專利名稱:一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其包括由內(nèi)至外依次套著的主軸、軸系內(nèi)套和軸系外套，上止推板設置在主軸上方，下止推板設置在主軸下方；在工作時主軸靠空氣壓力漂浮在軸系內(nèi)套的內(nèi)腔中轉(zhuǎn)動；壓縮空氣由外部供氣系統(tǒng)經(jīng)進氣嘴吹入軸系外套的內(nèi)腔；壓縮空氣吹入軸系外套的內(nèi)腔后，迅速充滿軸系內(nèi)套的外側(cè)球面的環(huán)槽空間，使軸系內(nèi)套的供氣壓力沿主軸軸線呈軸對稱分布。本實用新型通過雙半球主軸結構形式、多孔質(zhì)節(jié)流方式和均壓環(huán)槽的供氣方式，達到提高空氣靜壓軸系承載能力、剛度和工作穩(wěn)定性的目的。
【專利說明】一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，采用雙半球主軸結構形式、多孔質(zhì)節(jié)流方式和均壓環(huán)槽的供氣方式，可有效提高軸系的承載能力和剛度，提高空氣靜壓軸系的工作穩(wěn)定性。

【背景技術】
[0002]空氣靜壓軸系，是用氣體作為潤滑劑的滑動軸系。由于采用空氣介質(zhì)，遵循誤差平均化原理，以低的制造精度獲取高的回轉(zhuǎn)精度，其制造精度可以比裝配后工作時要求的回轉(zhuǎn)精度低約一個數(shù)量級，廣泛用于超精密運動、精密測量領域。但是，由于其徑向承載能力較差，在實際應用當中常遇到剛度小、抗干擾能力差和穩(wěn)定性差的問題。
[0003]空氣靜壓軸系主要通過節(jié)流器將外部加壓氣體送入軸系間隙形成靜壓氣膜，達到潤滑效果。傳統(tǒng)的孔式節(jié)流、縫式節(jié)流方式，由于節(jié)流孔的分布供氣效應，沒有發(fā)揮軸系結構的最大承載能力，且在軸系轉(zhuǎn)動過程中會在節(jié)流孔射流核心區(qū)外的角落中形成渦流，進而對軸系產(chǎn)生壓力波動，影響軸系工作的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其可有效增加空氣靜壓軸系的承載能力、剛度和工作穩(wěn)定性。
[0005]實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案:一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其包括由內(nèi)至外依次套著的主軸、軸系內(nèi)套和軸系外套，上止推板設置在主軸上方，下止推板設置在主軸下方；
[0006]所述的軸系外套外側(cè)為圓柱形，內(nèi)側(cè)加工為上下兩個半球形內(nèi)腔；
[0007]所述的軸系內(nèi)套由多孔質(zhì)材料制成，外側(cè)為上下兩個半球形碗狀，軸系內(nèi)套的外側(cè)與軸系外套的內(nèi)腔形狀相配合；軸系內(nèi)套的內(nèi)側(cè)加工為上下兩個半球形碗狀內(nèi)腔；軸系內(nèi)套的內(nèi)腔內(nèi)球面為軸系內(nèi)套的工作面；
[0008]所述的主軸包括上半球主軸和下半球主軸，上半球主軸和下半球主軸的外側(cè)均為半球形碗狀，上半球主軸和下半球主軸通過若干連接螺桿連接；主軸的外側(cè)與軸系內(nèi)套的內(nèi)腔形狀相配合；主軸的外側(cè)為主軸的工作面，在工作時主軸靠空氣壓力漂浮在軸系內(nèi)套的內(nèi)腔中轉(zhuǎn)動；
[0009]在軸系外套的內(nèi)腔雙半球中間處開有內(nèi)外聯(lián)通的進氣口 ；進氣口處通過螺紋連接安裝進氣嘴，進氣嘴外部連接進氣管；工作時，壓縮空氣由外部供氣系統(tǒng)經(jīng)進氣嘴吹入軸系外套的內(nèi)腔；
[0010]在軸系內(nèi)套的外側(cè)球面上加工有若干道環(huán)槽，環(huán)槽之間通過若干道輻射槽連通；輻射槽垂直于環(huán)槽分布，或者輻射槽與環(huán)槽呈一定角度分布；工作時，壓縮空氣吹入軸系外套的內(nèi)腔后，迅速充滿軸系內(nèi)套的外側(cè)球面的環(huán)槽空間，使軸系內(nèi)套的供氣壓力沿主軸軸線呈軸對稱分布。
[0011]如上所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其所述的軸系內(nèi)套采用多孔質(zhì)石墨或多孔質(zhì)青銅加工而成，該材料表面在微觀上均勻分布著成千上萬個微小的節(jié)流孔；軸系內(nèi)套的外側(cè)球面的環(huán)槽中的空氣由于壓力作用，通過上述微小的節(jié)流孔送入軸系內(nèi)套與主軸之間的間隙，形成靜壓氣膜，使主軸懸浮在軸系內(nèi)套中轉(zhuǎn)動。
[0012]如上所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其所述的環(huán)槽采用矩形槽或T形槽。
[0013]如上所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其所述的輻射槽與環(huán)槽深度相同。
[0014]如上所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其所述的軸系外套和主軸由不銹鋼材料制成。
[0015]如上所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其在上半球主軸端面上加工有上止推板固定螺紋孔，用于固定上止推板；在下半球主軸的端面上加工有下止推板固定螺栓孔，用于固定下止推板。
[0016]本實用新型的效果在于:本實用新型所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，通過雙半球主軸結構形式、多孔質(zhì)節(jié)流方式和均壓環(huán)槽的供氣方式，達到提高空氣靜壓軸系承載能力、剛度和工作穩(wěn)定性的目的。采用帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其徑向回轉(zhuǎn)精度達到0.02 μπι，承載能力與傳統(tǒng)的空氣靜壓軸系相比提高30%。

【附圖說明】

[0017]圖1為本實用新型所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系結構示意圖；
[0018]圖2為軸系外套結構示意圖；
[0019]圖3為軸系內(nèi)套結構示意圖；
[0020]圖4為軸系內(nèi)套結構剖視圖；
[0021 ] 圖5為主軸結構示意圖；
[0022]圖6為上止推板結構示意圖；
[0023]圖7為下止推板結構示意圖。
[0024]圖中:1.上止推板；2.軸系外套；3.軸系內(nèi)套；4.主軸；5.下止推板；21.進氣口 ；22.軸系外套的內(nèi)腔；31.環(huán)槽；32.輻射槽；33.軸系內(nèi)套的內(nèi)腔；41.上半球主軸；42.下半球主軸；43.連接螺桿；11.上止推板固定螺紋孔；51.下止推板固定螺栓孔。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系作進一步描述。
[0026]如圖1所示，本實用新型提出一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，由內(nèi)至外依次套著的主軸4、軸系內(nèi)套3和軸系外套2，上止推板I固定在主軸4上方，下止推板5設固定在主軸4下方。
[0027]如圖2所示，軸系外套是空氣靜壓軸系的最外層，由不銹鋼金屬制成，軸系外套2外側(cè)為圓柱形，內(nèi)側(cè)加工為上下兩個半球形內(nèi)腔22。
[0028]如圖3和圖4所示，軸系內(nèi)套3為軸系中間層部件，軸系內(nèi)套3由多孔質(zhì)石墨或多孔質(zhì)青銅制成，外側(cè)為上下兩個半球形碗狀，軸系內(nèi)套3的外側(cè)與軸系外套的內(nèi)腔22形狀相配合；軸系內(nèi)套3的內(nèi)側(cè)加工為上下兩個半球形碗狀內(nèi)腔23 ;軸系內(nèi)套的內(nèi)腔23內(nèi)球面為軸系內(nèi)套的工作面。在軸系外套的內(nèi)腔22雙半球中間處開有內(nèi)外聯(lián)通的進氣口 21 ;進氣口處21通過螺紋連接安裝進氣嘴，進氣嘴外部連接進氣管；工作時，壓縮空氣由外部供氣系統(tǒng)經(jīng)進氣嘴吹入軸系外套的內(nèi)腔22。
[0029]如圖5所示，主軸4包括上半球主軸41和下半球主軸42，由不銹鋼金屬制成，上半球主軸41和下半球主軸42的外側(cè)均為半球形碗狀，上半球主軸41和下半球主軸42通過3?6個(例如:3個或6個)均勻分布的連接螺桿43連接，主軸4的外側(cè)與軸系內(nèi)套的內(nèi)腔23形狀相配合。主軸4的外側(cè)為主軸的工作面。在工作時主軸4靠空氣壓力漂浮在軸系內(nèi)套的內(nèi)腔23中轉(zhuǎn)動。在軸系內(nèi)套3的外側(cè)球面上加工有若干道環(huán)槽31 (環(huán)槽數(shù)量依據(jù)主軸外形尺寸而定，通常為5?20個，例如:5個、10個或20個)，環(huán)槽31采用矩形槽或T形槽。環(huán)槽31之間通過若干道輻射槽32 (通常為6?20個，例如:6個、12個或20個)連通；輻射槽32垂直于環(huán)槽31分布，或者輻射槽32與環(huán)槽31呈一定角度分布(通常為30°?60°，例如30°、45°或60° )，輻射槽32與環(huán)槽31深度相同。工作時，壓縮空氣吹入軸系外套的內(nèi)腔22后，由于環(huán)槽的低阻抗流動迅速充滿軸系內(nèi)套3的外側(cè)球面的環(huán)槽31空間，使軸系內(nèi)套3的供氣壓力沿主軸4軸線呈軸對稱分布，并在軸系工作過程中保持供氣壓力分布均衡、穩(wěn)定。
[0030]如圖6所示，在上半球主軸41端面上加工有上止推板固定螺紋孔11，用于固定上止推板I。如圖7所示，在下半球主軸42的端面上加工有下止推板固定螺栓孔51，用于固定下止推板5。
[0031]上述的軸系內(nèi)套3采用多孔質(zhì)石墨或多孔質(zhì)青銅加工而成，該材料表面在微觀上均勻分布著成千上萬個微小的節(jié)流孔；軸系內(nèi)套3的外側(cè)球面的環(huán)槽31中的空氣由于壓力作用，通過上述微小的節(jié)流孔送入軸系內(nèi)套3與主軸4之間的間隙，形成靜壓氣膜，使主軸4懸浮在軸系內(nèi)套3中轉(zhuǎn)動。采用多孔質(zhì)節(jié)流方式，可大幅提高供氣面積，使主軸4表面壓力分布更均勻，節(jié)流效果更好，能夠在一定程度上提高軸系承載能力和剛度。
【權利要求】
1.一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其特征在于:它包括由內(nèi)至外依次套著的主軸(4)、軸系內(nèi)套(3)和軸系外套(2)，上止推板(I)設置在主軸(4)上方，下止推板(5)設置在主軸(4)下方； 所述的軸系外套(2)外側(cè)為圓柱形，內(nèi)側(cè)加工為上下兩個半球形內(nèi)腔(22); 所述的軸系內(nèi)套(3)由多孔質(zhì)材料制成，外側(cè)為上下兩個半球形碗狀，軸系內(nèi)套(3)的外側(cè)與軸系外套的內(nèi)腔(22)形狀相配合；軸系內(nèi)套(3)的內(nèi)側(cè)加工為上下兩個半球形碗狀內(nèi)腔(23);軸系內(nèi)套的內(nèi)腔(23)內(nèi)球面為軸系內(nèi)套的工作面； 所述的主軸(4)包括上半球主軸(41)和下半球主軸(42)，上半球主軸(41)和下半球主軸(42)的外側(cè)均為半球形碗狀，上半球主軸(41)和下半球主軸(42)通過若干連接螺桿(43)連接；主軸(4)的外側(cè)與軸系內(nèi)套的內(nèi)腔(23)形狀相配合；主軸(4)的外側(cè)為主軸的工作面，在工作時主軸(4)靠空氣壓力漂浮在軸系內(nèi)套的內(nèi)腔(23)中轉(zhuǎn)動； 在軸系外套的內(nèi)腔(22)雙半球中間處開有內(nèi)外聯(lián)通的進氣口(21);進氣口處(21)通過螺紋連接安裝進氣嘴，進氣嘴外部連接進氣管；工作時，壓縮空氣由外部供氣系統(tǒng)經(jīng)進氣嘴吹入軸系外套的內(nèi)腔(22)； 在軸系內(nèi)套⑶的外側(cè)球面上加工有若干道環(huán)槽(31)，環(huán)槽(31)之間通過若干道輻射槽(32)連通；輻射槽(32)垂直于環(huán)槽(31)分布，或者輻射槽(32)與環(huán)槽(31)呈一定角度分布；工作時，壓縮空氣吹入軸系外套的內(nèi)腔(22)后，迅速充滿軸系內(nèi)套(3)的外側(cè)球面的環(huán)槽(31)空間，使軸系內(nèi)套(3)的供氣壓力沿主軸(4)軸線呈軸對稱分布。2.根據(jù)權利要求1所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其特征在于:所述的軸系內(nèi)套(3)采用多孔質(zhì)石墨或多孔質(zhì)青銅加工而成，該材料表面在微觀上均勻分布著成千上萬個微小的節(jié)流孔；軸系內(nèi)套⑶的外側(cè)球面的環(huán)槽(31)中的空氣由于壓力作用，通過上述微小的節(jié)流孔送入軸系內(nèi)套(3)與主軸(4)之間的間隙，形成靜壓氣膜，使主軸(4)懸浮在軸系內(nèi)套(3)中轉(zhuǎn)動。3.根據(jù)權利要求1所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其特征在于:所述的環(huán)槽(31)采用矩形槽或T形槽。4.根據(jù)權利要求1所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其特征在于:所述的輻射槽(32)與環(huán)槽(31)深度相同。5.根據(jù)權利要求1所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其特征在于:所述的軸系外套(2)和主軸(4)由不銹鋼材料制成。6.根據(jù)權利要求1所述的一種帶均壓環(huán)槽的雙半球多孔質(zhì)空氣靜壓軸系，其特征在于:在上半球主軸(41)端面上加工有上止推板固定螺紋孔(11)，用于固定上止推板(I);在下半球主軸(42)的端面上加工有下止推板固定螺栓孔(51)，用于固定下止推板(5)。
【文檔編號】F16C32-06GK204300126SQ201420673967
【發(fā)明者】張鐵犁, 劉曉旭, 印朝輝, 張修建 [申請人]北京航天計量測試技術研究所, 中國運載火箭技術研究院