一种摇动副及使用该摇动副的空气轴承组件的制作方法

本发明涉及一种摇动副及使用该摇动副的空气轴承组件。

背景技术：

目前，三坐标测量机的x、y、z三个方向的导轨多采用气浮系统，这些气浮系统由导轨、气垫和与该气垫配套的推力传递及调节机构组成。其中，气垫的推力的传递及调节机构即为一摇动副，现有的摇动副包括有一球窝及一支撑杆，其中，球窝设于气垫的背面中心的安装孔处，球窝的中心处设有一工艺盲孔；支撑杆由球台、螺柱及六方体组成，球台设于支撑杆的端部，球台与球窝中的工艺盲孔活动接触。实际使用中要求摇动副摇动准确、灵活且接触面积大(即接触应力小)，因而摇动副与球窝理想设计为面接触，面接触时接触应力最小，如此要求只能在球台球窝配对研磨中实现，而这种配对研磨、配对存放、配对使用及配对更换的工艺程序要求很繁琐，气垫装入测量机前需现场配对研磨，程序繁琐，标准化及模块化程度低。但若不配对研磨，摇动副配合状态会出现以下几种问题：如球台的球面直径小于球窝的球面直径，球台的球面与球窝的工艺盲孔的孔沿接触，接触线直径小，接触应力大；如球窝的工艺盲孔的直径过小，接触线长度很短，接触应力会很大，摇动副的局部受力变形导致摇动精度低、阻力大；如球台的球径大于球窝的球面直径，球台坐落在球窝的顶面的边沿上，接触应力大，摇动副的摇动性能差。但受工艺的限制，多个气垫专业生产厂家的球台的顶端直径过小，一个接近半球深度的球窝只在球窝的底部承受气垫的推力，球窝底部的局部应力大导致局部变形大，摇动副达不到球面接触，用手摇动时感到发涩噪声刺耳，进入工作状态时摇动副将失效。虽然许多气垫专业生产厂家意识到这些问题，也规定了球台与球窝的严格间隙配合的尺寸公差以力图达到球台和球窝的面接触，但实际上只达到了球台与球窝的工艺盲孔的孔沿的线接触，工艺盲孔内的材料被掏空，承受气垫的推力将导致孔沿区域较大的变形，影响摇动副的摇动性能。

再者，现有摇动副中，球窝硬质阳极化后生成的铝陶瓷层(通常厚度20～40μm)与碳钢材质的球台的摩擦系数偏大，也影响摇动副的性能，球窝的铝基体的弹性模量低，仅为碳钢的1/3，抗压强度低，球窝的硬质阳极化层可能产生裂纹甚至掉渣，摇动副的性能随之变差，甚至摇动失效。

此外，该摇动副与气垫通常没有防脱机构进行固定，安装时一般需要两个或两个以上安装人员配合工作，安装相对麻烦。

鉴于此，有必要对现有的摇动副进行一定的改进，以满足制造简单且安装方便等需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制造简单且安装方便的摇动副及使用该摇动副的空气轴承组件。

为了解决上述技术问题，本发明公开了如下技术方案。一种摇动副，包括有：

一承力柱，所述承力柱自顶面中心向下凹陷形成有一同轴的锥坑，所述锥坑的小径端处形成有一与所述锥坑同轴且贯穿所述承力柱的底面的槽孔；

一挡圈环，所述挡圈环固定套设于所述槽孔内，所述挡圈环的内壁面上设有一第一环形槽；

一支撑杆，所述支撑杆包括有一螺柱、一设于所述螺柱的一端处的多边体及一设于所述螺柱的另一端处的球台套接部，所述球台套接部包括有一与所述螺柱连接且与所述锥坑的内壁面活动接触的球台部及一与所述球台部连接且匹配套接于所述挡圈环内的套接柱，所述套接部的外壁面上对应所述第一环形槽的位置处形成有一第二环形槽，所述套接部固定套接于所述挡圈环内时所述套接部的底面与所述挡圈环的底面之间存在有一第一活动间隙且所述挡圈环与所述球台部的底面之间存在有一第二活动间隙；

