可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，包括电主轴和被测液体静压轴承，被测液体静压轴承的轴颈安装固定在电主轴的主轴转子上，电主轴的外壳上设有直线导轨，直线导轨上滑动布置有导轨滑块，导轨滑块安装在被测液体静压轴承的轴承座上，被测液体静压轴承的轴瓦布置于轴承座的内孔中且与轴承座固定连接，轴承座上设有和被测液体静压轴承的润滑通道连通的进油通道和出油通道。本发明专利技术采用高速精密的电主轴作为轴颈的高速高精度旋转基准和动力源，从而能够有效提高直径与转速的乘积DmN值，且被测液体静压轴承的轴瓦和轴颈轴芯易于更换，重复装配精度高，装配调试效率高。

A Device for Measuring Shear Characteristics and Hydrostatic Bearing Characteristics of Super High Speed Liquid Film

The invention discloses a device capable of testing the shear characteristics of ultra-high speed liquid film and the characteristics of hydrostatic bearings, including an electric spindle and a hydrostatic bearing under test. The Journal of the hydrostatic bearing under test is fixed on the spindle rotor of the spindle, the outer shell of the electric spindle is provided with a linear guide rail, the sliding block of the linear guide rail is arranged, and the sliding block of the guide rail is installed on the hydrostatic pressure under test. On the bearing seat of the bearing, the bearing bush of the tested hydrostatic bearing is arranged in the inner hole of the bearing seat and fixed with the bearing seat. The bearing seat is provided with an oil inlet channel and an oil outlet channel connected with the lubrication channel of the tested hydrostatic bearing. The invention adopts a high-speed and precise electric spindle as the high-speed and high-precision rotary reference and power source of the journal, thereby effectively improving the product DmN value of diameter and rotational speed, and the bearing bush and journal core of the tested hydrostatic bearing are easy to replace, the repetitive assembly precision is high, and the assembly and debugging efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置
本专利技术涉及超高速液体静压主轴的液体静压轴承测试设备，具体涉及一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置。
技术介绍
