專(zhuān)利名稱(chēng):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(lǐng)域：
為機(jī)械工程軸承類(lèi)。
經(jīng)專(zhuān)利檢索得到的現(xiàn)有技術(shù)資料來(lái)看，參閱美國(guó)1967年專(zhuān)利3305282號(hào)，一種多槽式內(nèi)阻尼靜壓軸承，如圖1所示，當(dāng)中有一個(gè)環(huán)形高壓槽，高壓流體直接進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)間隙，也溢進(jìn)小槽，轉(zhuǎn)而由小槽兩側(cè)溢進(jìn)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(dāng)軸受到載荷向一邊時(shí)，間隙減小的一面，小槽向各方面溢出的流體都減少了，通過(guò)小槽的壓力降減小，小槽內(nèi)壓力增高，整個(gè)軸承在這邊的壓力都高了;同理;結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是小槽必須做得較難，因?yàn)橐绯龅牧黧w大半由小槽(1)供應(yīng)，每一個(gè)小槽控制著一段圓柱面(2)，倘有一個(gè)小槽不精確，，便要影響一段圓柱面的間隙。倘小槽開(kāi)在軸承上便影響軸的位置，倘開(kāi)在軸上則會(huì)引起震動(dòng)。其次，當(dāng)軸承一邊的間隙減小時(shí)，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(shí)間的，所以該結(jié)構(gòu)的時(shí)間反映較慢。這時(shí)間雖然極短，但倘軸承構(gòu)成自動(dòng)控制的一個(gè)環(huán)節(jié)則是大問(wèn)題。此外，現(xiàn)有技術(shù)除用于靜壓向心軸承外，沒(méi)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(shí)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(diǎn)，本發(fā)明對(duì)前述小槽(1)的改進(jìn)是具有決定意義的。本發(fā)明將小槽(1)改稱(chēng)為導(dǎo)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(yùn)動(dòng)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(jìn)入高壓槽，再通過(guò)導(dǎo)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(jìn)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(shuō)的封流邊;其余面積上布滿前面所說(shuō)的導(dǎo)流槽，這種導(dǎo)流槽數(shù)量很多，是一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)布置，可達(dá)數(shù)以百計(jì)視加工方法或零件大小而定;導(dǎo)流槽的截面形狀不拘，最好為三角形;導(dǎo)流槽的深度很淺，略大于偶合副之間的間隙;導(dǎo)流槽的方向是與高壓流體相通并通向封流邊;導(dǎo)流槽在通向封流邊時(shí)，可以采取最短的途徑，也可以使偶合副在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，能通過(guò)流體的粘性作用使一部份流體沿軸向由低壓向高壓流動(dòng)，即呈螺旋線或斜線形狀。導(dǎo)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(dǎo)軌，以及柱塞、活塞與缸體。用于柱塞和活塞時(shí)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(jiǎn)明清楚地說(shuō)明本發(fā)明的作用原理和優(yōu)點(diǎn)，將借助一個(gè)實(shí)施例-一種多槽式內(nèi)阻尼靜壓向心軸承來(lái)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(dāng)中是一個(gè)環(huán)形高壓槽(4)，軸承兩端各有一段(a)是光滑的，稱(chēng)為封流邊。其余地方則用壓花或其它方法做成小槽(5)稱(chēng)為導(dǎo)流槽。導(dǎo)流槽很細(xì)，數(shù)量很多，沿軸承內(nèi)圓周可達(dá)數(shù)以百計(jì)。導(dǎo)流槽理論上可作成任何截面，但從工藝和作用來(lái)說(shuō)以作成三角形為最好，如圖3和圖4所示。相鄰的導(dǎo)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(dǎo)流槽里端和高壓槽相連。有導(dǎo)流槽部分的通流能力(指同一壓力降同一長(zhǎng)度在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)流體體積)約為(a)段的8倍。(a)段的寬度約為軸承半長(zhǎng)(指由高壓槽邊到軸承端的長(zhǎng)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(dǎo)流槽和軸的中心線是平行的。但倘軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，則導(dǎo)流槽順著軸表面運(yùn)動(dòng)的方向由兩端向中心傾斜15～30而使導(dǎo)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(shí)先在兩端和導(dǎo)流槽相交。