一钢丝挡圈，所述钢丝挡圈设置于所述第一环形槽与第二环形槽形成的容置腔中以实现所述挡圈环与套接部的固定套接。

其进一步技术方案为：所述套接部的底端面边角处设有一第一倒角。

其进一步技术方案为：所述第二环形槽上靠近所述套接部的底端面的一侧边角位置处设有一第二倒角。

其进一步技术方案为：所述球台部包括有一与所述螺柱连接的第一柱体及一固定套接于所述第一柱体上的空心球台，所述空心球台的球面与所述锥坑的内壁面活动接触。

其进一步技术方案为：所述空心球台通过过盈配合或者胶水粘结的方式固定套接于所述第一柱体上。

其进一步技术方案为：所述球台部包括有一所述螺柱连接的实心球台，所述实心球台的球面与所述锥坑的内壁面活动接触。

其进一步技术方案为：所述球台部包括有一所述螺柱连接的第二柱体及一设置于所述第二柱体的另一端处的半球台，所述半球台的球面与所述锥坑的内壁面活动接触。

其进一步技术方案为：所述挡圈环的内孔为一圆孔，所述套接柱呈圆柱状。

一种空气轴承组件，包括有一所述的摇动副及一气垫，所述气垫的工作面的背面中心处设有一用于固定安装所述承力柱的安装孔。

其进一步技术方案为：所述气垫的工作面上设有一均压槽，所述均压槽自所述气垫的工作面向下凹陷而成，所述均压槽上开设有若干圆管安装孔，所述圆管安装孔内固定安装有一短圆管，所述短圆管的中心位置处开设有同轴贯穿连通的第一槽孔及第二槽孔，所述第一槽孔的内径小于所述第二槽孔的内径，所述第二槽孔内固定安装有一红宝石轴承，所述红宝石轴承的中心处开设有一与所述第一槽孔连通的节流孔，所述红宝石轴承的端面与所述短圆管的端面齐平，所述红宝石轴承的端面与所述气垫的工作面之间形成有一气腔；所述气垫内设有一气道，所述气道与所述第一槽孔连通；所述气垫的侧面上开设有至少一与所述气道连通且用于安装丝堵的第一螺纹孔及一与所述气道连通且用于安装接嘴的接嘴孔，所述第一螺纹孔及所述接嘴孔与所述气道连通。

本发明的有益技术效果是：该摇动副包括有一承力柱、一挡圈环、一支撑杆及一钢丝挡圈，其中，球台部的球面与锥坑的内壁面活动接触，套接柱的底面与挡圈环的底面之间存在有一第一活动间隙且挡圈环与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙，球台部的球面可在锥坑的内壁面上自由摆动，无需过分要求面接触，加工制作相对简单；且支撑杆上的套接柱通过钢丝挡圈及挡圈环固定套接在承力柱内，支撑杆不会从承力柱中脱离，结构稳定，如此当需要将其安装于三坐标测量机使用时，单一安装人员即可完成安装，安装简单方便。

