下两端的空腔,所述空腔从上至下依次为彼此连通的上腔室11、光孔12和下腔室13。所述滑阀2包括位于所述上腔室11的头部21、穿过所述光孔12并伸入所述下腔室13的油腔22和位于所述油腔22下端的第一出油孔222。所述头部21的尺寸大于所述光孔12的孔径从而所述头部21不能进入所述光孔12,所以所述头部21被所述上腔室11的底部向上支撑,在所述头部21和支撑该头部21的底部之间还设有蝶形弹簧64,所述蝶形弹簧64的形变方向为上下方向,所述头部21与所述蝶形弹簧64直接接触。所述油腔22的底部为锥形结构,所述第一出油孔222上下贯穿所述锥形结构以连通所述油腔22和所述下腔室13。所述光孔12内壁光滑,从而所述油腔22在外力的作用下可在所述光孔12内上下移动。所述油腔22与所述光孔12之间间隙配合,且所述油腔22与所述光孔12之间设有多个密封元件61。所述油腔22上开设进油孔221,部分密封元件61位于所述进油孔221的上方,其余密封元件61位于所述进油孔221的下方,通过所述密封元件61防止自所述进油孔221进入油腔22壁与光孔12之间的液压油向上进入所述上腔室11和向下进入所述下腔室13。所述阀体1与所述下盖板5之间设有密封垫62,所述密封垫62用于防止阀体1与下盖板5之间的缝隙外渗。
所述阀体1内还设有连通外界与所述油腔22的进油槽14,所述进油槽14通过连接所述进油孔221而实现与所述油腔22连通,所述进油槽14具有多个,所述进油孔221与所述进油槽14一一对应设置。且所述进油槽14的孔径与所述进油孔221的孔径和所述油腔22的直径均在2~5mm的区间内。
所述下盖板5上设有第二出油孔52和正对所述第一出油孔222的节流部51,所述第二出油孔52和节流部51均与下腔室13连通,所述油腔22中的油液通过所述第一出油孔222流出滑阀2后先后经过所述节流部51、下腔室13,最后通过所述第二出油孔52排出,所述上腔室11内设有与所述头部21连接的电伸缩装置3,所述电伸缩装置3发生伸缩时,所述滑阀2在所述阀体1中上下移动,从而改变所述第一出油孔222与所述节流部51之间的距离。优选所述节流部51为所述下盖板5向下凹陷的节流凹槽51,所述油腔22的下端截面积小于所述节流凹槽51的截面积,且所述节流凹槽51的深度为0.1~0.5mm。
所述电伸缩装置3为压电陶瓷3,所述压电陶瓷3通过接线31连接外界的控制器(未图示),所述控制器通过控制所述压电陶瓷3的电场来控制所述压电陶瓷3的形变。压电陶瓷3具有逆压电性,当压电陶瓷3加上外电场时,压电陶瓷3内部正负电荷中心发生相对位移而被极化,由此位移导致压电陶瓷3发生形变,形变量ΔL=f(E),E为控制器为压电陶瓷3提供的电场,从而通过控制器控制电场输出即可控制压电陶瓷3的微小形变量,使压电陶瓷3进行微小量的伸长或者缩短。
所述压电陶瓷3伸长时,会使所述滑阀2的头部21下移,并向下挤压所述蝶形弹簧64,所述油腔22随所述头部21的下移而下移,致使位于所述油腔22底部的第一出油孔222靠近所述节流凹槽51的槽底,即所述第一出油孔222与所述节流凹槽51的槽底之间的距离减小。所述压电陶瓷3缩短时,施加于所述蝶形弹簧64上的向下作用力减小,在所述蝶形弹簧3回弹力的作用下,所述头部21向上移动,所述油腔22随所述头部21的上移而上移,致使位于所述油腔22底部的第一出油孔222远离所述节流凹槽51的槽底,即所述第一出油孔222与所述节流凹槽51的槽底之间的距离增大。所述第一出油孔222与所述节流凹槽51的槽底之间的距离大小直接影响节流器100的流量q,通过影响流量q来影响节流器100的节流比,从而通过所述控制器可以调节所述节流器100的节流比。
具体地,本申请所述的节流比为供油压力与油腔压力的比值β,Ps为节流前压力(供油压力),Pr为节流后压力(油腔压力)。节流比发生变化的本质是油腔压力发生变化,伴随着流量发生变化,实现对承载性能的调节。更为具体地,因:
q为流量,Cd为流量系数,dr为节流孔径,h为油膜厚度,ρ为液压油密度,流量系数Cd、节流孔径dr、油膜厚度h、液压油密度ρ和节流前压力Ps为已知值或可直接测量值,故通过影响流量q来影响节流后压力Pr,通过力Pr来进一步影响β,从而影响节流器100的节流比。
所述的节流器100还包括与所述阀体1固定连接的上盖板4,所述上腔室11中设有固定所述电伸缩装置3的固定座41,所述固定座41固定于所述上盖板4,所述上盖板4上开设有供所述接线31穿过的预留通孔42。所述上盖板4通过多枚螺钉43与所述阀体1固定连接,一调节螺钉44旋入并向下穿过所述上盖板4的中心与所述固定座41固定连接。
请参照图2,本发明同时还提供一种静压支撑***200,包括所述的环形小孔节流器100,还包括具有台阶状安装孔71的基座7,所述环形小孔节流器100安装于所述台阶状安装孔71,所述基座7上具有与进油槽14连通的导油管73,还具有位于所述第二出油孔52下方的润滑油膜,所述阀体1与所述基座7之间具有多个密封圈63,部分密封圈63位于所述进油槽14的上方,其余密封圈62位于所述进油槽14的下方,位于进油槽14的上方的密封圈62水平的处于台阶状安装孔71的台阶处,位于进油槽14下方的密封圈62竖直的处于所述阀体1的外侧壁处。
