專利名稱:一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置的制作方法
本發(fā)明所屬技術(shù)領域：
為機械工程軸承類。
經(jīng)專利檢索得到的現(xiàn)有技術(shù)資料來看，參閱美國1967年專利3305282號，一種多槽式內(nèi)阻尼靜壓軸承，如圖1所示，當中有一個環(huán)形高壓槽，高壓流體直接進入該槽。而在軸或軸承上有一定數(shù)目的，距離、深度、寬度都控制得很準的小槽(1)，小槽內(nèi)端和高壓槽相連，但外端卻不到軸承的端部，離端部還有一段距離(a)。高壓槽中的流體既溢進間隙，也溢進小槽，轉(zhuǎn)而由小槽兩側(cè)溢進間隙，也由端部經(jīng)(a)段溢入大氣。因此在小槽兩側(cè)的圓柱面(2)上的壓力主要受小槽里的壓力控制(小槽里壓力為邊界值)。當軸受到載荷向一邊時，間隙減小的一面，小槽向各方面溢出的流體都減少了，通過小槽的壓力降減小，小槽內(nèi)壓力增高，整個軸承在這邊的壓力都高了;同理;結(jié)構(gòu)的缺點是小槽必須做得較難，因為溢出的流體大半由小槽(1)供應，每一個小槽控制著一段圓柱面(2)，倘有一個小槽不精確，，便要影響一段圓柱面的間隙。倘小槽開在軸承上便影響軸的位置，倘開在軸上則會引起震動。其次，當軸承一邊的間隙減小時，小槽內(nèi)的壓力先提高，然后逐步蔓延到小槽兩側(cè)的圓柱部份;由于流體的可靠縮性(特別如氣體)，壓力蔓延是要時間的，所以該結(jié)構(gòu)的時間反映較慢。這時間雖然極短，但倘軸承構(gòu)成自動控制的一個環(huán)節(jié)則是大問題。此外，現(xiàn)有技術(shù)除用于靜壓向心軸承外，沒有提到其他用途。
本發(fā)明也是一種多槽式內(nèi)阻尼靜壓軸承，但又不僅僅用于靜壓軸承，而是可以用于很多摩擦面，實際上成為一種靜壓流體墊裝置。為了克服前面所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明對前述小槽(1)的改進是具有決定意義的。本發(fā)明將小槽(1)改稱為導流槽(5)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征可以這樣描述由靜止件和運動件構(gòu)成偶合副，它們間有一定間隙，高壓流體經(jīng)輸送孔道進入高壓槽，再通過導流槽及封流邊溢出。偶合件中另一件是完全光滑的。高壓流體進入高壓槽的途徑是由偶合副中較短或較小的一件的一端、或兩端、或中央、或四周通入，并將偶合副中此件離壓力最低處最近的一小段做成前面所說的封流邊;其余面積上布滿前面所說的導流槽，這種導流槽數(shù)量很多，是一個接一個地連續(xù)布置，可達數(shù)以百計視加工方法或零件大小而定;導流槽的截面形狀不拘，最好為三角形;導流槽的深度很淺，略大于偶合副之間的間隙;導流槽的方向是與高壓流體相通并通向封流邊;導流槽在通向封流邊時，可以采取最短的途徑，也可以使偶合副在相對運動時，能通過流體的粘性作用使一部份流體沿軸向由低壓向高壓流動，即呈螺旋線或斜線形狀。導流槽可以用壓花，腐蝕或其他容易加工的方法刻成。
本發(fā)明可廣泛用于向心軸承、止推軸承、向心止推軸承、靜壓導軌，以及柱塞、活塞與缸體。用于柱塞和活塞時可利用被壓縮的介質(zhì)作高壓流體而不需外加油源。
為了更簡明清楚地說明本發(fā)明的作用原理和優(yōu)點，將借助一個實施例-一種多槽式內(nèi)阻尼靜壓向心軸承來敘述較好。
圖2一種多槽式內(nèi)阻尼靜壓向心軸承軸承(3)當中是一個環(huán)形高壓槽(4)，軸承兩端各有一段(a)是光滑的，稱為封流邊。其余地方則用壓花或其它方法做成小槽(5)稱為導流槽。導流槽很細，數(shù)量很多，沿軸承內(nèi)圓周可達數(shù)以百計。導流槽理論上可作成任何截面，但從工藝和作用來說以作成三角形為最好，如圖3和圖4所示。相鄰的導流槽形成的棱角頂上磨成一條很窄的刃帶，和(a)段的光滑面在同一圓柱面上，并一次磨出。導流槽里端和高壓槽相連。有導流槽部分的通流能力(指同一壓力降同一長度在單位時間內(nèi)通過流體體積)約為(a)段的8倍。(a)段的寬度約為軸承半長(指由高壓槽邊到軸承端的長度)的十分之一，具體尺寸根據(jù)情況優(yōu)化。倘軸(6)只在靜態(tài)使用(軸不轉(zhuǎn))則導流槽和軸的中心線是平行的。但倘軸旋轉(zhuǎn)時，則導流槽順著軸表面運動的方向由兩端向中心傾斜15～30而使導流槽呈螺旋線形狀，如圖5所示。換言之，倘在軸表面上劃一條和軸心平行的母線，這母線在軸旋轉(zhuǎn)時先在兩端和導流槽相交。