附图说明

图1是本发明中摇动副的第一实施例的结构爆炸示意图；

图2是本发明中摇动副的第一实施例的结构剖视示意图；

图3是本发明中摇动副的第二实施例的结构爆炸示意图；

图4是本发明中摇动副的第二实施例的结构剖视示意图；

图5是本发明中摇动副的第三实施例的结构爆炸示意图；

图6是本发明中摇动副的第三实施例的结构剖视示意图；

图7是本发明中空气轴承组件的部分结构爆炸示意图；

图8是本发明中气垫的结构剖视示意图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合示意图对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1至图2所示，在第一实施例中，该摇动副包括有一承力柱10、一挡圈环11、一支撑杆12及一钢丝挡圈13，其中，承力柱10自顶面中心向下凹陷形成有一同轴的锥坑100，锥坑100的小径端处形成有一与锥坑100同轴且贯穿承力柱10的底面的槽孔101；挡圈环11固定套设于槽孔101内，挡圈环11的内壁面上设有一第一环形槽110；支撑杆12包括有一螺柱120、一设于螺柱120的一端处的多边体121及一设于螺柱120的另一端处的球台套接部，球台套接部包括有一球台部及一套接柱124，球台部包括有一与螺柱120连接的第一柱体122及一固定套接于第一柱体122上的空心球台123，空心球台123的球面与锥坑100的内壁面活动接触，套接柱124与第一柱体122的另一端连接且匹配套接于挡圈环11内，且套接柱124的外壁面上对应第一环形槽110的位置处形成有一第二环形槽1240，套接柱124固定套接于挡圈环11内时套接柱124的底面与挡圈环11的底面之间存在有一第一活动间隙140且挡圈环11与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙141，钢丝挡圈13设置于第一环形槽110与第二环形槽1240形成的容置腔中以实现挡圈环11与套接柱124的固定套接。

实际使用时，如图2所示，摇动副中的承力柱10固定安装于一气垫15的安装孔150中，支撑杆12安装于承力柱10上时，支撑杆12上固定的空心球台123的球面与锥坑100的内壁面活动接触，支撑杆12上的套接柱124套接固定于承力柱10内的挡圈环11中，套接柱124的底面与挡圈环11的底面之间存在有一第一活动间隙140且挡圈环11与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙141，此时，空心球台123可相对锥坑100自由摆动，实现摇动副的目的。

本实施例中，空心球台123的球面与锥坑100的内壁面活动接触，同时，套接柱124的底面与挡圈环11的底面之间存在有一第一活动间隙140且挡圈环11与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙141，满足自由摆动的需求，且空心球台123与锥坑100的接触无需过分要求面接触，制作加工工艺相对简单，满足生产需求。此外，由于支撑杆12上的套接柱124通过钢丝挡圈13与挡圈环11固定套接，支撑杆12不容易从承力柱10中脱离，其结构稳定，将其安装于三坐标测量机使用时，单一安装人员即可完成安装，安装简单方便。

本实施例中，承力柱10及支撑杆12通常都采用优质碳素钢制成，其经热处理或表面处理后，锥坑100及空心球台123的表面均具有高的精度、强度及硬度，如此，承力柱10与空心球台123长期接触摆动摩擦后也不容易出现磨损或崩裂，该摇动副的使用寿命较长。

本实施例中，空心球台123通常采用过盈配合或者胶水粘结等方式固定套接于第一柱体122上。工作时，空心球台123可相对锥坑100自由摆动，支撑杆12随之摆动，实现摇动副的目的。

此外，为了方便将套接柱124固定套接于挡圈环11内，如图1和图2所示，在本实施例中，套接柱124的底端面边角处设有一第一倒角1241。套接时，先将钢丝挡圈13放置于第一环形槽110中，然后将套接柱124套入于挡圈环11内，此时，钢丝挡圈13会通过第一倒角1241顺势进入第一环形槽110与第二环形槽1240所形成的容置腔中，如此实现套接柱124与挡圈环11的固定，即可实现支撑杆12与承力柱10的固定。

为了方便将套接柱124从挡圈环11内取出，如图1和图2所示，在本实施例中，第二环形槽1240上靠近套接柱124的底端面的一侧边角位置处设有一第二倒角1242。拆卸时，用力将套接柱124从挡圈环11内拔出，此时，钢丝挡圈13会通过第二倒角1242顺势从第一环形槽110与第二环形槽1240所形成的容置腔中脱出，如此可将套接柱124从挡圈环11内拔出，即可实现支撑杆12与承力柱10的拆解分离。

