一种动压柱体转动副的制作方法

本发明属于机械领域，具体涉及一种动压柱体转动副。

背景技术：

现有技术的转动副大多转动时为接触状态，转动精度和效率均不高。

采用气体或液体动压技术与柱体结构结合的轴承，是目前提高主轴旋转精度有效的途径之一。

根据气体(空气)或液体(油液)动压技术基本原理，液体或气体介质，分别进入到柱体轴承凹柱面的多个腔室中，当凸柱旋转时，介质从多个腔室中形成动压力，凸柱转速越高、介质密度越高、凹凸柱间隙越小，动压力越大，由于凹、凸柱面之间有一定的间隙，凸柱浮起，旋转时处于非接触状态，但该柱体轴承的凹柱面及腔室的加工精度要求高，加工成本大。

根据气体(空气)或液体(油液)动压技术基本原理，动压技术不需要供压力油,只要在凹腔里做成所要求的斜楔衬套,并有充足的气体或液体介质,圆柱旋转后便产生动压力而浮起，其动压力的大小与下面条件有关:两个圆柱间隙越小、柱径工作面尺寸和介质密度越大、旋转速度越高,动压力就越大。但该柱体轴承的圆柱工作面、外圆柱内凹腔的加工精度和加工成本很高。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对凹柱面及腔室加工精度要求不高，能降低加工成本的动压柱体转动副。

本发明提供了一种动压柱体转动副，具有这样的特征，包括容纳组件，包括具有内凹圆柱面和外表面的容纳件和多个动压衬套；以及转动件，具有与内凹圆柱面相配的外凸圆柱面，设置在内凹圆柱面内，其中，容纳件具有多个用于通过流体的动压通道，动压通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹圆柱面和外表面，动压通道包括设置在内凹圆柱面上向内凹的第一凹腔和连通第一凹腔和外表面的动压孔道，动压衬套具有动压凹腔，动压衬套设置在第一凹腔的开口处且动压凹腔的的开口朝向内凹圆柱面，动压凹腔的底部与第一凹腔相连通，动压衬套凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的。

在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，多个动压衬套沿至少一个布置平面设置在内凹圆柱面上，布置平面为垂直于转动件旋转轴线的平面。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套的数量至少为3个。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，动压凹腔沿布置平面的剖面呈月牙形或沿布置平面的剖面的两端呈楔形，动压凹腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，设置在内凹的圆柱面底面上的第一凹腔的数量至少为2个。内凹圆柱面和外凸圆柱面上均设置有防腐涂层。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套的顶端面高于内凹圆柱面。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套的顶端面为与内凹圆柱面吻合的弧形面且与内凹圆柱面相吻合。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，动压衬套与容纳件为固定连接或可拆卸连接。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，转动构件的外凸圆柱面上沿布置平面设置有与动压凹腔相对应的内凹的环槽或外凸的环带。

另外，在本发明提供的动压柱体转动副中，还可以具有这样的特征：其中，动压凹腔的内凹深度为4－8mm，动压凹腔总表面积占内凹圆柱面总表面积的40－60％，间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为h2/h1，h2为动压凹腔的底部与外凸圆柱面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸圆柱面的距离。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的动压柱体转动副，包括容纳组件和转动件，容纳组件包括具有内凹圆柱面和外表面的容纳件和多个动压衬套，容纳件具有多个用于通过流体的动压通道，动压通道设置在容纳件的内壁中且贯通内凹圆柱面和外表面，动压通道包括设置在内凹圆柱面上向内凹的第一凹腔和连通第一凹腔和外表面的动压孔道，动压衬套具有动压凹腔，动压衬套设置在第一凹腔的开口处且动压凹腔的的开口朝向内凹圆柱面，动压凹腔的底部与第一凹腔相连通，动压凹腔的横截面从底部至开口是逐渐扩大的。

