本发明涉及磁气混合轴承支撑以及用气体驱动的主轴，特别是一种基于磁气混合球面轴承的气动双向输出轴。
背景技术：
随着科学技术的发展，对各种机床设备的需求量越来越大，对机床设备精度的要求越来越严苛，对机床的效率要求也越来越高。主要靠轴承机械支撑的普通机床，由于长时间的机械磨损，零部件的精密加工精度很难达到要求。此类主轴加工、组装复杂，轴承需润滑，容易带入杂质，无法应用在某些需要洁净加工环境的食品、医疗等行业。
为了满足机床高精度加工要求，现广泛地采用了气浮轴承，利用空气比油粘滞性小、耐高温、无污染的特点，解决了机床加工不少难点。后来为了提高气浮轴承的稳定性以及保护气浮轴承，采用了磁气结合的方式，更加完善了主轴。
现有的机床，为了提高工作效率，一部分采用了双向主轴输出的形式。该类主轴必须采用内置驱动形式，而现有的内置驱动，几乎都采用了电机。内置电机，既节省了空间，也解决了双向主轴驱动的问题。但是，主轴双向输出时，采用一般的径向气浮轴承，要特别考虑设计轴向支承问题；另外很重要的是内置电机，它在高速运行时或者长时间工作状态下，发热问题很严重，所有要特别设计一套冷却系统，这样使得主轴的设计组装变得十分复杂。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于磁气混合球面轴承的气动双向输出轴，以解决主轴组装复杂、旋转平稳性差、需要不断润滑、加工洁净环境、加工效率、内置驱动发热、冷却的问题。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括挡板、永磁体、球面轴承主轴、叶轮、永磁铁座、导气壳体和主轴衬托件；所述的球面轴承主轴包括一体成型的球面轴承和对称设置在球面轴承两侧的两根伸出轴；所述的伸出轴包括由内至外依次布置的第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段；第三轴段设有外螺纹；第一轴段轴径大于第二轴段轴径，第二轴段轴径大于第三轴段外螺纹大径，第三轴段外螺纹小径大于第四轴段轴径。
所述主轴衬托件的中心处开设有球面轴承支承孔和衬托件排气孔；衬托件排气孔的内端与球面轴承支承孔连通，衬托件入气孔的外端开放设置；球面轴承支承孔的侧壁开设有关于伸出轴中心轴线对称的两个衬托件入气孔组；所述的衬托件入气孔组包括沿球面轴承径向布置的m个衬托件入气孔，m的取值范围为2～5；衬托件入气孔中心轴线与伸出轴中心轴线的夹角，以及相邻衬托件入气孔中心轴线之间的夹角均为k，k＝90°/(m+1)；两个主轴衬托件的衬托件排气孔分别套入对应一根伸出轴的第一轴段上，且两个主轴衬托件的内端通过螺栓连接，两个主轴衬托件的球面轴承支承孔将球面轴承合围住。
所述的导气壳体内侧壁设有隔离环，隔离环将导气壳体分隔成内、外腔；隔离环的中心处开设有轴向通气孔，轴向通气孔的侧壁开设沿圆周均布的n个径向出气孔，n的取值范围为2～8，径向出气孔的外端开放设置；导气壳体位于内腔处的侧壁开设有沿圆周均布的n个第一入气口，导气壳体位于外腔处的侧壁开设有沿圆周均布的n个第二入气口；两个导气壳体的隔离环分别套置在对应伸出轴的第一轴段上，隔离环的轴向通气孔与伸出轴的第一轴段之间形成轴向通气道；导气壳体的隔离环内端面与对应主轴衬托件的外端面贴紧设置，轴向通气道与对应主轴衬托件的衬托件排气孔连通；两个导气壳体的内腔将两个主轴衬托件合围住；两个叶轮分别套置在对应伸出轴的第二轴段上，且设置在导气壳体的外腔内；伸出轴的第三轴段通过外螺纹连接有锁紧螺母；第一轴段与第二轴段形成的轴肩用于叶轮的轴向定位，锁紧螺母压紧叶轮外端面。
所述导气壳体的外端通过螺钉连接有永磁铁座，永磁铁座的中心孔内端设有定位凸环；所述永磁铁座的中心孔内放置环形的永磁铁，定位凸环对永磁铁内端面定位；永磁铁设置在伸出轴的第四轴段处；定位凸环与第四轴端之间形成第一间隙孔，永磁铁内壁与第四轴段之间形成第二间隙孔，挡板内壁与第四轴段形成轴向出气孔；第一间隙孔连通导气壳体的外腔和第二间隙孔内端，轴向出气孔与第二间隙孔外端连通。
所述的叶轮与第二轴段采用过盈配合。
所述的叶轮与第二轴段通过键连接。
所述的永磁铁采用抗高温材料。
所述的永磁铁座外端通过螺钉连接有挡板，挡板压紧永磁铁外端面；挡板设置在伸出轴的第四轴段处。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用双向输出，提高了主轴的工作效率。
2、本发明采用完全对称结构并利用永磁铁，解决气浮主轴一般都存在的运动不稳定问题。
3、本发明采用能够承受高温的永磁铁，使得主轴在未工作时保持悬浮状态，从而达到保护主轴的目的，同时也能保证其在高温下正常工作。
4、本发明采用球面轴承主轴，可以很好地解决主轴径向与轴向的承受力问题。
5、本发明采用空气驱动叶轮作为主轴的动力来源，可以很好地解决一般内置驱动的发热，冷却问题。
6、本发明确保了主轴旋转的平稳性，球面轴承无需润滑，加工、组装容易，且适用于洁净环境，甚至是高温，高辐射环境。
附图说明
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，由于整个装置左右完全对称，因此相同的部件不再用参考符号表示。在附图中：
图1为本发明的装配结构示意图。
图中：1、挡板，2、永磁铁，3、球面轴承主轴，4、锁紧螺母，5、叶轮，6、永磁铁座，7、第二入气口，8、导气壳体，9、径向出气孔，10、主轴衬托件，11、第一入气口，12、衬托件入气孔。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种基于磁气混合球面轴承的气动双向输出轴，包括挡板1、永磁体2、球面轴承主轴3、叶轮5、永磁铁座6、导气壳体8和主轴衬托件10；球面轴承主轴3包括一体成型的球面轴承和对称设置在球面轴承两侧的两根伸出轴，球面轴承起支撑作用；球面轴承主轴的双向输出形式，可大大提高工作效率；伸出轴包括由内至外依次布置的第一轴段、第二轴段、第三轴段和第四轴段；第三轴段设有外螺纹；第一轴段轴径大于第二轴段轴径，第二轴段轴径大于第三轴段外螺纹大径，第三轴段外螺纹小径大于第四轴段轴径。
主轴衬托件10的中心处开设有球面轴承支承孔和衬托件排气孔；衬托件排气孔的内端与球面轴承支承孔连通，衬托件入气孔的外端开放设置；球面轴承支承孔的侧壁开设有关于伸出轴中心轴线对称的两个衬托件入气孔组；衬托件入气孔组包括沿球面轴承径向布置的m个衬托件入气孔12，m＝2；衬托件入气孔中心轴线与伸出轴中心轴线的夹角，以及相邻衬托件入气孔中心轴线之间的夹角均为k，k＝30°；两个主轴衬托件10的衬托件排气孔分别套入对应一根伸出轴的第一轴段上，且两个主轴衬托件10的内端通过螺栓连接，使得两个主轴衬托件10的球面轴承支承孔将球面轴承包裹起来，这样球面轴承主轴在径向和轴向上都有很好的支撑。
导气壳体8内侧壁设有隔离环，隔离环将导气壳体8分隔成内、外腔；隔离环的中心处开设有轴向通气孔，轴向通气孔的侧壁开设沿圆周均布的n个径向出气孔9，n＝2，径向出气孔的外端开放设置；导气壳体8位于内腔处的侧壁开设有沿圆周均布的n个第一入气口11，导气壳体8位于外腔处的侧壁开设有沿圆周均布的n个第二入气口7；两个导气壳体8的隔离环分别套置在对应伸出轴的第一轴段上，隔离环的轴向通气孔与伸出轴的第一轴段之间形成轴向通气道；导气壳体8的隔离环内端面与对应主轴衬托件10的外端面贴紧设置，轴向通气道与对应主轴衬托件10的衬托件排气孔连通；两个导气壳体的内腔将两个主轴衬托件合围住；两个叶轮分别套置在对应伸出轴的第二轴段上，且设置在导气壳体8的外腔内；叶轮5与第二轴段采用过盈配合或通过键连接。伸出轴的第三轴段通过外螺纹连接有锁紧螺母4；第一轴段与第二轴段形成的轴肩用于叶轮的轴向定位，锁紧螺母压紧叶轮外端面。
导气壳体8的外端通过螺钉连接有永磁铁座6，永磁铁座6的中心孔内端设有定位凸环；永磁铁座6的中心孔内放置环形的永磁铁2，定位凸环对永磁铁内端面定位；永磁铁采用抗高温材料，在高温下不会失去磁性。永磁铁座6外端通过螺钉连接有挡板1，挡板1压紧永磁铁外端面和阻挡外界的灰尘；永磁铁和挡板1均设置在伸出轴的第四轴段处；定位凸环与第四轴端之间形成第一间隙孔，永磁铁内壁与第四轴段之间形成第二间隙孔，挡板1内壁与第四轴段形成轴向出气孔；第一间隙孔连通导气壳体8的外腔和第二间隙孔内端，轴向出气孔与第二间隙孔外端连通。
该基于磁气混合球面轴承的气动双向输出轴的工作原理：
外界压缩空气通过第一入气口11和第二入气口7分别通入导气壳体8内、外腔；通入导气壳体8内腔的压缩空气通过主轴衬托件10的衬托件入气孔12进入球面轴承支承孔，用于支撑球面轴承，使得主轴可以无摩擦地运动；球面轴承支承孔出来的气体经主轴衬托件10的衬托件排气孔输送至隔离环的轴向通气孔；通入导气壳体8外腔的压缩空气驱动叶轮转动，从而带动主轴运动，然后经第一间隙孔、第二间隙孔及轴向出气孔排出；隔离环的径向出气孔9用于气体的疏通，防止内部气压过大以及气流混乱。在球面轴承主轴3未工作时，永磁铁支撑主轴，使其处于悬浮状态，起到保护主轴的作用；在球面轴承主轴3工作时，磁气结合支撑，使得球面轴承主轴3运动更加稳定。
本发明采用了双向输出，提高了球面轴承主轴3的工作效率；其采用完全对称结构并利用永磁铁，从而解决了气浮主轴一般都存在的运动不稳定问题；其采用能够承受高温的永磁铁，使得主轴在未工作时亦保持悬浮状态，从而达到保护主轴的目的，同时也能使得其在高温下能够工作；其采用了球面轴承主轴，很好地解决了主轴径向与轴向的承受力问题；其采用了空气驱动叶轮作为主轴的动力来源，很好地解决了一般内置驱动的发热，冷却问题；其确保了主轴旋转的平稳性，球面轴承无需润滑，加工、组装容易，且适用于洁净环境，甚至是高温、高辐射环境。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。