在本实施例中，如图1所示，钢丝挡圈13通常为一开口的钢丝挡圈，以方便进行拆装。

在本实施例中，如图1所示，承力柱10及挡圈环11均呈圆柱体状，挡圈环11可通过过盈配合或者胶水粘结等方式固定套接于承力柱10内的槽孔101中。当然，在其他一些实施例中，承力柱10及挡圈环11可设计成其他形状，例如，可将承力柱10设计成四角柱体、六角柱体等多边柱体状，承力柱10内的槽孔101可设计成多边孔状，此时相应设计挡圈环11的结构即可。

在本实施例中，如图1所示，挡圈环11的内孔为一圆孔，套接柱124相应设计成圆柱体状。

在本实施例中，如图1所示，第一柱体122设计成圆柱体状，相应地，空心球台123的内孔为一圆柱孔。当然，在其他一些实施例中，第一柱体122可设计成其他柱体状，如四角柱体、六角柱体等，此时空心球台123的内孔相应开设以固定套接于第一柱体122上即可。

本申请中，多边体121主要用于安装摇动副时旋转支撑杆12，以将该摇动副固定于相应位置处，其相当于一螺丝头的作用。如图1和图2所示，在此实施例中，多边体121为一空心六方体。当然，在其他一些实施例中，多边体121可以设计成其他形状，拆装时利用相应的安装工具旋转以进行拆卸或安装即可。

如图3至图4所示，在第二实施例中，该摇动副包括有一承力柱20、一挡圈环21、一支撑杆22及一钢丝挡圈23，其中，承力柱20自顶面中心向下凹陷形成有一同轴的锥坑200，锥坑200的小径端处形成有一与锥坑200同轴且贯穿承力柱20的底面的槽孔201；挡圈环21固定套设于槽孔201内，挡圈环21的内壁面上设有一第一环形槽210；支撑杆22包括有一螺柱220、一设于螺柱220的一端处的多边体221及一设于螺柱220的另一端处的球台套接部，球台套接部包括有一球台部及一套接柱223，球台部包括有一螺柱220连接的实心球台222，实心球台222的球面与锥坑200的内壁面活动接触，套接柱223与实心球台222的另一端连接且匹配套接于挡圈环21内，且套接柱223的外壁面上对应第一环形槽210的位置处形成有一第二环形槽2230，套接柱223固定套接于挡圈环21内时套接柱223的底面与挡圈环21的底面之间存在有一第一活动间隙240且挡圈环21与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙241，钢丝挡圈23设置于第一环形槽210与第二环形槽2230形成的容置腔中以实现挡圈环21与套接柱223的固定套接。

实际使用时，如图3所示，摇动副中的承力柱20固定安装于一气垫25的安装孔250中，支撑杆22安装于承力柱20上时，支撑杆22上的实心球台222的球面与锥坑200的内壁面活动接触，支撑杆22上的套接柱223套接固定于承力柱20内的挡圈环21中，套接柱223的底面与挡圈环21的底面之间存在有一第一活动间隙240且挡圈环21与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙241，此时，实心球台222可相对锥坑200自由摆动，实现摇动副的目的。

与第一实施例类似地，本实施例中，实心球台222的球面与锥坑200的内壁面活动接触，同时，套接柱223的底面与挡圈环21的底面之间存在有一第一活动间隙240且挡圈环21与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙241，满足自由摆动的需求，且实心球台222与锥坑200的接触无需过分要求面接触，制作加工工艺相对简单；且支撑杆22上的套接柱223通过钢丝挡圈23与挡圈环21固定套接，支撑杆22不容易从承力柱20中脱离，其结构稳定，安装简单方便。

与第一实施例类似地，本实施例中，承力柱20及支撑杆22通常都采用优质碳素钢制成，其经热处理或表面处理后，锥坑200及实心球台222的表面均具有高的精度、强度及硬度，如此，承力柱20与实心球台222长期接触摆动摩擦后也不容易出现磨损或崩裂，使得摇动副的使用寿命较长。

与第一实施例类似地，为了方便将套接柱223固定套接于挡圈环21内及方便将套接柱223从挡圈环21内取出，如图3和图4所示，套接柱223的底端面边角处设有一第一倒角2231，第二环形槽2230上靠近套接柱223的底端面的一侧边角位置处设有一第二倒角2232。其套接及拆卸过程可参阅第一实施例中的描述，在此不再赘述。