當軸處在中心位置時，四周的壓力是平衡的。當軸(6)由于載荷作用偏向一邊時，間隙小的一邊封流邊(a)段的泄漏量減少了;但通過每一根導流槽的流體都必須通過封流邊(a)段才能溢出，因此通過每一導流槽的流量都要減少，導致壓力降也減少。因此間隙小的一邊平均壓力要增大。同理，間隙大的一面平均壓力要減小。這個壓力差會把軸推回到中心位置。同時，高壓邊的流體趨向于沿切線方向(環(huán)向)流向低壓邊而減少兩邊的壓力差和載荷能力，阻止這種流動是一個很重要的問題。本發(fā)明使用的方法是流體必須通過很多道相鄰導流槽間的棱邊才能從高壓邊到達低壓邊。每過一次棱邊流體產(chǎn)生渦流阻力，如圖6所示。此外，導流槽很細很多，流體在高壓邊越過一道棱邊后仍在高壓區(qū)，繼續(xù)起到高壓作用。這樣，實際上高壓邊的流體通過切向流到低壓邊的極少。對于氣體來說這是最有效的環(huán)向密封。由于以上的原理，軸承可作得很長，可以承擔較大的負載。因為軸承愈長則由高壓流向低壓寬度愈大。這樣阻止這種由高壓流向低壓能力就很強。
當軸是轉(zhuǎn)動時，導流槽可以作成斜的(螺旋線)，可以增加軸的自動調(diào)心力。由于流體的粘性，斜槽有趨勢將流體向當中推動(泵流作用，某些真空泵完全靠這種泵流作用得到真空)，如果軸的速度較高，高壓槽(4)里的壓力較低，流體將不外溢，這時間隙里的流體變成靜止了，全長上的壓力都和高壓槽里的壓力一樣了。但倘軸有偏心則兩邊情況不同，間隙小的一面向高壓泵油的能力大，間隙大的一面泵油能力小。這就使間隙不同的兩邊流體溢出速度相差更多，壓力差也更大。在高速下可以提高靜壓承載能力這是現(xiàn)有技術(shù)的靜壓軸承沒有的作用。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下1、如前所述，現(xiàn)有技術(shù)中的小槽(1)(圖1)要做得很難，本發(fā)明則無此要求。本發(fā)明的全部圓柱面上都有導流槽復蓋，不存在部分圓柱面，每個導流槽只影響它本身。因為導流槽非常多，若把若干相鄰的槽分為若干等分。(譬如說一共1000個槽將在圓周分成10等分，每份100槽)則每等分的槽照統(tǒng)計原理，其平均的切面一定是很接近的，受個別部位加工精度的影響很小。因此本發(fā)明能用簡單加工方法(如壓花)獲得精密結(jié)果。
2、本發(fā)明中個別導流槽因污染造成阻塞的影響遠小于現(xiàn)有技術(shù)的軸承，因此本發(fā)明使用時比較可靠。
3、如前所述，現(xiàn)有技術(shù)的壓力蔓延時間反映較慢。本發(fā)明由于整個軸承面都布滿導流槽，不存在壓力向間隙蔓延問題。此外，當軸承一邊的間隙減小時，圖1中小槽(1)和圖2中的導流槽(5)的壓力升高也要一定的時間，這時間和槽的形狀有關，面積和周邊的比愈大則時間愈短。本發(fā)明因?qū)Я鞑?5)多用壓花成形，形狀是三角形，比現(xiàn)有技術(shù)采用的扁形槽時間響應快。
4、如前所說，倘導流槽(5)作成一定斜度則會產(chǎn)生泵流作用。間隙小的一邊泵流作用大，而間隙大的一邊泵流作用小。這樣既可增大軸受到的自動調(diào)心作用，增加軸的承載能力，同時可以減少高壓流體的消耗。這個作用在現(xiàn)有技術(shù)中也是沒有的。
5、由于流體由高壓邊流到低壓邊，須要經(jīng)過數(shù)以百計的棱邊，每一道棱邊不但產(chǎn)生渦流阻力，還能導致一部分流體向軸向流動，因此本發(fā)明在阻止流體由高壓邊向低壓邊流動比較起現(xiàn)有技術(shù)來更為有效，也就是說內(nèi)阻力更大。在負載變化時壓力反應快。
6、由于可用壓花方法加工，精度要求又低，本發(fā)明的造價低廉。事實上導流槽數(shù)量愈多愈容易做，因為槽愈多則愈淺，用壓花加工愈容易。斜槽也不構(gòu)成困難，因為用斜壓花刀即可。
除了以上的實施例，本發(fā)明還有更廣泛的用途，以下舉出一些其他實施例。
如圖7所示，倘軸比軸承短，則高壓槽(6)和導流槽(7)都可做在軸上。這種結(jié)構(gòu)用于精密導軌，流體由軸中心通入。
又如圖8和圖9所示，尚軸承副必須承受一個軸向負荷，則可做成推力軸承或流體墊，(8)為高壓槽，(9)為導流槽。作為單邊推力軸承或流體墊，流體輸入的地方(在進高壓槽以前)必須有一限流裝置以控制流體膜的厚度。