外部高压油液进入基座7内部的导油管73,然后依次经过所述导油槽14、进油孔221进入所述油腔22中。由于所述阀体1与所述基座7之间具有多个密封圈62,从而高压油在从所述基座7进入所述环形小孔节流器100时,不会沿着所述环形小孔节流器100的外壁向上和向下渗透出所述基座7,且能保证整体的密封性,使内部与外部隔绝。高压油液进入所述油腔22后,通过所述第一出油孔222流入所述节流凹槽51,再从所述节流凹槽51溢出进入所述下腔室13,然后从所述下腔室13流入所述第二出油孔52,最后流向所述润滑油膜。
本发明最大的优势在于,在静压支撑***200的调试过程中无需频繁拆卸即可对节流器100的节流比进行精准调节,在工作过程中可根据实际工作状态对节流器100的节流比进行智能动态调节,使静压支撑***200获得最佳支撑性能。
在不冲突的情况下,本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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 (10)
1.一种可调的环形小孔节流器,其特征在于:包括阀体、设于所述阀体内的滑阀和与所述阀体的下端固定连接的下盖板,所述阀体内部具有从上至下依次连通的上腔室、光孔和下腔室,所述滑阀包括位于所述上腔室的头部、穿过所述光孔并伸入所述下腔室的油腔和位于所述油腔下端的第一出油孔,所述阀体内还设有连通外界与所述油腔的进油槽,所述下盖板上设有第二出油孔和正对所述第一出油孔的节流部,所述第二出油孔和节流部均与下腔室连通,所述油腔中的油液通过所述第一出油孔流出滑阀后先后经过所述节流部、下腔室,最后通过所述第二出油孔排出,所述上腔室内设有与所述头部连接的电伸缩装置,所述电伸缩装置发生伸缩时,所述滑阀在所述阀体中上下移动,从而改变所述第一出油孔与所述节流部之间的距离。
2.如权利要求1所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述电伸缩装置为压电陶瓷,所述压电陶瓷通过接线连接外界的控制器,所述控制器通过控制所述压电陶瓷的电场来控制所述压电陶瓷的形变。
3.如权利要求2所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述的节流器还包括与所述阀体固定连接的上盖板,所述上腔室中设有固定所述电伸缩装置的固定座,所述固定座固定于所述上盖板,所述上盖板上开设有供所述接线穿过的预留通孔。
4.如权利要求3所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述上盖板通过多枚螺钉与所述阀体固定连接,一调节螺钉旋入并向下穿过所述上盖板的中心与所述固定座固定连接。
5.如权利要求1所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述节流部为所述下盖板向下凹陷的节流凹槽,所述油腔的下端截面积小于所述节流凹槽的截面积。
6.如权利要求5所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述油腔上开设进油孔,所述进油槽通过连接所述进油孔而实现与所述油腔连通,所述进油槽具有多个,所述进油孔与所述进油槽一一对应设置。
7.如权利要求6所述的可调的环形小孔节流器,其特征在:所述油腔与所述光孔之间间隙配合,且所述油腔与所述光孔之间设有多个密封元件,部分密封元件位于所述进油槽的上方,其余密封元件位于所述进油槽的下方,所述阀体与所述下盖板之间设有密封垫。
8.如权利要求6所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述进油槽的孔径与所述进油孔的孔径和所述油腔的直径均在2~5mm的区间内。
9.如权利要求8所述的可调的环形小孔节流器,其特征在于:所述节流凹槽的深度为0.1~0.5mm。
10.一种静压支撑***,其特征在于:包括权利要求1至9任一项所述的环形小孔节流器,还包括具有台阶状安装孔的基座,所述环形小孔节流器安装于所述台阶状安装孔,所述基座上具有与进油槽连通的导油管,还具有位于所述第二出油孔下方的润滑油膜,所述阀体与所述基座之间具有多个密封圈,部分密封圈位于所述进油槽的上方,其余密封圈位于所述进油槽的下方,位于进油槽的上方的密封圈水平的处于台阶状安装孔的台阶处,位于进油槽下方的密封圈竖直的处于所述阀体的外侧壁处。
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