当然，在其他一些实施例中，可仅在套接柱223的底端面边角处设有一第一倒角2231，如此，支撑杆22与承力柱20将可长期配合使用。

在本实施例中，如图3所示，钢丝挡圈23通常为一开口的钢丝挡圈，以方便进行拆装。

在本实施例中，如图3所示，承力柱20及挡圈环21均呈圆柱体状，挡圈环21可通过过盈配合或者胶水粘结等方式固定套接于承力柱20内的槽孔201中。当然，在其他一些实施例中，承力柱20及挡圈环21可设计成其他形状，例如，可将承力柱20设计成四角柱体、六角柱体等多边柱体状，承力柱20内的槽孔201可设计成多边孔状，此时相应设计挡圈环21的结构即可。

在本实施例中，如图3所示，挡圈环21的内孔为一圆孔，套接柱223相应设计成圆柱体状。

如图5至图6所示，在第三实施例中，该摇动副包括有一承力柱30、一挡圈环31、一支撑杆32及一钢丝挡圈33，其中，承力柱30自顶面中心向下凹陷形成有一同轴的锥坑300，锥坑300的小径端处形成有一与锥坑300同轴且贯穿承力柱30的底面的槽孔301；挡圈环31固定套设于槽孔301内，挡圈环31的内壁面上设有一第一环形槽310；支撑杆32包括有一螺柱320、一设于螺柱320的一端处的多边体321及一设于螺柱320的另一端处的球台套接部，球台套接部包括有一球台部及一套接柱324，球台部包括有一螺柱320连接的第二柱体322及一设置于第二柱体322的另一端处的半球台323，半球台323的球面与锥坑300的内壁面活动接触，套接柱324与半球台323的另一端连接且匹配套接于挡圈环31内，且套接柱324的外壁面上对应第一环形槽310的位置处形成有一第二环形槽3240，套接柱324固定套接于挡圈环31内时套接柱324的底面与挡圈环31的底面之间存在有一第一活动间隙340且挡圈环31与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙341，钢丝挡圈33设置于第一环形槽310与第二环形槽3240形成的容置腔中以实现挡圈环31与套接柱324的固定套接。

实际使用时，如图5所示，摇动副中的承力柱30固定安装于一气垫35的安装孔350中，支撑杆32安装于承力柱30上时，支撑杆32上的半球台323的球面与锥坑300的内壁面活动接触，支撑杆32上的套接柱324套接固定于承力柱30内的挡圈环31中，套接柱324的底面与挡圈环31的底面之间存在有一第一活动间隙340且挡圈环31与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙341，此时，实心球台可相对锥坑300自由摆动，实现摇动副的目的。

与第一实施例类似地，本实施例中，半球台323的球面与锥坑300的内壁面活动接触，同时，套接柱324的底面与挡圈环31的底面之间存在有一第一活动间隙340且挡圈环31与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙341，如满足自由摆动的需求，且半球台323与锥坑300的接触无需过分要求面接触，制作加工工艺相对简单；且支撑杆32上的套接柱324通过钢丝挡圈33与挡圈环31固定套接，支撑杆32不容易从承力柱30中脱离，其结构稳定，安装简单方便。

与第一实施例类似地，本实施例中，承力柱30及支撑杆32通常都采用优质碳素钢制成，其经热处理或表面处理后，锥坑300与半球台323的表面均具有高的精度、强度及硬度，如此，承力柱30与半球台323长期接触摆动摩擦后也不容易出现磨损或崩裂，使得摇动副的使用寿命较长。

与第一实施例类似地，为了方便将套接柱324固定套接于挡圈环31内及方便将套接柱324从挡圈环31内取出，如图5和图6所示，套接柱324的底端面边角处设有一第一倒角3241，第二环形槽3240上靠近套接柱324的底端面的一侧边角位置处设有一第二倒角3242。其套接及拆卸过程可参阅第一实施例中的描述，在此不再赘述。