最重要的一個應用是在流體傳動的柱塞活塞等處，不需要外加高壓流體源，即用被壓縮的流體溢出部分，將柱塞或活塞上做出導流槽，即可產(chǎn)生靜壓作用而使柱塞或活塞和缸體不直接接觸，因為大大減少摩損和摩擦。圖10代表這樣一種柱塞。當柱塞(10)受到壓力時，柱塞下因受壓而提高了壓力的流體即經(jīng)過導流槽(11)而溢出。如果柱塞受偏心負荷而被壓向一邊時，間隙小的一邊壓力較大而將柱塞保持在中心位置。
圖11中的活塞除了當中一小段(a)保持光滑外，其余處兩端都壓上導流槽(12)。當活塞上受到壓力時，上方的導流槽和中部的光滑段(a)構(gòu)成一組靜壓軸承。當活塞的下面受到壓力時，下方的導流槽和中部光滑部分構(gòu)成一組靜壓軸承。這樣無論活塞那面受到壓力，活塞和缸體間形成靜壓軸承而避免了固體接觸。
圖12是一個自動定心，同時能自動定向的柱塞，可用于材料試驗機上精密測壓或精密平衡。(Ⅰ)段是導流槽，(Ⅱ)是封流邊，(Ⅲ)是一個均壓槽，(Ⅳ)又是導流槽，(Ⅴ)又是封流邊。因此這結(jié)構(gòu)是兩個靜壓軸承串連，當中有一個均壓槽。尚兩個靜壓軸承尺寸一樣，則顯然經(jīng)過每一個軸承的壓力降都是柱塞下壓力的一半。兩個軸承都起作用。而當中的均壓槽使兩個軸承都能獨立定心，使整個裝置起定向作用。
當然不應把本發(fā)明理解為以上的這些有限的實施例，本發(fā)明實際上是一種用途廣泛的靜壓流體墊裝置。
權(quán)利要求
1.一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，由靜止附和運動件構(gòu)成偶合副，它們間有一定間隙，高壓流體經(jīng)輸送孔道進入高壓槽，通過小槽(1)及封流邊溢出，偶合件中的另一件是完全光滑的，本發(fā)明的特征在于由相對運動的偶合副中較短或較小的一件的一端、或兩端、或中央、或四周通入高壓流體，并將此件離壓力最低處最近的一小段做成前面所說的封流邊；其余面積上布滿前面所說的小槽，在本發(fā)明中改稱為導流槽(5)；這種導流槽數(shù)量很多，是一個接一個地連續(xù)布置，可達數(shù)以百計，視加工方法或零件大小而定；導流槽的截面形狀不拘，深度很淺，略大于偶合副之間的間隙；導流槽的方向是與高壓流體相通并通向封流邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，其特征是所說的相互運動的偶合副可以是向心軸承、止推軸承、向心止推軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，其特征是所說的相互運動的偶合副可以是靜壓導軌。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，其特征是所說的相互運動的偶合副可以是柱塞、活塞與缸體，可以利用缸體內(nèi)介質(zhì)壓力，而不需外加油源。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，其特征是所說的導流槽(5)在通向封流邊時，可以采取最短的途徑，也可以使偶合副相對運動時，能通過流體的粘性作用使一部分流體沿軸向由低壓向高壓流動，即呈螺旋線形狀或斜線形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，其特征是所說的導流槽(5)的截面形狀最好為三角形。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，其特征是所說的導流槽(5)可以用壓花、腐蝕或其他容易加工的方法刻成。
專利摘要
一種靜壓軸承或靜壓流體墊裝置，可用于各種型式的靜壓軸承，活塞和缸體，靜壓導軌等，有很好的自動調(diào)心作用。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征是由靜止件和運動件構(gòu)成偶合副，高壓流體經(jīng)輸送孔道進入高壓槽，通過導流槽和封流邊溢出。偶合件中另一件是完全光滑的。導流槽很多很細，連續(xù)布滿在一定面積上，它可以用壓花、腐蝕等容易加工的方法刻成。本發(fā)明具有調(diào)心反映時間快，內(nèi)阻尼大，可靠性好，承載能力強，加工容易，成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號F16C32/06GK86105066SQ86105066
公開日1987年10月21日 申請日期1986年8月26日
發(fā)明者雷天覺, 涂光祺 申請人:機械工業(yè)部北京電機研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan