一种高承载的大动态卧式动静压主轴系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高承载的大动态卧式动静压主轴系统，箱体内设贯穿两端及油池的主轴孔且固定有定位套Ⅰ、Ⅱ，滚动及动静压轴承固定在主轴孔两端，滚动轴承内外侧与定位套Ⅰ及箱体上的轴承盖Ⅰ抵接；动静压轴承内外侧与定位套Ⅱ及箱体固定的轴承盖Ⅱ抵接；主轴与滚动轴承过盈配合及动静压轴承间隙配合；骨架油封Ⅰ、Ⅱ固定在轴承盖Ⅰ、Ⅱ的沉孔Ⅰ、Ⅱ内且密封唇向主轴延伸成过盈配合密封；箱体设进油孔Ⅰ与竖直油道Ⅰ及循环系统出油口连通，竖直油道Ⅰ与滚动轴承间的外隔套上油孔连通；箱体设进油孔Ⅱ并与竖直油道Ⅱ及高压供油系统连通，竖直油道Ⅱ与动静压轴承的供油槽连通，具有承载力强、速度变化范围大、可正反转、温度分布均匀的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种高承载的大动态卧式动静压主轴系统


[0001]本专利技术涉及机床主轴
，具体涉及一种承载力强、速度变化范围大、可正反转、温度分布均匀的高承载的大动态卧式动静压主轴系统。

技术介绍

[0002]随着超精密加工技术与高速机床的发展，对机床主轴的速度和精度提出了更高的要求。目前，机床主轴主要以滚动轴承、磁力轴承、动静压轴承及动压轴承等几种轴承作为支撑部件。但是，滚动轴承不仅承载能力有限，在使用一段时间后由于滚动体及滚道的疲劳磨损，使得主轴需要经常拆卸更换轴承，导致难以保证之前的精度和工作要求，特别是在超高速情况下更加恶化；磁力轴承不仅结构复杂，且技术尚不成熟、成本昂贵，还无法大规模应用；静压轴承虽然承载能力强、精度高，但液体润滑的阻尼和发热量大，所以速度、回转方向受到限制，而空气润滑虽然摩擦力很小，适合高速甚至超高速的工况条件，但气膜刚性较低，抗过载能力差，只能用于高速轻载机床主轴；单纯的动压轴承作为支撑部件，则又不可避免的在启停时候产生干磨损，影响主轴乃至整台设备的正常运行。为此，目前也有同时采用动静压轴承的技术，但大多仅能达到基本功能，而且会导致节流器布置及控制复杂，且造成刚度下降、局部应力过大，最终导致承载力不足，或者旋转方向为单向。而机床主轴一般采用前后同时配制滚动轴承、静压轴承+滚动轴承、动静压轴承+滚动轴承、前后同时采用静压轴承等几种支撑方式。
[0003]目前，动静压轴承+滚动轴承的方式，结合了动静压轴承承载能力强、精度高以及滚动轴承成本低、使用便捷的特点，目前特别适合中高速、高精度的使用要求，目前应用最为广泛；但是，为了解决滚动轴承局部应力大、易疲劳的问题，需要采用诸如浸油、喷淋等方式进行润滑和降温，而动静压轴承则需要从结构及节流器控制等方面进行改进，以克服动静压轴承的承载力不足、单向旋转及不易散热的问题。现有技术中，为了解决动静压轴承的不足，有在油槽内设置面对面的锲形槽或弧形的矩状面来实现双向转动，但由于任意方向旋转时的动压效应与单向锲形槽的效果一致，因此刚度下降、局部应力过大、承载力不足及不易散热的问题并没有能够解决。还有通过在动静压轴承内表面改变结构特征，来代替外部的节流器形成自补偿液体的动静压轴承，从而在保持静压承载能力的基础上增强动压效应，另一方面也有利于增大阻尼，从而增强自补偿液体动静压轴承的运转精度。但传统的对置油垫节流自补偿轴承需要在工作油腔对面制造节流油垫，增加了轴承尺寸而且节流油垫抵消工作油腔的油膜力；而Kane型角面节流自补偿轴承结构紧凑，但是却存在节流面上的流体扩散，影响节流后的油压。
[0004]由于现有的主轴支撑需要给滚动轴承以润滑冷却，而静压、动静压轴承则需要供给高压油液，因此如何解决油液不被外来污染及相互间不同种类的污染，显得尤为重要。目前，机床主轴一般采用O形密封圈、唇形弹性密封圈、复杂的机械密封等接触式密封结构，以及迷宫式非接触密封，但接触式密封由于动摩擦副不仅会产生热量，影响主轴的热稳定性，而且动摩擦副还会在润滑不良的情况下导致使用寿命大幅降低和引起振动，严重影响密封
