專利名稱：流體軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及流體軸承，特別是像使用于工作機器的主軸等的流體軸承。
傳統(tǒng)的技術的用來支承工作機器的主軸等的旋轉軸的徑向流體軸承，如圖20所示，在軸承面是隔著適當?shù)拈g隔且在旋轉方向并列地形成四邊形(參照圖20(A))或U字型(參照圖20(B))的靜態(tài)壓力凹槽14，而靜態(tài)壓力凹槽14以外的軸承面區(qū)域則是設計成動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15。
同樣地，推力流體軸承，如圖21所示，是形成有讓形成于砂輪軸S等的旋轉軸的中央部的凸緣的端面對向地相接著的推力軸承面，推力軸承面是保留了外周與內(nèi)周區(qū)域而在中間區(qū)域形成了同軸心的連續(xù)圓環(huán)帶狀(參照圖21(A))或不連續(xù)圓環(huán)帶狀(參照圖21(B)(C))的靜態(tài)壓力凹槽34。而且在推力軸承面，靜態(tài)壓力凹槽34以外的區(qū)域則是設計成動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35a、b、c。(凸緣部F則是以

圖17的推力軸承面的中心軸線為中心旋轉。)當靜態(tài)壓力凹槽34是不連續(xù)的圓環(huán)帶狀時，是把外周區(qū)域的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35a與內(nèi)周區(qū)域的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35b之間的靜態(tài)壓力凹槽34均等分割(在圖標的例子中是分割成四等份)，則讓靜態(tài)壓力凹槽34形成為不連續(xù)圓環(huán)帶狀，而用來分割靜態(tài)壓力凹槽34的圓周四等份的放射狀的半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35c，則是把外周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35a與內(nèi)周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35b連結在一起。
而在流體軸承中是有非分離型與分離型。在分離型中，在軸頸軸承的情況，如圖20(C)所示在鄰接的靜態(tài)壓力凹槽14、14之間在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15是形成有穿過軸方向的分離溝槽19，動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15讓每個靜態(tài)壓力凹槽都被分離開來，在推力軸承的情況，如圖21(C)所示在半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35c是形成有穿過半徑方向的分離溝槽19，半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35c則讓每個靜態(tài)壓力凹槽都被分離開來。
在非分離型中，在軸頸軸承的情況的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15或在推力軸承的情況的半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35c就沒有像分離型的分離溝槽19。(參照圖20(A)(B)、圖21(B))
而且，不管在軸頸軸承或推力軸承，都有供油孔17開口于靜態(tài)壓力凹槽14、34的底面。而供油孔是連接到像連接到外部的泵浦等的壓油供給源的磨床的砂輪主軸外殼的油供給孔等的供油通路。
在上述的流體軸承，來自于供油孔17經(jīng)過減壓調(diào)整的潤滑油會流出到靜態(tài)壓力凹槽14、34，會流滿靜態(tài)壓力凹槽14、34與旋轉軸的外周面或凸緣部的端面的空間，然后會在外側的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15、35a與旋轉軸的外周面或凸緣部的端面之間被擠壓而從兩側排出到外部。
藉此，而會有靜態(tài)壓力流體軸承的機能，而流滿靜態(tài)壓力凹槽14、34與旋轉軸的外周面或凸緣部的端面的空間的潤滑油，會存在于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15、35a與旋轉軸的外周面或凸緣部的端面之間的間隙，而在旋轉軸旋轉時，則藉由在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15、35a與旋轉軸的外周面或凸緣部的端面的間隙的被擠壓的潤滑油的楔緊作用而產(chǎn)生了動態(tài)壓力，則在流體軸承加上了動態(tài)壓力效果。
在上述的傳統(tǒng)技術的流體軸承，其中的非分離型，特別是動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部是高效率形成，而提高動態(tài)壓力效果的U字型的靜態(tài)壓力凹槽的軸頸流體軸承其剛性及衰減性都很高。