當(dāng)軸處在中心位置時(shí)，四周的壓力是平衡的。當(dāng)軸(6)由于載荷作用偏向一邊時(shí)，間隙小的一邊封流邊(a)段的泄漏量減少了;但通過(guò)每一根導(dǎo)流槽的流體都必須通過(guò)封流邊(a)段才能溢出，因此通過(guò)每一導(dǎo)流槽的流量都要減少，導(dǎo)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(gè)壓力差會(huì)把軸推回到中心位置。同時(shí)，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(dòng)是一個(gè)很重要的問(wèn)題。本發(fā)明使用的方法是流體必須通過(guò)很多道相鄰導(dǎo)流槽間的棱邊才能從高壓邊到達(dá)低壓邊。每過(guò)一次棱邊流體產(chǎn)生渦流阻力，如圖6所示。此外，導(dǎo)流槽很細(xì)很多，流體在高壓邊越過(guò)一道棱邊后仍在高壓區(qū)，繼續(xù)起到高壓作用。這樣，實(shí)際上高壓邊的流體通過(guò)切向流到低壓邊的極少。對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)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(zhǎng)，可以承擔(dān)較大的負(fù)載。因?yàn)檩S承愈長(zhǎng)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(qiáng)。
當(dāng)軸是轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)流槽可以作成斜的(螺旋線)，可以增加軸的自動(dòng)調(diào)心力。由于流體的粘性，斜槽有趨勢(shì)將流體向當(dāng)中推動(dòng)(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(shí)間隙里的流體變成靜止了，全長(zhǎng)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(méi)有的作用。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(wú)此要求。本發(fā)明的全部圓柱面上都有導(dǎo)流槽復(fù)蓋，不存在部分圓柱面，每個(gè)導(dǎo)流槽只影響它本身。因?yàn)閷?dǎo)流槽非常多，若把若干相鄰的槽分為若干等分。(譬如說(shuō)一共1000個(gè)槽將在圓周分成10等分，每份100槽)則每等分的槽照統(tǒng)計(jì)原理，其平均的切面一定是很接近的，受個(gè)別部位加工精度的影響很小。因此本發(fā)明能用簡(jiǎn)單加工方法(如壓花)獲得精密結(jié)果。
2、本發(fā)明中個(gè)別導(dǎo)流槽因污染造成阻塞的影響遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)的軸承，因此本發(fā)明使用時(shí)比較可靠。
3、如前所述，現(xiàn)有技術(shù)的壓力蔓延時(shí)間反映較慢。本發(fā)明由于整個(gè)軸承面都布滿導(dǎo)流槽，不存在壓力向間隙蔓延問(wèn)題。此外，當(dāng)軸承一邊的間隙減小時(shí)，圖1中小槽(1)和圖2中的導(dǎo)流槽(5)的壓力升高也要一定的時(shí)間，這時(shí)間和槽的形狀有關(guān)，面積和周邊的比愈大則時(shí)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(shí)間響應(yīng)快。
4、如前所說(shuō)，倘導(dǎo)流槽(5)作成一定斜度則會(huì)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(dòng)調(diào)心作用，增加軸的承載能力，同時(shí)可以減少高壓流體的消耗。這個(gè)作用在現(xiàn)有技術(shù)中也是沒(méi)有的。
5、由于流體由高壓邊流到低壓邊，須要經(jīng)過(guò)數(shù)以百計(jì)的棱邊，每一道棱邊不但產(chǎn)生渦流阻力，還能導(dǎo)致一部分流體向軸向流動(dòng)，因此本發(fā)明在阻止流體由高壓邊向低壓邊流動(dòng)比較起現(xiàn)有技術(shù)來(lái)更為有效，也就是說(shuō)內(nèi)阻力更大。在負(fù)載變化時(shí)壓力反應(yīng)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(jià)低廉。事實(shí)上導(dǎo)流槽數(shù)量愈多愈容易做，因?yàn)椴塾鄤t愈淺，用壓花加工愈容易。斜槽也不構(gòu)成困難，因?yàn)橛眯眽夯ǖ都纯伞?br>除了以上的實(shí)施例，本發(fā)明還有更廣泛的用途，以下舉出一些其他實(shí)施例。
如圖7所示，倘軸比軸承短，則高壓槽(6)和導(dǎo)流槽(7)都可做在軸上。這種結(jié)構(gòu)用于精密導(dǎo)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(gè)軸向負(fù)荷，則可做成推力軸承或流體墊，(8)為高壓槽，(9)為導(dǎo)流槽。作為單邊推力軸承或流體墊，流體輸入的地方(在進(jìn)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(gè)應(yīng)用是在流體傳動(dòng)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(dǎo)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?yàn)榇蟠鬁p少摩損和摩擦。圖10代表這樣一種柱塞。當(dāng)柱塞(10)受到壓力時(shí)，柱塞下因受壓而提高了壓力的流體即經(jīng)過(guò)導(dǎo)流槽(11)而溢出。如果柱塞受偏心負(fù)荷而被壓向一邊時(shí)，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(dāng)中一小段(a)保持光滑外，其余處兩端都?jí)荷蠈?dǎo)流槽(12)。當(dāng)活塞上受到壓力時(shí)，上方的導(dǎo)流槽和中部的光滑段(a)構(gòu)成一組靜壓軸承。當(dāng)活塞的下面受到壓力時(shí)，下方的導(dǎo)流槽和中部光滑部分構(gòu)成一組靜壓軸承。這樣無(wú)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(gè)自動(dòng)定心，同時(shí)能自動(dòng)定向的柱塞，可用于材料試驗(yàn)機(jī)上精密測(cè)壓或精密平衡。(Ⅰ)段是導(dǎo)流槽，(Ⅱ)是封流邊，(Ⅲ)是一個(gè)均壓槽，(Ⅳ)又是導(dǎo)流槽，(Ⅴ)又是封流邊。因此這結(jié)構(gòu)是兩個(gè)靜壓軸承串連，當(dāng)中有一個(gè)均壓槽。尚兩個(gè)靜壓軸承尺寸一樣，則顯然經(jīng)過(guò)每一個(gè)軸承的壓力降都是柱塞下壓力的一半。兩個(gè)軸承都起作用。而當(dāng)中的均壓槽使兩個(gè)軸承都能獨(dú)立定心，使整個(gè)裝置起定向作用。
當(dāng)然不應(yīng)把本發(fā)明理解為以上的這些有限的實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)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(yùn)動(dòng)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(jìn)入高壓槽，通過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(shuō)的封流邊；其余面積上布滿前面所說(shuō)的小槽，在本發(fā)明中改稱(chēng)為導(dǎo)流槽(5)；這種導(dǎo)流槽數(shù)量很多，是一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)布置，可達(dá)數(shù)以百計(jì)，視加工方法或零件大小而定；導(dǎo)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(dǎo)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(shuō)的相互運(yùn)動(dòng)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(shuō)的相互運(yùn)動(dòng)的偶合副可以是靜壓導(dǎo)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(shuō)的相互運(yùn)動(dòng)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(shuō)的導(dǎo)流槽(5)在通向封流邊時(shí)，可以采取最短的途徑，也可以使偶合副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，能通過(guò)流體的粘性作用使一部分流體沿軸向由低壓向高壓流動(dòng)，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(shuō)的導(dǎo)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(shuō)的導(dǎo)流槽(5)可以用壓花、腐蝕或其他容易加工的方法刻成。
專(zhuān)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(dǎo)軌等，有很好的自動(dòng)調(diào)心作用。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征是由靜止件和運(yùn)動(dòng)件構(gòu)成偶合副，高壓流體經(jīng)輸送孔道進(jìn)入高壓槽，通過(guò)導(dǎo)流槽和封流邊溢出。偶合件中另一件是完全光滑的。導(dǎo)流槽很多很細(xì)，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(shí)間快，內(nèi)阻尼大，可靠性好，承載能力強(qiáng)，加工容易，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16C32/06GK86105066SQ86105066
公開(kāi)日1987年10月21日 申請(qǐng)日期1986年8月26日
發(fā)明者雷天覺(jué), 涂光祺 申請(qǐng)人:機(jī)械工業(yè)部北京電機(jī)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan