專利名稱：多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種靜壓軸承，具體涉及一種多維振動系統(tǒng)部件 球形靜壓軸承。
背景技術(shù)：
現(xiàn)實環(huán)境中大多數(shù)產(chǎn)品的振動環(huán)境都是多方向、多自由度的，但 由于多維振動試驗成本較高，技術(shù)難度大，傳統(tǒng)的振動環(huán)境試驗大多 采用了單向振動的試驗方法。隨著產(chǎn)品精度、可靠性要求及試驗效率 的不斷提高，單向振動試驗已不能滿足振動環(huán)境的試驗要求，同時發(fā) 現(xiàn)一些進(jìn)行過單向振動試驗考核的產(chǎn)品，在實際工作中仍然會由于振 動環(huán)境影響而產(chǎn)生故障。在國外，多維振動系統(tǒng)已成為環(huán)境振動試驗 中主要的設(shè)備，近幾年來，多維振動試驗系統(tǒng)在國內(nèi)開始得到較多的 應(yīng)用，雖然也在振動設(shè)備研制及多維振動試驗方面取得了不少成績， 但在一些關(guān)鍵裝置的研究方面還有不小的差距。多維振動系統(tǒng)是由多個單向的振動臺，如電液式、電動式及氣動 式等，對同一個工作平臺在不同方向激振而構(gòu)成的，因為振動臺只能 產(chǎn)生一個方向的振動，并且只能在驅(qū)動方向上運動，所以在多維振動 試驗中各振動臺與工作平臺之間需要通過一種機械解耦裝置聯(lián)接，振 動臺運動部分與工作平臺之間的聯(lián)接裝置的研制是多維振動系統(tǒng)的 關(guān)鍵之一。由于多維振動系統(tǒng)中各聯(lián)接部件的聯(lián)接剛度對振動系統(tǒng)的 性能來說十分重要，因此要求此聯(lián)接裝置具有很高的軸向剛度以達(dá)到 力傳遞率及相位差的要求，而目前國內(nèi)通常采用的自潤滑機械球接頭 無法實現(xiàn)這一目的。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供，種軸向剛度高，承載能力強，加工 成本較低，并且可以傳遞各種頻率段振動的多維振動系統(tǒng)部件球形靜 壓軸承。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案 一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，包括上、下端面為凹型內(nèi)球面的基座，分別與基座的兩個內(nèi) 球面相配合的上、下外半球，上、下外半球內(nèi)對應(yīng)設(shè)有上、下內(nèi)半球， 內(nèi)半球的外球面與外半球的內(nèi)球面相配合，沿基座的軸線方向設(shè)有豎 直的連接軸，該連接軸兩端與內(nèi)半球的外平面固定連接，所述的基座 上開有進(jìn)油孔、出油孔，基座的內(nèi)球面上開有球環(huán)形的基座油腔和球 環(huán)形的回油槽，內(nèi)半球的外球面上開有球環(huán)形的內(nèi)半球油腔，所述的 進(jìn)油孔通過油路通道分別與基座油腔、內(nèi)半球油腔相連通，所述的出 油孔通過回油通道分別與回油槽、儲油腔相連通。如上所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，基座內(nèi)球面的球面直徑為lOOmm，所述的基座油腔的深度為lmm，該基座油腔的一端點 與基座球心所在水平面的圓心角為42度，另一端點與基座球心所在 水平面的圓心角為53度，所述的基座回油槽的深度為3mm，該回油 槽的一端點與基座球心所在水平面的圓心角為30度，另一端點與基 座球心所在水平面的圓心角為35度。如上所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，內(nèi)半球外球面的球 面直徑為50mm，所述的內(nèi)半球油腔的深度為lmm，該內(nèi)半球油腔的一 端點與內(nèi)半球球心所在水平面的圓心角為12度，另一端點與內(nèi)半球 球心所在水平面的圓心角為60度。如上所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，外半球與基座之間 的密封采用由氟橡膠材料制成的0型密封圈進(jìn)行密封。如上所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，在外半球與連接軸 的連接處開有錐形孔，在連接軸與外半球之間設(shè)有緩沖圈。如上所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，連接軸兩端與內(nèi)半 球的外平面通過螺母和防松墊片固定連接，并在螺母與防松墊片之間 設(shè)有鋸齒鎖緊墊圈。如上所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，連接軸采用合金鋼 30CrMnSi材料制成。