可是，一旦旋轉軸的旋轉速度達到高速，在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部就會藉由流體摩擦而在潤滑油產(chǎn)生大量的熱量。其結果，就是外側固定的軸承會被加熱而膨脹，軸承間隙會縮小，動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的潤滑油的發(fā)熱量會增大。
如此一來，就會產(chǎn)生軸承又會再熱膨脹、軸承間隙也會縮小、且潤滑油的發(fā)熱量越來越大的惡性循環(huán)。
這個動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的潤滑油的發(fā)熱情形的增大及軸承間隙的縮小的因果周期經(jīng)過一段時間，會關系到軸承性能的惡化，最后就會讓旋轉軸與軸承構件燒毀。
而為了解決非分離型的發(fā)熱問題，雖然可以做成在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部形成分離溝槽的分離型，可是分離型跟非分離型比較起來其軸承負荷能力較低，也就是其剛性較低。
而且在高速化的情形，會產(chǎn)生吸入空氣的情形，因此所造成的氣泡則會對軸承的性能造成影響。
而且當旋轉軸的旋轉速度趨向高速時，要提高動態(tài)壓力支承剛性的需求、與要抑制在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的發(fā)熱情形的需求，這兩者是互相抵觸的。
本發(fā)明其目的就是要同時達成提升上述習知技術的流體軸承的軸承剛性、及要抑制動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的發(fā)熱情形。
傳統(tǒng)的型式的流體軸承，涉及軸承間隙或潤滑油的供給排出，在初期設置的條件軸承性能就固定了。因此一定要設計出能達到最大的要求性能的流體軸承。而在最大性能的狀態(tài)使用雖然其剛性夠高，而所散發(fā)的熱量也變得很大。
而由于旋轉軸高速旋轉時的熱變形所造成的軸承間隙的變化、及伴隨軸承潤滑油的溫度變化所造成的黏性的變化，在實際上使用的狀態(tài)也常常會偏離最適當?shù)墓?jié)流比。即使可以推演出使用時的狀況來設計，而如果旋轉軸的旋轉速度或軸成的潤滑油的溫度等改變的話，還是會偏離最適當?shù)臈l件。
本發(fā)明就是要做成可以在使用時設定上述的傳統(tǒng)技術的流體軸承的軸承剛性與動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的發(fā)熱的平衡的最適當?shù)墓?jié)流比，而希望在使用條件下發(fā)揮最高性能。
本發(fā)明的流體軸承，在用來支承旋轉軸的軸承面，是在旋轉軸的滑動面的移動方向隔著適當?shù)拈g隔來排列設置復數(shù)的靜態(tài)壓力凹槽，而在靜態(tài)壓力凹槽以外的區(qū)域形成有動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部，連通到供油手段的供油孔是開口于軸承面的靜態(tài)壓力凹槽；且有一個以上的經(jīng)由可變節(jié)流器而連通到排出手段的排油孔是開口于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部。
可變節(jié)流器是因應旋轉軸的旋轉速度所調(diào)整的節(jié)流器，是根據(jù)軸承作動狀態(tài)檢測手段所檢測的檢測訊號且藉由控制手段來控制開關的可變節(jié)流閥。
軸承作動狀態(tài)檢測手段是由用來檢測出旋轉軸的旋轉速度的旋轉速度檢測手段、用來檢測出軸承內(nèi)的流體壓力的壓力感應器、用來檢測軸承面與旋轉軸的滑動面的軸承間隙的變位計、及用來測定軸承內(nèi)的流體溫度的溫度感應器所構成。
流體軸承是有供支承旋轉軸的軸承面是用來支承旋轉軸的滑動面也就是外周面的軸頸軸承面的形式的軸頸軸承的情況；供支承旋轉軸的軸承面是用來形成旋轉軸的滑動面也就是形成旋轉軸的其中一部分的端面例如是用來支承凸緣的端面的推力軸承面的形式的推力軸承的情況；或是軸頸軸承面與推力軸承面并存的形式的軸承的情況。
軸頸軸承面的靜態(tài)壓力凹槽，例如為四邊形的凹槽、或具有在軸承面朝圓周方向延伸相對向平行的腳部的U字型的凹槽、或形成有獨立于凹槽內(nèi)的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的四邊形的框形的凹槽。
軸頸軸承的構造是以形成于內(nèi)周面的內(nèi)套筒被嵌裝于軸承外殼的內(nèi)周面的兩層一體的軸承構件構成了軸頸軸承面，在軸承外殼與內(nèi)套筒的嵌合面是在圓周方向形成了供油通路，供油孔的其中一端側是經(jīng)由供油通路而連通到供油手段。
