一种高速阶梯动静压滑动轴承制造技术

本实用新型专利技术属于机械技术领域，具体为一种高速阶梯动静压滑动轴承。它以通常的阶梯动静压滑动轴承结构为基础，将进油槽设计成与油腔轴向的边界线平行，而与主轴轴线共同夹一个螺旋角ρ，１０°≤ρ≤１５°。这相当于把油腔沿轴线扭转一角度ρ，这样，当主轴在轴承内以一定速度旋转时，轴承油膜承载动压力出现了变化，使承载油膜完整地包裹住主轴，无极值变化，从而使主轴在轴承中的承载力达到均衡状态，旋转平稳，其转速在相当大的范围内不受限制。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属机械
，具体涉及一种高速阶梯动静压滑动轴承。技术背景磨床砂轮主轴支撑是影响磨床、磨削工件精度、光洁度、效率及稳定性的一个最主要因素。一般说磨床砂轮主轴支撑有滚动轴承和滑动轴承二大类。目前，国内外磨床主轴常规速度滑动轴承已发展到相当高水平，一般均为液体动静压混合作用型轴承。研究工作已有数十年历史，其基本指导理论是雷诺方程，在雷诺方程假设的边界条件下作计算、研究等。上述种种成果均是在砂轮线速度≤80m/s条件下进行研制的。目前磨削工艺要求朝着高速、高效、高性能方向发展。磨床砂轮采用CBN砂轮(立方氮化硼材料)，其磨削速度要求达100m/s，甚至达超音速。例如磨削汽车凸轮轴、曲轴等零件及轧钢业中超高硬材料轧辊的磨削，均需采用高速CBN砂轮。然而上述常规动静压轴承是无法满足上述要求的。国外普遍采用滚动轴承作为高速磨削砂轮主轴支撑。但滚动轴承工作有效寿命短，在磨削中需经常更换主轴轴承，这显然令人难以长久接受。图1为1963年的一项美国专利中的一种阶梯静压轴承结构图示。该轴承优点是结构简单、流量小、阻尼大，缺点是承载能力低，刚性差。图2为申请人于20世纪80年代设计的无外节流阶梯动静压轴承。以往的液体滑动轴承，不管它们之间有什么差别，它们结构中有一共同点，那就是主轴轴线与油腔轴向边界线平行。如图2所示，主轴轴线oo与油腔轴向边界线dd平行(这符合雷诺方程假设的边界条件)。主轴在轴承内旋转时，取一定的速度V，有6个δ区域恒值动压力；同样动压力起始压力角(相位角)β也为恒值，也就是说，在图2-a中A’-A’和A”-A”或任一截面切开，都得到相同的A’-A’(即图2b)。这样当主轴在轴承内以一定的V旋转一周，则轴承内油膜动压力依次有6个“0-极大值-0”周期，而当主轴V达到一定高速时，油膜动压力周期近似为油膜振荡，油膜承载力就会失效。这就是以往流体动静压轴承主轴转速受到极大限制的根本原因。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提出一种可避免油膜动压力周期振荡的阶梯动静压滑动轴承，以进一步提高主轴转速。本专利技术提出的阶梯动静压滑动轴承，以通常的阶梯动静压滑动轴承的结构为基础，区别之处在于，本技术中的进油槽与油腔轴向的边界线平行，但与主轴轴线共同夹一个螺旋角ρ，10°≤ρ≤15°，相当于把油腔沿轴线扭转一角度。其结构如图3所示。这样，当主轴在轴承内以一定速度V旋转时，轴承油膜承载动压力出现了新情况当主轴轴线从O’O’转到OO时，首先轴承油腔1部分在逐渐收敛；同时油腔2部分逐渐进入收敛。也就是说，图3(b)中动压力区域夹角δ为恒值，而动压相位角β却是横截面的函数。就整个轴承来说，从M点到N点任意切一截面，都会得到不同的图3(b)。在这里，对于某一截面，油膜承载力有“0-极大值-0”的瞬时周期，但就整个轴承来说，承载油膜将会完整的“包裹住”主轴，无极值变化。这样，显然主轴在轴承中所受承载力是均衡的，主轴旋转将是极其平稳的。由于承载油膜无极值变化更无极值区域，使得主轴运行速度在相当大范围内不受任何限制(当然最后也还是会受到限制的，但这个限制速度已远运超出目前我们所需速度范围)。