根据本发明所涉及的动压柱体转动副，工作状态时，凸柱旋转时与凹柱面互不接触，始终处在气体或液体摩擦状态，这样，凸柱旋转时的旋转中心跳动量μ与凹凸柱的制造误差没有直接关系，即凸柱跳动量不等于凹凸柱圆度误差量，根据实测，凸柱旋转时的跳动量是凹凸柱圆度误差量约为1/5－1/10，因此采用气体或液体动压技术能提高转动副上转动轴的动态旋转精度，达到0.1-1.0μm。

动压技术不需输入有压力的介质，但必需保证凹柱的腔室有足够的油量、一定的粘度的介质、凹柱与凸柱之间较小的间隙以形成斜楔(楔尖向着凸柱的旋转方向)，具备了这些条件,当凸柱旋转时，介质从斜楔大端挤进小端而形成动压力，由此可知，凸柱不转不产生压力，转速越高、介质密度越高、凹凸柱间隙越小，动压力越大。

另外，由于动压衬套是后设置在内凹圆柱面上的，衬套的动压凹腔的加工可以单独加工，因此加工难度大大降低，从而提高了动压凹腔加工的工作效率，降低了加工成本。

附图说明

图1是本发明的实施例中动压柱体转动副示意图；

图2是本发明的实施例中容纳件剖视示意图；以及

图3是图1中局部a在布置平面的剖视示意放大图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的动压柱体转动副作具体阐述。

实施例一

如图1所示，动压柱体转动副100包括容纳组件10和转动件20。

容纳组件10包括容纳件11和多个动压衬套12。

如图2所示，容纳件11包括内凹圆柱面111、外表面112、多个动压通道113以及通孔114。

而在有些不需要轴通过的场合，容纳件11可以不设置通孔114。本实施例中，容纳件11在内凹圆柱面111中心的水平方向设置有用于轴通过的通孔114，容纳件11采用金属制成。

动压通道113设置在容纳件11的内壁中且贯通内凹圆柱面111和外表面112，动压通道113包括设置在内凹圆柱面111上向内凹的第一凹腔113a和连通第一凹腔113a和外表面112的动压孔道113b，动压通道113用于通过流体，外部的流体通过外表面的动压孔道113b进入凹圆柱面111。本实施例中，该流体为液体油，第一凹腔113a呈柱形。

如图3所示，动压衬套12具有动压凹腔121，动压衬套12设置在第一凹腔113a的开口处且动压凹腔121的开口朝向内凹圆柱面111，动压凹腔121的底部与第一凹腔113a相连通，动压凹腔121的横截面从底部至开口是逐渐扩大的，多个动压凹腔121沿至少一个布置平面设置在内凹圆柱面111上，布置平面为垂直于转动件20旋转轴线的平面，实施例中，转动件20旋转轴线为水平线，布置平面为2个，动压凹腔121的数量为16个,每个布置平面上的动压凹腔121的数量为8个。

如图2所示，多个动压衬套12沿至少一个布置平面设置在内凹圆柱面111上，布置平面为垂直于转动件20旋转轴线的平面，实施例中，转动件20旋转轴线为水平线，布置平面为2个，动压衬套12的数量为16个,每个布置平面上的动压衬套12的数量为8个。

设置在内凹的圆柱面111底面上的第一凹腔113a的数量至少为2个，用于提供轴向力，实施例中设置在内凹的圆柱面111底面上的第一凹腔113a的数量为4个，围绕转动件20旋转轴线均匀设置在内凹的圆柱面111底面上。

如图1所示，转动件20具有外凸圆柱面21，转动件20的外凸圆柱面21与内凹圆柱面111相配，凹、凸柱面之间有一定的间隙，转动件20绕水平轴线在内凹圆柱面111内旋转，当外部的液体油通过外表面的动压孔道113b经过动压衬套12进入凹圆柱面111时，转动件20浮起，旋转时处于非接触状态。