液体静压主轴由于具有特有的“误差均化效应”，其回转精度远高于滚动轴承式主轴；同时由于液体介质不可压缩，其承载能力和刚度远高于气体静压轴承；因此液体静压主轴在要求回转精度高、承载能力强的高速精密机床和超精密机床中获得了广泛应用。超高速液体静压主轴（直径与转速的乘积DmN≥100万mm.rpm）除了具备高精度和高刚性特点外，还具有高速度和高加工效率的特点，一直是国内外学术界和产业界竞相研发的焦点。但是传统经验和现有的液体静压轴承理论认为：液静压主轴高速旋转时液膜高速剪切会导致发热量显著增加，温升显著增大，进而热变形增大导致液膜间隙缩小，同时润滑介质粘度下降导致主轴承载力降低，很容易发生“抱轴”事故。因此液静压主轴的DmN值常被限制在30万mm∙rpm以下。测试超高速液体静压主轴（直径与转速的乘积DmN值≥100万mm.rpm）在不同的液膜剪切条件下的液体静压轴承特性参数变化规律，为研究揭示超高速液膜剪切特性及其对液体静压轴承特性的影响规律提供实验技术支撑。要改变的液膜剪切条件包括：不同的轴颈和轴瓦材料、不同液膜间隙、不同表面质量、不同润滑介质、不同的供液压力和轴颈表面线速度。要测试的液体静压轴承的特性参数包括：承载能力、液膜刚度、润滑介质的流量和温升。要研制开发DmN≥100万mm∙rpm的超高速液体静压主轴，就必须突破现有液体静压轴承理论和传统经验的局限，寻找新的实现超高速的途径。根据国内外本领域最新的研究进展，实现超高速液体静压主轴的最有希望的途径之一，是采用新的轴颈/轴瓦材料及优化的表面结构参数来改变液体静压轴承的液膜剪切特性，进而实现超高速旋转。但是采用该途径开发超高速液体静压主轴，必须突破超高速液体静压轴承液膜剪切特性和轴承特性的在线测试技术难题。只有具备了该实验技术，才能测试超高速液膜剪切条件下的液体静压轴承特性的变化规律，从而为设计超高速液体静压主轴提供实验数据和技术依据。其中，要改变的液膜剪切条件包括：不同的轴颈和轴瓦材料、不同表面质量、不同液膜间隙和结构参数、不同润滑介质、不同的供液压力和轴颈表面线速度；要测试的液体静压轴承的特性参数包括：承载能力、液膜刚度、润滑介质的流量和温升等。目前国内外尚未有直接针对超高速液体静压轴承液膜剪切特性和轴承特性的测试方法，但针对中低转速的液体静压轴承特性测试，已经有实验测试方法可选用。这些方法主要可分为两种：第1种是采用原理性的平面对置油腔实验装置进行测试。该方法存在的明显不足是：由于轴瓦呈水平布置，可横向移动的尺寸范围受到限制，该装置可实现的平面剪切速率很小，无法满足超高速液膜剪切的测试需要。第2种是采用普通电机作为动力源，采用滚动轴承支撑的主轴作为基准旋转轴，被测轴承的轴瓦及轴承座采用浮动支撑布置在滚动轴承支撑的主轴轴向某位置，通过外加载荷对浮动支撑的轴承座进行加载。其主要缺点是被测轴承座与滚动轴承主轴座是分离布置，安装基准不统一，轴瓦与主轴颈的同轴度很难精确调整，液膜间隙不容易精确保证，因为安装误差和间隙调整不当很容易导致测量结果不准确，甚至导致主轴颈与轴瓦摩擦发生刮轴或抱轴事故。此外，被测液体静压轴承的轴瓦和轴芯一旦安装好就很难更换，如果更换，重新调整装配精度的工作量很大，作业效率很低。由于现有的超高速液体静压主轴液膜剪切特性和轴承特性的测试方法不成熟，严重制约了超高速液体静压主轴的理论研究和新产品开发进度，导致超高速液体静压电主轴未能在工程领域大规模使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，本专利技术采用高速精密的电主轴作为轴颈的高速高精度旋转基准和动力源，从而能够有效提高直径与转速的乘积DmN值，且被测液体静压轴承的轴瓦和轴颈轴芯易于更换，重复装配精度高，装配调试效率高。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，包括电主轴和被测液体静压轴承，所述被测液体静压轴承的轴颈安装固定在电主轴的主轴转子上，所述电主轴的外壳上设有直线导轨，所述直线导轨上滑动布置有导轨滑块，所述导轨滑块安装在被测液体静压轴承的轴承座上，所述被测液体静压轴承的轴瓦布置于轴承座的内孔中且与轴承座固定连接，所述轴承座上设有和被测液体静压轴承的润滑通道连通的进油通道和出油通道。可选地，所述主轴转子的端部设有悬伸端，所述悬伸端设有锥台，所述锥台的根部设有端面，所述轴颈套设于悬伸端且分别与锥台的外壁面、端面保持面接触。可选地，所述轴承座的一侧设有载荷调节组件，所述载荷调节组件包括安装座和带有手柄的调节螺杆，所述调节螺杆和安装座之间螺纹配合，且所述调节螺杆的端部抵触在轴承座一侧的外壁上。可选地，所述轴瓦的外壁上设有环形槽，所述环形槽和进油通道连通，所述轴颈、轴瓦的接触面中间设有轴向封油边、且两侧均设有环形卸油槽，所述轴瓦的内部设有连通环形槽、轴向封油边的径向进油通道、以及连通环形槽、出油通道的卸油通道，所述径向进油通道中设有节流器。可选地，所述电主轴为滚动轴承式电主轴，所述主轴转子和外壳之间设有至少两个角接触陶瓷球轴承。可选地，所述主轴转子上位于角接触陶瓷球轴承区域为中空结构。可选地，所述电主轴的外壳上位于靠被测液体静压轴承一端的至少一个角接触陶瓷球轴承外侧的区域设有环形冷却通道。