本實用新型的效果在于本實用新型所提供的一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，由于 上下兩個外半球的外球面分別與基座的兩個內(nèi)球面配合，兩個外半球的內(nèi)球面分別與內(nèi)半球的外球面配合，兩個外半球既能在基座內(nèi)球面 內(nèi)的一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，也能相對于內(nèi)半球在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，因此具 有平動位移大、轉(zhuǎn)動角度大等特點，軸承的活動范圍能夠滿足多數(shù)振 動臺行程的要求。在基座的內(nèi)球面和內(nèi)外球的外球面開有油腔，由外 部泵站往油腔內(nèi)注入壓力油，球形配合面通過供給高壓油產(chǎn)生的剛性 油膜傳遞外部的拉、壓載荷，可以在傳遞過程中達(dá)到足夠的剛度。同 時，基座和內(nèi)半球的球形表面上均采用球環(huán)形油腔，具有良好的可加 工性和散熱性。外半球與基座之間采用由氟橡膠材料制成的o型密封圈進(jìn)行密封，使o形密封圈具有良好的自密封特性，具有較高的耐熱溫度，且硬度比較大，比較耐磨，有良好的回彈性，能滿足密封球面 要求。連接軸兩端與內(nèi)半球的外平面通過螺母固定連接，并在螺母的 墊片上設(shè)有鋸齒鎖緊墊圈，可在墊圈和螺母之間形成預(yù)緊力，增大了 螺母相對轉(zhuǎn)動的摩擦力，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

圖1為本實用新型所提供的一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸 承剖面示意圖；圖2為本實用新型所提供的一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸 承平動效果示意圖；圖3為基座油腔剖面示意圖；圖4為內(nèi)半球油腔剖面示意圖。圖中l(wèi).基座；2.外半球；3.內(nèi)半球；4.連接軸；5.進(jìn)油孔； 6.出油孔；7.緩沖圈；8.密封圈；9.內(nèi)半球外平面；10.基座油腔； 11.內(nèi)半球油腔；12.第一節(jié)流孔；13.第一通油孔；14.第二通油孔； 15.第二節(jié)流孔；16.回油槽；17.第一回油孔；18.第二回油孔；19. 第三回油孔；20.儲油腔；21.內(nèi)半球空腔；22.沉孔；23.螺母；24.防松墊片25.鋸齒緊鎖墊圈。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型所提供的一種多維振動系 統(tǒng)部件球形靜壓軸承作進(jìn)一步描述。如圖l所示， 一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，包括上、下端面為凹型內(nèi)球面的基座l，分別與基座1的兩個內(nèi)球面相配合的上、下外半球2，上、下外半球2內(nèi)對應(yīng)設(shè)有上、下內(nèi)半球3，內(nèi)半球3 的外球面與外半球2的內(nèi)球面相配合，沿基座1的軸線方向設(shè)有豎直 的連接軸4，該連接軸4兩端與內(nèi)半球3的外平面9固定連接，所述 的基座1上開有進(jìn)油孔5、出油孔6，基座1的內(nèi)球面上開有球環(huán)形 的基座油腔10、球環(huán)形的回油槽16，內(nèi)半球3的外球面上開有球環(huán) 形的內(nèi)半球油腔11，所述的進(jìn)油孔5通過油路通道分別與基座油腔 10、內(nèi)半球油腔ll相連通，所述的出油孔6通過回油通道分別與回 油槽16、儲油腔20相連通。外部高壓油通過進(jìn)油孔5分成兩個液壓油路進(jìn)入靜壓軸承，第一 個液壓油路通過基座1的第一節(jié)流孔12進(jìn)入基座油腔10，在基座油 腔10中高壓油的作用下， 一部分液壓油通過基座1與上下兩個外半 球2配合面的縫隙分別流到位于基座1的環(huán)形回油槽16，并通過第 一回油孔17、出油孔6流出軸承，另一部分液壓油通過儲油腔20、 第二回油孔18和出油孔7流出軸承。第二個液壓油路是通過基座1 上的第一通油孔13進(jìn)入位于連接軸4中的第二通油孔14，液壓油再 通過第二通油孔14分別進(jìn)入上下兩個內(nèi)半球3的節(jié)流孔15，流入內(nèi) 半球油腔ll，在內(nèi)半球油腔ll中高壓油的作用下， 一部分液壓油通 過內(nèi)半球3外球面和外半球2內(nèi)球面的配合面的間隙流到內(nèi)半球空腔 21，通過位于內(nèi)半球3中的第三回油孔19進(jìn)入儲油腔20，另一部分 液壓油直接通過內(nèi)半球3的外球面和外半球2的內(nèi)球面的配合面縫隙 直接流到儲油腔20中，儲油腔20中的液壓油再通過位于基座1上的 第二回油孔18和出油孔6流出軸承。高壓油流入基座油腔10中后， 一部分液壓油通過基座1的內(nèi)球 面與外半球2的外球面的配合球面的間隙流入到位于基座1的環(huán)形回 油槽16中，部分液壓油會沿著配合球面的間隙繼續(xù)向上流動甚至滲 出軸承，因此在基座1與外半球之伺設(shè)有0形密封圈8，由于外半球 2的外球面與基座1的內(nèi)球面之間會產(chǎn)生相對運動，使得O形密封圈 8所需密封的一端為相對運動的球面，而且要求密封圈8具有較小的 活動摩擦力， 一般的密封形式和密封圈的材料很難完成這種苛刻的要求，在實用新型中則采用由耐溫耐磨的氟橡膠材料制成的o型密封圈，該o型密封圈具有良好的自密封特性，較高的耐熱溫度，且硬度比較大，比較耐磨，有良好的冋彈性，能滿足密封相對運動球面的要 求。多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承經(jīng)常在不同的頻率范圍和振動量級下工作，振動很容易引起連接軸4上的螺母23變松甚至失去預(yù) 緊力，針對這種情況設(shè)計了防松墊片24，該防松墊片24設(shè)有與連接 軸4中的凹槽相配合的凸臺。利用連接軸4中的凹槽和防松墊片24 中的一個凸臺的配合保持連接軸4和防松墊片24相對靜止，進(jìn)而使 螺母23和連接軸4沒有相對轉(zhuǎn)動。為了增加連接軸4保持預(yù)緊力不 變的可靠性還在防松墊片24上加了鋸齒鎖緊墊圈25，使防松墊片24 和螺母23之間形成附加預(yù)緊力，增大了螺母23相對轉(zhuǎn)動的摩擦力， 進(jìn)一步提高軸承的可靠性。在外部打入高壓油的狀態(tài)下，基座油腔IO和內(nèi)半球油腔11中充 滿高壓油，外半球2和基座1接觸球面以及外半球2和內(nèi)半球3的接 觸球面均處于高剛度油膜的作用下，各配合面處于完全滑動摩擦狀 態(tài)，摩擦力極小。中間的連接軸4依靠兩端的螺母23、鋸齒鎖緊墊 圈25以及防松墊片24固定于上下兩個內(nèi)半球3的外端。在各接觸球 面高剛度油膜壓力的作用下，上下兩個內(nèi)半球3沿軸承軸向會發(fā)生微 小的位移，通過內(nèi)半球3上面的螺母23使連接軸4發(fā)生彈性變形。 所以連接軸4的材料和結(jié)構(gòu)決定著整個靜壓軸承的全部力學(xué)特性，連 接軸的彈性剛度大小決定著配合球面的油膜間隙大小，間接的與整個 軸承油膜剛度、流量和承載能力等都存在有很大的關(guān)系。由于選用合 金鋼30CrMnSi材料，連接軸4的變形量很微小，并始終處于彈性范 圍內(nèi)，變形量等于各配合球面的油膜間隙，這樣高的聯(lián)接剛度正是振 動試驗裝置所需要的。多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承上下兩個外半球2的最大轉(zhuǎn)動 角度一般是固定的，如圖2所示，本軸承的外半球2的最大轉(zhuǎn)動角度 為12度。為了限制外半球2轉(zhuǎn)動到最大角度的位置后與連接軸4發(fā)生剛性的碰撞，在外半球2的錐形孔的部分裝有緩沖圈7，緩沖圈7 是由高彈性、高硬度的聚氨酯制成。當(dāng)外半球2轉(zhuǎn)動到極限位置后，先與緩沖圈7接觸，隨著碰撞變形的增大，外半球2的轉(zhuǎn)動阻力也將 增大，從而避免了外半球2與連接軸4的剛性碰撞。如圖3所示，基座1內(nèi)球面的球面直徑為100mm，基座油腔10 的深度為lmm，該基座油腔10的一端點與球心所在水平面的圓心角 為42度，另一端點與球心所在水平面的圓心角為53度，基座回油槽 16的深度為3mm，該回油槽16的一端點與球心所在水平面的圓心角 為30度，另一端點與球心所在水平面的圓心角為35度。如圖4所示，內(nèi)半球3外球面的球面直徑為50mm，所述的內(nèi)半 球油腔11的深度為lmm，該內(nèi)半球油腔11的一端點與球心所在水平 面的圓心角為12度，另一端點與球心所在水平面的圓心角為60度。工作時，多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承一端通過沉孔22與振 動臺連接，另一端通過沉孔22與工作平臺連接，外部恒壓油源產(chǎn)生 的高壓油從進(jìn)油孔5流入。研制的軸承在外部供油壓力達(dá)到研制軸承 的設(shè)計要求狀態(tài)后，軸承上下外半球12的上下端面的法蘭盤部分相 對轉(zhuǎn)動比較輕松，可見軸承中的各配合面處于液體滑動狀態(tài)，摩擦阻 力小，功耗損失小，傳遞效率高。由于軸承的浮起是依靠外部高壓油 而實現(xiàn)的，在各種相對運動速度下軸承都具有較高的承載能力。在作 用力的方向頻繁高速改變的條件下，只要外部恒壓油源正常工作，都 不會造成金屬之間的直接接觸而產(chǎn)生磨損。經(jīng)測試實驗證明，本實用新型的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承 的一階共振頻率接近于振動臺系統(tǒng)的一階固有頻率，可見本實用新型 的軸承具有較好的傳遞率，和較寬的工作頻率范圍?？傊緦嵱眯?型所提供的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承具有傳遞能力強，承載能 力高，工作頻率高，工作穩(wěn)定可靠，加工成本低等特點。
權(quán)利要求1.一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，其特征在于包括上、下端面為凹型內(nèi)球面的基座(1)，分別與基座(1)的兩個內(nèi)球面相配合的上、下外半球(2)，上、下外半球(2)內(nèi)對應(yīng)設(shè)有上、下內(nèi)半球(3)，內(nèi)半球(3)的外球面與外半球(2)的內(nèi)球面相配合，沿基座(1)的軸線方向設(shè)有豎直的連接軸(4)，該連接軸(4)兩端與內(nèi)半球(3)的外平面(9)固定連接，所述的基座(1)上開有進(jìn)油孔(5)、出油孔(6)，基座(1)的內(nèi)球面上開有球環(huán)形的基座油腔(10)和球環(huán)形的回油槽(16)，內(nèi)半球(3)的外球面上開有球環(huán)形的內(nèi)半球油腔(11)，所述的進(jìn)油孔(5)通過油路通道分別與基座油腔(10)、內(nèi)半球油腔(11)相連通，所述的出油孔(6)通過回油通道分別與回油槽(16)、儲油腔(20)相連通。
2 .按照權(quán)利要求1所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，其 特征在于所述的基座(1)內(nèi)球面的球面直徑為100mm，所述的基 座油腔(10)的深度為lmm，該基座油腔(10)的一端點與基座(1) 球心所在水平面的圓心角為42度，另一端點與基座(1)球心所在水 平面的圓心角為53度，所述的基座回油槽(16)的深度為3腿，該 回油槽(16)的一端點與基座(1)球心所在水平面的圓心角為30度， 另一端點與基座(1)球心所在水平面的圓心角為35度。
3. 按照權(quán)利要求1所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，其 特征在于所述的內(nèi)半球(3)外球面的球面直徑為50mm，所述的內(nèi) 半球油腔(11)的深度為lmm，該內(nèi)半球油腔(11)的一端點與內(nèi)半 球(3)球心所在水平面的圓心角為12度，另一端點與內(nèi)半球(3) 球心所在水平面的圓心角為60度。
4. 按照權(quán)利要求2或3所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承， 其特征在于所述的外半球(2)與基座(1)之間的密封釆用由氟橡 膠材料制成的O型密封圈(8)進(jìn)行密封。
5. 按照權(quán)利要求4所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，其特征在于在外半球(2)與連接軸(4)的連接處開有錐形孔，在連 接軸(4)與外半球(2)之間設(shè)有緩沖圈(7)。
6. 按照權(quán)利要求4所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，其 特征在于所述的連接軸(4)兩端與內(nèi)半球(3)的外平面(9)通 過螺母(23)和防松墊片(24)固定連接，并在螺母(23)與防松墊 片(24)之間設(shè)有鋸齒鎖緊墊圈(25)。
7. 按照權(quán)利要求4所述的多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承，其 特征在于所述的連接軸(4)采用合金鋼30CrMnSi材料制成。
專利摘要本實用新型屬于一種軸承，具體涉及一種多維振動系統(tǒng)部件球形靜壓軸承。其特點在于兩個外半球既能在基座內(nèi)球面內(nèi)的一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，也能相對于內(nèi)半球在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，具有平動位移大、轉(zhuǎn)動角度大等特點，活動范圍能夠滿足多數(shù)振動臺行程的要求；在基座的內(nèi)球面和內(nèi)外球的外球面開有用于承載載荷的油腔，可以在傳遞過程中達(dá)到足夠的剛度；基座和內(nèi)半球的球形表面上均采用球環(huán)形油腔，具有良好的可加工性和散熱性。本實用新型非常適于多維振動系統(tǒng)中振動臺與工作平臺之間的連接。
文檔編號G01M7/02GK201125947SQ20072031004
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者周興廣, 張巧壽 申請人:北京強度環(huán)境研究所