推力軸承的靜態(tài)壓力凹槽，是形成于圓環(huán)帶狀的外周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部與內(nèi)周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部之間，而藉由連結著外周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部與內(nèi)周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的復數(shù)的半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部而被分割成復數(shù)個，且有一個以上的排油孔開口于各個半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部。
在流體軸承，從外部的壓油供給源所供給的調(diào)整成適當壓力的潤滑油，會通過供油孔而流出到靜態(tài)壓力凹槽，會流滿靜態(tài)壓力凹槽，然后流到動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部與旋轉軸的外周面的間隙，從排油孔流出，會藉由可變節(jié)流器調(diào)節(jié)而排出。
藉由讓排油孔經(jīng)由節(jié)流器連通到排出手段，則可以防止空穴現(xiàn)象且可調(diào)整剛性或發(fā)熱的平衡性的調(diào)整。
流體軸承在靜態(tài)壓力凹槽會有徑向靜態(tài)壓力流體軸承的機能，在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的潤滑油，是藉由旋轉軸的旋轉的楔緊作用而產(chǎn)生了動態(tài)壓力，讓動態(tài)壓力效果施加在流體軸承。
而且節(jié)流器是可變節(jié)流器，藉由以控制手段來控制開關，來調(diào)整流體軸承內(nèi)的壓力分布，讓流體軸承的剛性與來自于排油孔的排油量的平衡性保持在最適當?shù)那樾巍?br> 圖1是本發(fā)明的實施的第一、二型態(tài)的徑向流體軸承的剖面立體圖。圖2是本發(fā)明的實施的第一、二型態(tài)的徑向流體軸承的軸承面展開圖。圖3是本發(fā)明的實施的第一、二型態(tài)的徑向流體軸承的其它形式的軸承面展開圖。圖4是本發(fā)明的實施的第一、二型態(tài)的徑向流體軸承的其它形式的軸承面展開圖。圖5是本發(fā)明的實施的第一、二型態(tài)的徑向流體軸承的作用說明圖。圖6是本發(fā)明的實施的第一型態(tài)的徑向流體軸承作動中的靜剛性曲線圖。圖7是本發(fā)明的實施的第一型態(tài)的徑向流體軸承作動中的溫度曲線圖。圖8是適用本發(fā)明的實施的第一型態(tài)的徑向流體軸承的砂輪軸的構造圖。圖9是適用本發(fā)明的實施的第二型態(tài)的徑向流體軸承的砂輪軸的構造圖。圖10是圖2的軸承面的徑向流體軸承的作用說明圖。圖11是本發(fā)明的實施的第二型態(tài)的徑向流體軸承作動中的靜剛性曲線圖。圖12是本發(fā)明的實施的第二型態(tài)的徑向流體軸承作動中的溫度曲線圖。圖13是本發(fā)明的實施的第二型態(tài)的徑向流體軸承作動的節(jié)流器與旋轉速度的關系曲線圖。圖14是本發(fā)明的實施的第二型態(tài)的徑向流體軸承作動的節(jié)流器與軸承內(nèi)溫度的關系曲線圖。圖15是本發(fā)明的實施的第二型態(tài)的徑向流體軸承的低負荷時的發(fā)熱控制曲線圖。圖16是本發(fā)明的實施的第三型態(tài)的推力流體軸承的軸承面正面圖。圖17是適用本發(fā)明的實施的第三型態(tài)的推力流體軸承的砂輪軸的構造圖。圖18是本發(fā)明的實施的第三型態(tài)的推力流體軸承作動中的靜剛性曲線圖。圖19是本發(fā)明的實施的第三型態(tài)的推力流體軸承作動中的溫度曲線圖。圖20是傳統(tǒng)技術的徑向流體軸承的軸承面展開圖。圖21是傳統(tǒng)技術的推力流體軸承的軸承面正面圖。
接下來根據(jù)圖面來說明本發(fā)明的實施型態(tài)的流體軸承。
本發(fā)明的實施型態(tài)的流體軸承，例如像圖5、圖9及圖17所示是使用磨床的砂輪軸S來作為旋轉軸。在砂輪主軸外殼C是設置有砂輪軸S、也就是可自由旋轉地支承著旋轉軸的外周面的徑向流體軸承10、20，且因應需求而并設有推力流體軸承30。而在圖5的排油系統(tǒng)的兩方，在圖9的排油系統(tǒng)的其中一方是省略了供油通路中的節(jié)流器。
首先針對本發(fā)明的第一實施型態(tài)的徑向流體軸承10來加以說明。
徑向流體軸承的軸承構件11，如圖1所示，是讓可自由旋轉地支承著像砂輪軸S等的旋轉軸的外周面的圓筒狀的內(nèi)套筒12藉由壓入、或熱壓配合等方式而被嵌裝一體化到圓筒形的軸承外殼13的內(nèi)周面而組成雙層構造，是被嵌裝在砂輪主軸外殼C。
在內(nèi)套筒12的內(nèi)周面也就是軸承面，是以適當?shù)臄?shù)目在圓周方向等間隔排列形成有如圖2所示的四邊形的靜態(tài)壓力凹槽14、或圖3所示的具有延伸于旋轉軸的外周面的旋轉方向的平行部的U字型的靜態(tài)壓力凹槽14。(旋轉軸相對于圖3的內(nèi)套筒12的圓周面是從下方朝上方旋轉。)在內(nèi)套筒12的內(nèi)周面，在圍繞著靜態(tài)壓力凹槽14的靜態(tài)壓力凹槽14以外的區(qū)域是設計成動態(tài)壓力軸支承部15。
如圖1所示，在內(nèi)套筒12的外周面，除了兩側端部是在整個圓周形成有圓周方向的凹槽，在內(nèi)套筒12被嵌裝于軸承外殼13的狀態(tài)下，凹槽形成了軸承外殼13的內(nèi)周面與供油圓周通路16，在供油圓周通路16，是連接著來自于泵浦P等的外部的壓油供給源的附有節(jié)流閥的供油管路L，例如是連接到磨床的砂輪主軸外殼C的供油孔。
與供油圓周通路16連通在一起的供油孔17是開口于靜態(tài)壓力凹槽14的中央部，在內(nèi)套筒12則貫通著分別開口于端面與動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15的排油孔18。
排油孔18的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15的開口部，是以適當?shù)臄?shù)量設置在鄰接的靜態(tài)壓力凹槽14、14之間，在圖標的例子當中，是設有一處、或在旋轉軸的軸方向隔著間隔而設有兩處。
在內(nèi)套筒12的端面的排油孔18的開口，是經(jīng)由節(jié)流器、最好是可變節(jié)流器41(例如電磁可變節(jié)流閥)而連接著排油管42，排油管42會到達到油槽43(參照圖1)。
在上述的軸承構件11，從泵浦P等的外部的壓油供給源所供給到供油圓周通路16的調(diào)整成適當壓力的潤滑油，會通過供油孔17而流出到靜態(tài)壓力凹槽14，會流滿靜態(tài)壓力凹槽14，然后流到動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15與旋轉軸的外周面的間隙也就是軸承間隙，從排油孔18流出，會藉由可變節(jié)流器41調(diào)節(jié)而經(jīng)由排油管42排出到油槽43。
藉由在排油孔設置節(jié)流器(可變節(jié)流器41)，則可以防止空穴現(xiàn)象且可調(diào)整剛性或發(fā)熱的平衡性的調(diào)整。
流動于供油圓周通路16的潤滑油，是用來從內(nèi)側冷卻由于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15的流體摩擦產(chǎn)生的發(fā)熱而被加熱的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15。
于是，上述的流體軸承在靜態(tài)壓力凹槽14會有徑向靜態(tài)壓力流體軸承的機能，存在于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15與旋轉軸的外周面的間隙的潤滑油，是藉由旋轉軸的旋轉的楔緊作用而產(chǎn)生了動態(tài)壓力，讓動態(tài)壓力效果施加在流體軸承。
此時的軸承面如圖6(A)所示的a-a壓力分布，會變成如圖6(B)，會因應排油管42的調(diào)節(jié)阻尼而變化。也就是會藉由可變節(jié)流器41的調(diào)節(jié)而變化。
而且，圖7所示的藉由排油管42的調(diào)節(jié)阻尼的變化造成的后述的流體軸承的靜剛性及由于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的潤滑油的發(fā)熱造成的軸承的溫度上升的性能會變化，當調(diào)整阻尼變大時，則曲線會變位到上方。
在下述的為了同時維持高靜剛性與抑制溫度上升而設置在沒有分離溝槽的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15的排油孔18，特別是在高速旋轉時，排出效率越好，則由于卷入空氣而造成的空穴現(xiàn)象產(chǎn)生的可能性越高，雖然會對軸承性能造成妨礙，可是因為在排油管42設置有節(jié)流器也就是管路阻尼，防止了排油孔18的壓力變成負壓的情形。于是防止了空穴現(xiàn)象的問題的發(fā)生。
并且藉由節(jié)流器也就是可變節(jié)流器，則可以調(diào)整流體軸承內(nèi)的壓力分布，所以可以讓流體軸承的剛性與來自于排油孔18的排油量的平衡性保持在最適當?shù)那闆r。
針對因流體軸承的靜剛性及動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的潤滑油的發(fā)熱所造成的軸承溫度的上升加以敘述，流體軸承的靜剛性會變成如圖7所示，動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的潤滑油的發(fā)熱造成的軸承的溫度上升則會變成如圖8所示。
在圖中，本發(fā)明的在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15設置排油孔18的構造是以實線表示，而習知技術的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的非分離型是用虛線表示，分離型是以一點虛線來表示。
也就是說，本發(fā)明的流體軸承，藉由將適當數(shù)量的排油孔開口于在動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部沒有分離溝槽的非分離型流體軸承的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15，其靜剛性是相近于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部非分離型，其溫度上升性能是相近于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部分離型，雖然其性能是稍差于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部非分離型及動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部分離型，還是可以完全發(fā)揮其性能，則同時能提升剛性且抑制發(fā)熱，而解決了動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部非分離型及動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部分離型各自的問題。
雖然靜態(tài)壓力凹槽14的形狀是像圖2的四邊形、圖3的U字型，而靜態(tài)壓力凹槽14的形狀并不限定于此，例如像圖4地圍繞著中央獨立的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15的四邊形的框型也可以。
藉由將靜態(tài)壓力凹槽14作成四邊形的框形，則比圖2的四邊形的構造還要能夠提高動態(tài)壓力效果、剛性、及衰減性。
上述U字型的構造與四邊形的框形的構造相比其動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15在砂輪軸S的旋轉方向連續(xù)性較長，而可以更加提高其動態(tài)壓力效果。
當由于工作物的材質(zhì)或要求精度而要變更砂輪的轉速時，則藉由因應砂輪軸S的旋轉速度的增減來調(diào)整可變節(jié)流器41造成的阻尼，則可以因應速度來調(diào)整軸承剛性與發(fā)熱情況的平衡性。則可以讓各種工作機器的旋轉軸的軸承構件共通化，因應所要求的軸承性能從離開軸承處來調(diào)整可變節(jié)流器41的阻尼也可以。
在圖1中，由于在內(nèi)套筒12的外周設置有供油圓周通路16，雖然排油孔18是被設置成從內(nèi)套筒的內(nèi)周面通到側面，而由于排油孔18的加工的容易性、且容易做配管，所以把供油圓周通路16在圓周方向分隔成復數(shù)個作成凹槽形狀、或不作供油圓周通路16、或與供油孔17同樣地把排油孔18設置成垂直相交于砂輪軸S的方向也可以。
接下來針對發(fā)明的第二實施型態(tài)的徑向軸承20來加以說明。
第二型態(tài)的徑向流體軸承20的徑向流體軸承本身，雖然是與第一型態(tài)的徑向流體軸承11(參照圖1)相同的構造，而是使用圖9所示的磨床的砂輪軸S。
在砂輪主軸外殼C，是設置著可自由旋轉地支承著砂輪軸S也就是旋轉軸的外周面的徑向流體軸承20，是設計成會藉由如前述的圖5所示的第一實施型態(tài)的徑向流體軸承相同的供給排出潤滑油的動作來產(chǎn)生作用。
發(fā)明的第二實施型態(tài)的存在于徑向流體軸承20的排油管42的可變節(jié)流器41，例如是連接到控制器21的電磁可變節(jié)流閥，其開關是因應藉由控制器所控制的軸承油的溫度、凹槽內(nèi)的壓力、間隙等的變化來調(diào)整，而成為軸承剛性與動態(tài)壓力產(chǎn)生軸支承部的發(fā)熱的平衡性的最適當?shù)墓?jié)流比，而可以在使用條件下發(fā)揮最高的性能。
在圖9所示的適用第二實施型態(tài)的徑向流體軸承10的磨床，在砂輪軸S，是設置有能測定砂輪軸S的旋轉速度的編碼器22，在靜態(tài)壓力凹槽14或排油管42是安裝有溫度感應器23，是用來測定潤滑油的溫度。并且在靜態(tài)壓力凹槽14安裝有壓力感應器24或變位計25，用來測定靜態(tài)壓力凹槽內(nèi)的壓力或軸承間隙。
設置成連接到可變節(jié)流器41且用來控制可變節(jié)流器41(電磁可變節(jié)流閥)的控制器21，是輸入著來自于編碼器22、溫度感應器23、壓力感應器24、及變位計25的各測定值訊號，是分別連接到編碼器22、溫度感應器23、壓力感應器24、及變位計25。
而且，因應上述各測定量的控制器21，是要把軸承的剛性與發(fā)熱情形的平衡性調(diào)整到最適當，而來調(diào)整可變節(jié)流器41。而實際上最好是在設計的階段就選擇出上述的測定量中需要的東西。
而在圖9中，雖然省略了左側的流體軸承20的排油系統(tǒng)，而左側的流體軸承20也與右側的流體軸承20同樣的，在上面設置溫度感應器23、壓力感應器24、及變位計25，且把訊號輸入到控制器21也可以。
當由于工作物的材質(zhì)或所要求的加工精度而要變更砂輪軸S的旋轉速度時，以旋轉速度的測定值為根據(jù)藉由調(diào)整可變節(jié)流器41，則控制器21就可以因應旋轉速度來調(diào)整軸承剛性與發(fā)熱的平衡性。如圖1及圖12所示，在一般的情況，旋轉速度越高，則在動態(tài)壓力效果的影響之下、雖然剛性會變的越高，而潤滑油的流體摩擦造成的發(fā)熱也變的越大。