可选地，所述电主轴的外壳包括前轴承座，至少一个角接触陶瓷球轴承安装在前轴承座中，所述前轴承座位于角接触陶瓷球轴承处的外壁上设有凹槽，且该凹槽外部设有套管，所述凹槽和套管两者密封形成环形冷却通道，且套管上设有冷却介质连接口。可选地，所述电主轴的外壳上设有和角接触陶瓷球轴承的内滚道连通的油气润滑通道。可选地，所述外壳包括后轴承座，所述后轴承座的内孔中插设有浮动套，所述主轴转子和浮动套之间设有至少一个角接触陶瓷球轴承，所述浮动套的外壁和后轴承座的内孔内壁之间设有密封件，所述浮动套、后轴承座的端面之间设有顶压预紧弹簧。和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：1、本专利技术采用高速精密的电主轴作为轴颈的高速高精度旋转基准和动力源，从而能够使得直径与转速的乘积DmN值达到100万mm.rpm至300万mm.rpm。2、本专利技术将被测液体静压轴承的轴颈安装固定在电主轴的主轴转子上，被测液体静压轴承的轴瓦外侧的轴承座通过导轨滑块、直线导轨配合安装在电主轴的外壳上，被测液体静压轴承的轴瓦和轴颈轴芯易于更换，只要轴承外径尺寸一致（内孔尺寸及表面质量可变），就能方便地装入轴承座进行测试，很方便进行不同轴瓦材料、不同表面之间、不同结构参数的液体静压轴承高速动态特性测试，重复装配精度高，装配调试效率高。3、本专利技术将被测液体静压轴承的轴颈安装固定在电主轴的主轴转子上，被测液体静压轴承的轴瓦外侧的轴承座通过导轨滑块、直线导轨配合安装在电主轴的外壳上，被测液体静压轴承通过轴承座与电主轴外壳上的直线导轨连接，被测液体静压轴承和轴承座可以在直线导轨上自由移动，可通过该移动调整被测液体静压轴承内表面和轴颈之间的液膜间隙，由于直线滚动导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，其特征在于：包括电主轴（1）和被测液体静压轴承（20），所述被测液体静压轴承（20）的轴颈（3）安装固定在电主轴（1）的主轴转子（4）上，所述电主轴（1）的外壳（5）上设有直线导轨（7），所述直线导轨（7）上滑动布置有导轨滑块（8），所述导轨滑块（8）安装在被测液体静压轴承（20）的轴承座（9）上，所述被测液体静压轴承（20）的轴瓦（2）布置于轴承座（9）的内孔中且与轴承座（9）固定连接，所述轴承座（9）上设有和被测液体静压轴承（20）的润滑通道连通的进油通道（10）和出油通道（11）。

【技术特征摘要】
1.一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，其特征在于：包括电主轴（1）和被测液体静压轴承（20），所述被测液体静压轴承（20）的轴颈（3）安装固定在电主轴（1）的主轴转子（4）上，所述电主轴（1）的外壳（5）上设有直线导轨（7），所述直线导轨（7）上滑动布置有导轨滑块（8），所述导轨滑块（8）安装在被测液体静压轴承（20）的轴承座（9）上，所述被测液体静压轴承（20）的轴瓦（2）布置于轴承座（9）的内孔中且与轴承座（9）固定连接，所述轴承座（9）上设有和被测液体静压轴承（20）的润滑通道连通的进油通道（10）和出油通道（11）。2.根据权利要求1所述的可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，其特征在于：所述主轴转子（4）的端部设有悬伸端（12），所述悬伸端（12）设有锥台（13），所述锥台（13）的根部设有端面（14），所述轴颈（3）套设于悬伸端（12）且分别与锥台（13）的外壁面、端面（14）保持面接触。3.根据权利要求2所述的可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，其特征在于：所述轴承座（9）的一侧设有载荷调节组件（15），所述载荷调节组件（15）包括安装座（16）和带有手柄（17）的调节螺杆（18），所述调节螺杆（18）和安装座（16）之间螺纹配合，且所述调节螺杆（18）的端部抵触在轴承座（9）一侧的外壁上。4.根据权利要求1所述的可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，其特征在于：所述轴瓦（3）的外壁上设有环形槽（19），所述环形槽（19）和进油通道（10）连通，所述轴颈（3）、轴瓦（2）的接触面中间设有轴向封油边（22）、周向封油边（24）且两侧均设有环形卸油槽（21），所述轴瓦（2）的内部设有连通环形槽（19）的径向进油通道（23）、以及连通环形卸油槽（21）、出油通道（27）的卸油通道（26），所述径向进油通...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊万里，原帅，胡灿，郑良钢，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43