的可靠性和主轴的精度，而迷宫式密封则需要形成较长的密封通道才能保证密封效果，因此也就导致主轴沿轴向布置的迷宫式密封需要占用较大的轴向空间，不仅占用的床头箱内空间较大，布置也较为困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种承载力强、速度变化范围大、可正反转、温度分布均匀的高承载的大动态卧式动静压主轴系统。
[0006]本专利技术是这样实现的：包括箱体、主轴、滚动轴承、动静压轴承，所述箱体沿长度方向的中部设置有油池，所述箱体上横置有贯穿两端及油池的主轴孔，所述主轴孔近油池的两侧分别固定设置有定位套Ⅰ、定位套Ⅱ，所述滚动轴承配对固定设置在近驱动端的主轴孔内，所述配对的滚动轴承近油池侧轴承的外圈与定位套Ⅰ抵接且远离油池侧轴承的外圈与箱体端面固定设置的轴承盖Ⅰ抵接；所述动静压轴承固定设置在近轴头端的主轴孔内，所述动静压轴承的近油池侧与定位套Ⅱ抵接且远离侧的外侧与箱体端面固定设置的轴承盖Ⅱ抵接；所述主轴一侧与滚动轴承的内圈内孔过盈配合且另一侧与动静压轴承的内孔间隙配合；还包括骨架油封Ⅰ、骨架油封Ⅱ，所述骨架油封Ⅰ固定设置于轴承盖Ⅰ内侧的沉孔Ⅰ内且密封唇Ⅰ向主轴延伸形成过盈配合密封，所述骨架油封Ⅱ固定设置于轴承盖Ⅱ内侧的沉孔Ⅱ内且密封唇Ⅱ向主轴延伸形成过盈配合密封；所述箱体近驱动端的上部设置有进油孔Ⅰ并与箱体内的竖直油道Ⅰ连通，所述竖直油道Ⅰ与滚动轴承之间的外隔套上轴向设置的油孔连通，所述定位套Ⅰ的内孔直径大于主轴的外径，所述进油孔Ⅰ与供油循环系统的出油口通过管路连通润滑滚动轴承；所述箱体近轴头端的上部设置有进油孔Ⅱ并与箱体内的竖直油道Ⅱ连通，所述竖直油道Ⅱ与动静压轴承外圆面上供油槽连通，所述进油孔Ⅱ与高压供油系统的供油口通过管路连通。
[0007]本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用传统的轴头端动静压轴承+后端滚动轴承的配置方式，不仅能够承受径向及双向轴向载荷，而且动静压轴承的承载能力强、精度高以及滚动轴承成本低、使用便捷，特别适合中高速、高精度的使用要求。
[0008]2、本专利技术在箱体中部设置油池，并在箱体上设置进油孔Ⅰ与竖直油道Ⅰ连通，并通过竖直油道Ⅰ与滚动轴承之间的外隔套上的油孔连通，使滚动轴承内的润滑油汇集在箱体内，既能便于滚动轴承润滑及散热，且通过油液在箱体内及滚动轴承内的流动，也能使滚动轴承、主轴及箱体的温度更加均衡，又能避免端面出现油液泄露；而且动静压轴承通过箱体内的竖直油道Ⅱ与上部的进油孔Ⅱ，也能使动静压轴承、主轴及箱体的温度更加均衡，从而可有效提高主轴传统系统的热稳定性，以保证机床的输出精度。
[0009]3、本专利技术在滚动轴承外侧采用骨架油封Ⅰ以及在动静压轴承外侧采用骨架油封Ⅱ，虽然接触式密封会导致发热，但其需要密封的油液都需要循环使用，因此可及时的将热量带走，故而在保证密封性能的同时还能减小对机床轴系的不良热影响，特别是根据动静压轴承油液压力较高的实际，在动静压轴承外侧还设置非接触的迷宫式密封，内侧则以动静压轴承自带密封，进一步针对性的提高了动静压轴承外侧的密封保护能力，而内侧部分
泄漏也进入骨架油封对其润滑，既提高了外侧异物进入轴承的防护能力，也能避免增加密封而导致发热增加和结构复杂，同时可换密封座的设计结构使制造及后期维护更方便快捷。
[0010]4、本专利技术的动静压轴承通过在油槽内周向间隔设置多条“V”形槽，使得启停过程中“V”形槽内的油液可形成承载油膜而避免摩擦副表面干摩擦，而油液在高速时可沿“V”形槽从深处流向浅处形成并增强油楔动压效应，且“V”形槽的结构还能保证正反转都能形成有效的油楔动压效应，启动时轴承静压工作，从而可在启动完成后高速时通过电控调整供油油液压力实现动压为主的工作状态，从而能在比较宽的转速范围内形成有效的高压润滑膜。
[0011]5、本专利技术的动静压轴承之“V”形槽同时起到静压轴承的作用，从而可降低节流器的布置及控制难度，而且单个静压油腔内设置多条“V”形槽可均化油楔动压效应时局部的压力，从而减弱由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高承载的大动态卧式动静压主轴系统，包括箱体（1）、主轴（2）、滚动轴承（3）、动静压轴承（5），其特征在于所述箱体（1）沿长度方向的中部设置有油池（1A），所述箱体（1）上横置有贯穿两端及油池（1A）的主轴孔（1B），所述主轴孔（1B）近油池（1A）的两侧分别固定设置有定位套Ⅰ（6）、定位套Ⅱ（7），所述滚动轴承（3）配对固定设置在近驱动端的主轴孔（1B）内，所述配对的滚动轴承（3）近油池（1A）侧轴承的外圈与定位套Ⅰ（6）抵接且远离油池（1A）侧轴承的外圈与箱体（1）端面固定设置的轴承盖Ⅰ（8）抵接；所述动静压轴承（5）固定设置在近轴头端的主轴孔（1B）内，所述动静压轴承（5）的近油池（1A）侧与定位套Ⅱ（7）抵接且远离侧的外侧与箱体（1）端面固定设置的轴承盖Ⅱ（9）抵接；所述主轴（2）一侧与滚动轴承（3）的内圈内孔过盈配合且另一侧与动静压轴承（5）的内孔间隙配合；还包括骨架油封Ⅰ（10）、骨架油封Ⅱ（11），所述骨架油封Ⅰ（10）固定设置于轴承盖Ⅰ（8）内侧的沉孔Ⅰ内且密封唇Ⅰ（10A）向主轴（2）延伸形成过盈配合密封，所述骨架油封Ⅱ（11）固定设置于轴承盖Ⅱ（9）内侧的沉孔Ⅱ内且密封唇Ⅱ（11A）向主轴（2）延伸形成过盈配合密封；所述箱体（1）近驱动端的上部设置有进油孔Ⅰ（1C）并与箱体（1）内的竖直油道Ⅰ（1D）连通，所述竖直油道Ⅰ（1D）与滚动轴承（3）之间的外隔套（12）上轴向设置的油孔连通，所述定位套Ⅰ（6）的内孔直径大于主轴（2）的外径，所述进油孔Ⅰ（1C）与供油循环系统的出油口通过管路连通润滑滚动轴承（3）；所述箱体（1）近轴头端的上部设置有进油孔Ⅱ（1E）并与箱体（1）内的竖直油道Ⅱ（1F）连通，所述竖直油道Ⅱ（1F）与动静压轴承（5）外圆面上供油槽连通，所述进油孔Ⅱ（1E）与高压供油系统的供油口通过管路连通。2.根据权利要求1所述高承载的大动态卧式动静压主轴系统，其特征在于所述轴承盖Ⅱ（9）的外侧设置有沉孔Ⅲ，所述沉孔Ⅲ的端面上设置有与主轴（2）同轴并向外延伸的环形唇（9A），所述主轴（2）在轴承盖Ⅱ（9）的外侧还固定设置有动环座（13），所述动环座（13）的内侧端面上设置有环形槽（13A），所述环形唇（9A）向环形槽（13A）内延伸并形成间隙密封。3.根据权利要求2所述高承载的大动态卧式动静压主轴系统，其特征在于所述动环座（13）靠外侧的外圆面上设置有大环台（13B），所述环形槽（13A）设置于大环台（13B）的内侧端面上，所述大环台（13B）的外圆面与轴承盖Ⅱ（9）的沉孔Ⅲ间隙配合和/或动环座（13）靠内侧的外圆面与轴承盖Ⅱ（9）的内孔间隙配合。4.根据权利要求3所述高承载的大动态卧式动静压主轴系统，其特征在于所述大环台（13B）的外圆面上设置有周向的容屑槽Ⅰ（13C），所述动环座（13）靠内侧的外圆面与轴承盖Ⅱ（9）的内孔间设置有周向的容屑槽Ⅱ（14）。5.根据权利要求2所述高承载的大动态卧式动静压主轴系统，其特征在于所述骨架油封Ⅰ（10）的密封唇Ⅰ（10A）与主轴（2）的外圆面过盈配合密封，或者轴承盖Ⅰ（8）内侧的主轴（2）上设置有台阶Ⅰ，所述主轴（2）的外圆上固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥福，王超，罗庆丰，朱祝生，杨甫，李效民，张又予，常启彪，张建兵，李朔斌，樊兴荣，
申请(专利权)人：云南省机械研究设计院有限公司，
类型：发明
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