可是，在圖12中在讓潤滑油的溫度到達穩(wěn)定之前是使旋轉軸以一定的旋轉速度旋轉，取出當旋轉速度是0時的穩(wěn)定溫度與在各旋轉速度的穩(wěn)定溫度的差值。藉此，如圖13所示在低速旋轉時關閉節(jié)流器來提高剛性，在高速旋轉時開啟可變節(jié)流器41來減低所需要以上的剛性的上升情形，則可抑制潤滑油的溫度的上升。
在工作對象的加工中，特別是在旋轉軸的高速旋轉時，藉由動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部15與潤滑油的流體摩擦所造成的發(fā)熱，軸承構件11或砂輪軸S會產(chǎn)生熱變形讓軸承間隙縮小，潤滑油溫度上升則潤滑油的溫度會變低，軸承性能會變化。
即使在這種情況，而以用溫度感應器23測定的潤滑油溫度當作根據(jù)，如圖14所示因應潤滑油溫度與節(jié)流器的關系來調(diào)整節(jié)流器也可以。而以用壓力感應器24測定的靜態(tài)壓力凹槽14內(nèi)的壓力當作根據(jù)，因應靜態(tài)壓力凹槽14內(nèi)的壓力與節(jié)流器的關系來調(diào)整節(jié)流器也可以。而以用變位計25測定的軸承間隙當作根據(jù)，因應軸承間隙與節(jié)流器的關系來調(diào)整節(jié)流器也可以。如此就可以將流體軸承20維持在最適當?shù)臓顟B(tài)。
在這個發(fā)明，藉由在每個排油孔18設置可變節(jié)流器41(參照圖5(A))，則可以個別調(diào)整節(jié)流器而成為如圖10所示的壓力分布。也就是說，可以提升從加工法就決定的負荷方向的軸承的剛性。當加工物的方向變更或交換加工物時則軸承的負荷也會變化。
在這種情況，如圖15所示，雖然顯示了節(jié)流器阻尼一定的流體軸承不論其負荷的變化為何其溫度的上升都相同，而本發(fā)明的流體軸承藉由控制器21而在高負荷時關閉可變節(jié)流器41來提高剛性，在低負荷時打開可變節(jié)流器41增加排出量則可以防止無謂的溫度上升。
本發(fā)明的流體軸承是藉由因應砂輪軸S的旋轉速度、潤滑油溫度、靜態(tài)壓力凹槽內(nèi)的壓力、及軸承間隙來調(diào)整可變節(jié)流器41，則可以把軸承剛性與發(fā)熱的平衡性維持在最適當?shù)臓顟B(tài)。
在上述的第二實施型態(tài)，雖然只在砂輪軸S的兩端支承的其中一方的軸承構件11設置狀態(tài)檢測手段也就是溫度感應器23、壓力感應器24、及變位計25且控制著可變節(jié)流器41，而在另一方的軸承構件11也設置同樣的可變節(jié)流器41也可以。
接下來針對發(fā)明的第三實施型態(tài)的推力流體軸承30來加以說明。
推力軸承30其構造為，如圖17所示，形成于砂輪軸S等的旋轉軸的中央部的凸緣部F的端面是滑動自如地相對向所形成的相接的推力軸承面31，形成有插通著砂輪軸S的中心孔32的圓環(huán)板體也就是軸承構件33是被嵌裝在磨床的砂輪主軸外殼C，在凸緣部F的端面相對向而相接的砂輪主軸外殼C的部份的面是直接形成圓環(huán)帶狀的推力軸承面。
軸承構件33也可以組成為形成像第一實施型態(tài)的軸承構件11的供油通路的雙層構造。
在相接于形成于砂輪軸S等的旋轉軸的中央部的凸緣F的端面的圓環(huán)帶狀的推力軸承面31，如圖16所示是保留了外周與內(nèi)周區(qū)域而在中間區(qū)域形成了同軸心的不連續(xù)圓環(huán)帶狀的靜態(tài)壓力凹槽34。而且在推力軸承面31，靜態(tài)壓力凹槽34以外的區(qū)域，則是設計成動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35。(凸緣部F則是以圖17的推力軸承面31的中心軸線為中心旋轉。)具體來看，推力軸承面31，是把外周區(qū)域的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35a與內(nèi)周區(qū)域的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35b之間的靜態(tài)壓力凹槽34在圓周方向均等分割(在圖標的例子中是分割成四等份)，則讓靜態(tài)壓力凹槽34形成為不連續(xù)圓環(huán)帶狀，而供油孔17是開口于各個靜態(tài)壓力凹槽34的底面。而用來分割靜態(tài)壓力凹槽34的圓周四等份的放射狀的半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35c，則是把外周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35a與內(nèi)周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35b連結在一起。
有適當數(shù)量的排油孔36(在圖標的例子中是一個)開口于各個放射狀的半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部35c。在排油孔36的流出側，是經(jīng)由與第一實施型態(tài)相同的節(jié)流器、最好是可變節(jié)流器41(例如是電磁可變節(jié)流閥)而連接著排油管42，排油管42會到達到油槽43(參照圖17)。
開口于推力軸承面31的靜態(tài)壓力凹槽34的底面的供油孔17，是貫穿著推力軸承30的內(nèi)部，供油孔是連接到像連接到外部的泵浦P等的壓油供給源的例如磨床的砂輪主軸外殼C的油供給孔等的供油通路。
因應需求，而與第二實施型態(tài)的情況同樣地，以旋轉速度的測定值為根據(jù)，藉由讓控制器21來調(diào)整可變節(jié)流器41(電磁可變節(jié)流閥)，而因應旋轉速度來調(diào)整軸承剛性與發(fā)熱的平衡性。
也就是說，輸入了來自于設置成與第二實施型態(tài)同樣的編碼器22、溫度感應器23、壓力感應器24及變位計25的各種測定值訊號的控制器21，會因應上述各測定值來調(diào)整可變節(jié)流器41讓軸承剛性與發(fā)熱的平衡性變成最適當?shù)那闆r，而適當?shù)倪M行在高速旋轉與低速旋轉時的軸承性能的切換。
推力軸承30的潤滑油的供給、排出的流動，是與上述的第一實施型態(tài)及第二實施型態(tài)的徑向軸承相同。
與上述的第一實施型態(tài)與第二實施型態(tài)的徑向軸承相異之處在于，雖然不期望能有效利用動態(tài)壓力效果且讓消耗動力減低，而能完全發(fā)揮低發(fā)熱化的性質(zhì)。
對應旋轉速度的靜剛性性能及溫度上升減低性能，如圖18及圖19所示，是比傳統(tǒng)技術的分離型(圖21(C))或沒有排油孔的非分離型(圖21(B))要優(yōu)秀。
讓潤滑油的排出動作經(jīng)由排油孔36來進行的結果，則控制了來自于軸承的內(nèi)周側、外周側的流出量，密封的能力就不會不夠。
在上述的實施型態(tài)，雖然是敘述適用于磨床的砂輪軸的流體軸承的狀態(tài)，而本發(fā)明的流體軸承并不限定于磨床的砂輪軸，不只是適用于切削機、研磨機、自動換刀數(shù)字控制機床等的各種工作機器，也可適用于其它各種機器的旋轉軸。
在本發(fā)明的流體軸承，是藉由讓供油孔開口于靜態(tài)壓力凹槽，讓排油孔開口于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部，則可以發(fā)揮本來互相抵觸的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部非分離型的高靜剛性的維持與動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部分離型的溫度上升抑制性這兩種性能。
而且，在排油孔經(jīng)由節(jié)流器而連通到排出手段的情況，防止了排油孔的空穴現(xiàn)象的產(chǎn)生，進而防止了軸承性能的故障，例如防止了最壞的燒毀的情形，且除了排油孔的位置或數(shù)量，藉由適當?shù)卦谂庞涂自O置節(jié)流器等的阻尼，則可以控制排出狀態(tài)。
并且，由于節(jié)流器是可變節(jié)流器，所以即使當由于工作對象的材質(zhì)或要求精度而要改變旋轉軸的旋轉速度、軸承油的溫度產(chǎn)生變化、軸承油的黏性或軸承間隙變化的情況，由于可隨時適當?shù)卣{(diào)整節(jié)流器，所以可以調(diào)整流體軸承內(nèi)的壓力分布，則可以將流體軸承的剛性與來自于排油孔的排油量的平衡性保持在最適當?shù)臓顟B(tài)。
而且，可變節(jié)流器是可根據(jù)旋轉軸的旋轉速度、軸承內(nèi)的溫度、流體壓力、軸承間隙等的檢測量而自動地加以調(diào)整。
并且，藉由在每個排油孔設置可變節(jié)流器，則可以提高負荷方向的軸承剛性。當?shù)拓摵蓵r則開啟節(jié)流器而可以防止無謂的溫度上升。
藉由可變節(jié)流器則讓軸承剛性的設計容易化，并且增加了軸承剛性的自由度，藉由節(jié)流器阻尼的變更則可以適當?shù)卣{(diào)整軸承性能，而可以讓軸承構件共通化。
在形成有軸承構件內(nèi)的供油通路的情況，則可以從內(nèi)側來冷卻由于流動的潤滑油的流體摩擦造成的發(fā)熱而被加熱的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部。
而且當軸承構件是雙層構造時，就很容易進行供油通路的加工，生產(chǎn)性也很好，生產(chǎn)成本也會變得很便宜。
權利要求
1.一種流體軸承，其特征為在用來支承旋轉軸的軸承面，是在旋轉軸的滑動面的移動方向隔著適當?shù)拈g隔來排列設置復數(shù)的靜態(tài)壓力凹槽，而在靜態(tài)壓力凹槽以外的區(qū)域形成有動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部，連通到供油手段的供油孔是開口于軸承面的靜態(tài)壓力凹槽；且有一個以上的連通到排出手段的排油孔是開口于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部。
2.如權利要求1所述的流體軸承，其特征為排油孔是經(jīng)由可變節(jié)流器來連通到排出手段。
3.如權利要求2所述的流體軸承，其特征為可變節(jié)流器是因應旋轉軸的旋轉速度來調(diào)整的節(jié)流器。
4.如權利要求1所述的流體軸承，其特征為排油孔是經(jīng)由可變節(jié)流器來連通到排出手段，且具備有軸承作動狀態(tài)檢測手段、及藉由該軸承作動狀態(tài)檢測手段的檢測訊號來控制可變節(jié)流閥的開關的控制手段。
5.如權利要求4所述的流體軸承，其特征為軸承作動狀態(tài)檢測手段是包含有用來檢測旋轉軸旋轉速度的旋轉速度檢測手段、即用來檢測軸承內(nèi)的流體壓力的壓力感應器。
6.如權利要求4或5所述的流體軸承，其特征為軸承作動狀態(tài)檢測手段是包含有用來檢測軸承面與旋轉軸的滑動面的軸承間隙的變位計。
7.如權利要求4、5或6所述的流體軸承，其特征為軸承作動狀態(tài)檢測手段是包含有用來測定軸承內(nèi)的流體溫度的溫度感應器。
8.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的流體軸承，其特征為用來支承旋轉軸的軸承面，是用來支承旋轉軸的滑動面也就是外周面的軸頸軸承面。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的流體軸承，其特征為用來支承旋轉軸的軸承面，是用來支承形成旋轉軸的滑動面也就是旋轉軸的其中一部份的端面的推力軸承面。
10.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的流體軸承，其特征為用來支承旋轉軸的軸承面，是用來支承旋轉軸的滑動面也就是外周面的軸頸軸承面、及用來支承形成旋轉軸的滑動面也就是旋轉軸的其中一部份的端面的推力軸承面。
11.如權利要求8或10所述的流體軸承，其特征為軸頸軸承面的靜態(tài)壓力凹槽是四邊形的凹槽。
12.如權利要求8或10所述的流體軸承，其特征為軸頸軸承面的靜態(tài)壓力凹槽是具有在軸承面延伸于圓周方向且相對向平行的腳部的U字型的凹槽。
13.如權利要求8、10或11所述的流體軸承，其特征為是形成有獨立于軸頸軸承面的靜態(tài)壓力凹槽的凹槽內(nèi)的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部。
14.如權利要求8、10、11、12或13所述的流體軸承，其特征為軸頸軸承面是由讓形成在內(nèi)周面的內(nèi)套筒嵌裝在軸承外殼的內(nèi)周面的兩層一體的軸承構件所構成，在軸承外殼與內(nèi)套筒的嵌合面形成了朝圓周方向的供油通路，供油孔的其中一端側是經(jīng)由供油通路來連通到供油手段。
15.如權利要求9或10所述的流體軸承，其特征為推力軸承面的靜態(tài)壓力凹槽，是被形成在圓環(huán)帶狀的外周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部與內(nèi)周區(qū)域的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部之間，是藉由連結著外周區(qū)域動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部與內(nèi)周區(qū)域的動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的復數(shù)的半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部而在圓周方向被分割成復數(shù)個靜態(tài)壓力凹槽，且有一個以上的排油孔是開口于各個半徑方向動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部。
全文摘要
本發(fā)明要同時達成提升流體軸承的軸承剛性、及要抑制動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部的發(fā)熱情形這兩種目的。本發(fā)明的解決手段為:流體軸承,在用來支承旋轉軸的軸承面,是在旋轉軸的滑動面的移動方向隔著適當?shù)拈g隔來排列設置復數(shù)的靜態(tài)壓力凹槽(14),而在靜態(tài)壓力凹槽以外的區(qū)域形成有動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部(15),連通到供油手段的供油孔(17)是開口于軸承面的靜態(tài)壓力凹槽;且有一個以上的連通到排出手段的排油孔(18)開口于動態(tài)壓力產(chǎn)生用軸支承部,該排油孔會因應來自于:用來檢測旋轉軸的旋轉速度的旋轉速度檢測手段、用來檢測軸承內(nèi)的流體壓力的壓力感應器、用來檢測軸承面與旋轉軸滑動面的軸承間隙的變位計、及用來測定軸承內(nèi)的流體溫度的溫度感應器的檢測訊號,而經(jīng)由以控制手段所調(diào)整的可變節(jié)流閥(41)來讓潤滑油流出。
文檔編號B23Q1/38GK1346943SQ0114113
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月25日 優(yōu)先權日2000年9月25日
發(fā)明者嶋稔彥 申請人:豐田工機株式會社