实施例中，转动件20在水平方向设置有与通孔114相匹配的用于轴通过的通孔。

实施例二

本实施例其它结构与实施例一相同，不同的是动压凹腔121腔口的形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形以及梯形中的任意一种。动压凹腔121沿布置平面的剖面呈月牙形或沿布置平面的剖面的两端呈楔形，

实施例二中动压凹腔121腔口的形状为梯形，沿布置平面的剖面呈月牙形。

实施例三

本实施例其它结构与实施例二相同，不同的是动压凹腔121的向内凹的深度为4－8mm，动压凹腔121总表面积占内凹圆柱面总表面积的40－60％。

实施例四

如图3所示，本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是动压衬套12的顶端面为与内凹圆柱面吻合的弧形面且与内凹圆柱面相吻合，间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为h2/h1，h2为动压凹腔的底部与外凸圆柱面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸圆柱面的距离。当间隙比为2.2时,承载能力最大。它根据载荷、转速、油的粘度、轴和轴承的材料及加工精度等因素决定。

实施例四中间隙比为2。

实施例五

本实施例其它结构与实施例三相同，不同的是动压衬套12的顶端面高于内凹圆柱面111，间隙比为2－2.5,间隙比的表达式为h2/h1，h2为动压凹腔的底部与外凸圆柱面的距离，h1为动压衬套的顶端面与外凸圆柱面的距离。当间隙比为2.2时,承载能力最大。它根据载荷、转速、油的粘度、轴和轴承的材料及加工精度等因素决定。

实施例五中，动压衬套12的顶端面高于内凹圆柱面11的距离为0.5mm，间隙比为2.1，动压凹腔121的内凹的深度为4mm，动压凹腔121的总表面积占内凹圆柱面111总表面积的45％。

动压衬套12的轴向剖面可以为阶梯形状。

实施例六

本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是动压衬套12与第一凹腔113a为固定连接。

动压衬套12与第一凹腔113a为固定连接的方式采用粘接或过盈配合，实施例六中动压衬套12与第一凹腔113a连接的方式采用粘接。

实施例七

本实施例的其它结构与实施例五相同，不同的是动压衬套12与第一凹腔113a为可拆卸连接。

实施例七中动压衬套12与第一凹腔113a连接的方式采用螺钉连接。

实施例八

本实施例的其它结构与实施例七相同，不同的是内凹圆柱面111上设置有防腐涂层。

实施例八中的防腐涂层为纳米陶瓷。

实施例九

本实施例的其它结构与实施例七相同，不同的是外凸圆柱面21上设置有防腐涂层。

本实施例的防腐涂层为防腐漆。

实施例十

本实施例的其它结构与实施例四相同，不同的是转动构件20的外凸圆柱面21上沿布置平面设置有2条与动压凹腔121相对应的内凹的环槽211。

实施例十一

本实施例的其它结构与实施例四相同，不同的是转动构件20的外凸圆柱面21上沿布置平面设置有2条与动压凹腔121相对应的外凸的环带211。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的动压柱体转动副，凸柱旋转时与凹柱互不接触，始终处在气体或液体摩擦状态，这样，凸柱旋转时的旋转中心跳动量与凹凸柱的制造误差没有直接关系，即凸柱跳动量不等于凹凸柱圆度误差量，根据实测，凸柱旋转时的跳动量是凹凸柱圆度误差量约为1/5－1/10，因此采用气体或液体动压技术能提高主轴动态旋转精度。

另外，衬套是后设置在内凹圆柱面上的，衬套凹腔的加工难度要求大大降低，从而提高了衬套凹腔加工的工作效率，降低了加工成本。

进一步地，衬套的顶端高于内凹圆柱面，内凹圆柱面的加工精度要求不高，具有提高工作效率，降低内凹圆柱面加工成本的作用。

进一步地，衬套与容纳构件为粘结固定连接，具有加工方便的特点。

进一步地，转动构件的外凸圆柱面上沿布置平面设置有与衬套相对应的外凸的环带，对外凸圆柱面的加工精度要求大大降低，从而提高了工作效率，降低了加工成本。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。