本技术设计的高速阶梯动静压轴承与以往常规速度阶梯动静压轴承相比较，有如下特点1、轴承受力角度由于常规速度轴承有若干个动压力极值域，故轴承承截力受此限制，轴承将受某些方向承截力大而某些方向承截力小。而本高速轴承其油膜是包裹住主轴，无受力方向性限制。2、油腔油膜动压力峰值在相同主轴运行速度下，本轴承动压力峰值小，而常规速度轴承动压力峰值大，意味着常规速度轴承在受力角度调整得当，那么承截力将比本轴承大，但一般情况下本轴承高速主轴运行速度远大于常规速度轴承，故油膜动压承截力实际上还是远大于常规速度轴承。附图说明图1为1963年美国专利中一种阶梯静压轴承结构图示。其中，图1(a)为结构外形图，图1(b)为轴承动压原理图示，其内流从高压区流向低压区。图2为申请人于20世纪80年代设计并推广使用的无外节流阶梯动静压轴承结构图示。其中，图2(a)为结构外形图示，图2(b)为阶梯动压原理图示，图2(c)为结构的压力分布图示。图3为本技术轴承的结构图示，其中，图3(a)为结构外形图示，图3(b)为阶梯动压原理图示，其中仅画出一腔，轴未画出。图4为本轴承的一个应用实例结构图示。图中标号1、2、3为油腔，4为进油槽，5为封油面，6为壳体，7为前轴承，8为主轴，9为后轴承，ρ为进油槽4与主轴轴线的夹角，δ为瞬时承载力油膜的夹角，β为两个相邻油腔承载力油膜的夹角，Ps为油腔压力，V为主轴转速， 为动压力区(只画出一腔)。具体实施方式本技术技术已成功应用于汽车凸轮轴的高速磨削试验中。所采用的结构如图4所示，这里前后轴承采用一对内锥的本L阶梯动静压滑动轴承。具体尺寸前后轴承为Φ120；内锥度为1∶15，轴承间隙为0.070mm。进油槽有4条，每条进油槽宽度为3-5mm，深度为2-3mm，进油槽与主轴夹角分别设计为10°、12°、15°等。本试验系统为磨削速度为350m/s(达超音速)。CBN砂轮直径Φ500mm，主轴转速为13200转/分，主轴大端线速度84m/s，主轴小端线速度77m/s，这里主轴速度较高，故系统无密封图，而采用螺纹密封。另外整个轴承系统因其精度要求极高，故系统没有一颗螺丝，以确保系统精度。动力供给采用电主轴结构。本试验供油系统采用15000卡制冷，10#主轴油，压力为300pa。试磨后，试件精度、光洁度均比原滚动支撑系统磨削时高。其工作噪音也大大低于原磨削。权利要求1.一种阶梯动静压滑动轴承，其特征在于轴承的进油槽与油腔轴向的边界线平行，与主轴轴线共同夹一个螺旋角ρ，10°≤ρ≤15°。2.根据权利要求1所述的阶梯动静压滑动轴承，其特征在于所述进油槽宽度3-5mm，深度2-3mm。专利摘要本技术属于机械
，具体为一种高速阶梯动静压滑动轴承。它以通常的阶梯动静压滑动轴承结构为基础，将进油槽设计成与油腔轴向的边界线平行，而与主轴轴线共同夹一个螺旋角ρ，10°≤ρ≤15°。这相当于把油腔沿轴线扭转一角度ρ，这样，当主轴在轴承内以一定速度旋转时，轴承油膜承载动压力出现了变化，使承载油膜完整地包裹住主轴，无极值变化，从而使主轴在轴承中的承载力达到均衡状态，旋转平稳，其转速在相当大的范围内不受限制。文档编号F16C17/02GK2839723SQ200520045409公开日2006年11月22日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日专利技术者王国良 申请人:上海华承机床有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阶梯动静压滑动轴承，其特征在于轴承的进油槽与油腔轴向的边界线平行，与主轴轴线共同夹一个螺旋角ρ，１０°≤ρ≤１５°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国良，
申请(专利权)人：上海华承机床有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]