当然，在其他一些实施例中，可仅在套接柱324的底端面边角处设有一第一倒角3241，如此，支撑杆32与承力柱30将可长期配合使用。

在本实施例中，如图5所示，钢丝挡圈33通常为一开口的钢丝挡圈，以方便进行拆装。

在本实施例中，如图5所示，承力柱30及挡圈环31均呈圆柱体状，挡圈环31可通过过盈配合或者胶水粘结等方式固定套接于承力柱30内的槽孔301中。当然，在其他一些实施例中，承力柱30及挡圈环31可设计成其他形状，例如，可将承力柱30设计成四角柱体、六角柱体等多边柱体状，承力柱30内的槽孔301可设计成多边孔状，此时相应设计挡圈环31的结构即可。

在本实施例中，如图5所示，挡圈环31的内孔为一圆孔，套接柱324相应设计成圆柱体状。

在本实施例中，如图5所示，第二柱体322设计成圆柱体状。当然，在其他一些实施例中，第二柱体322可设计成其他柱体状，如四角柱体、六角柱体等。

本申请中提供的三个不同的实施例中，球台部的一端与螺柱连接且球台部与锥坑的内壁面活动接触，这些实施例的不同点在于球台部的设计不同，当然，在其他一些实施例中，球台部还可采用有其他类似方案实现。

本申请还提供了一种空气轴承组件，如图7和图8所示，该空气轴承组件包括有一前述的摇动副及一气垫4，气垫4的工作面的背面处设有一用于固定安装承力柱的安装孔。

通常地，摇动副上的承力柱通过过盈配合或者胶水粘贴等方式固定于安装孔内，承力柱的结构与安装孔的结构匹配，例如，安装孔设计成圆柱状时，相应地，承力柱设计成圆柱状。

本申请中的气垫可采用如图7和图8所示的气垫4实现，具体地，该气垫4的工作面上设有一均压槽40，均压槽40自气垫4的工作面向下凹陷而成，均压槽40上开设有若干圆管安装孔41，圆管安装孔41内固定安装有一短圆管42，短圆管42的中心位置处开设有同轴贯穿连通的第一槽孔420及第二槽孔421，第一槽孔420的内径小于第二槽孔421的内径，第二槽孔421内固定安装有一红宝石轴承43，红宝石轴承43的中心处开设有一与第一槽孔420连通的节流孔430，红宝石轴承43的端面与短圆管42的端面齐平，红宝石轴承43的端面与气垫4的工作面之间形成有一气腔44；气垫4内设有一气道45，气道45与第一槽孔420连通；气垫4的侧面上开设有至少一与气道45连通且用于安装丝堵5的螺纹孔46及一与气道45连通且用于安装接嘴的接嘴孔47。

工作前，先将空气轴承组件安装固定好，并在螺纹孔46中安装好丝堵5，同时在接嘴孔47中连接好接嘴；工作时，通过接嘴往气垫4的气道45中通入气体，气垫4即可开启工作，工作过程中，空气轴承组件在受到接触面或者其他因素的影响会造成气垫4的摆动，此时摇动副摆动调整气垫4的位置，使得气垫4稳定工作，从而使空气轴承组件的工作正常进行。

在本实施例中，如图7和图8所示，气垫4呈长方体状，均压槽40包括四与气垫4的工作面上的四条边平行且相互之间垂直相交的分压槽，圆管安装孔41位于分压槽的相交位置处，短圆管42采用过盈配合的方式固定于圆管安装孔41内，红宝石轴承43采用过盈配合的方式固定于第二槽孔421内。

当然，本领域普通技术人员可以理解地，本申请中的气垫还可采用其他结构的气垫实现。例如，在一些实施例中，气垫可设计成圆柱体状，均压槽可设计成圆环状，圆管安装孔均匀分布于均压槽上，短圆管、红宝石轴承、气腔、气道、螺纹孔及接嘴孔等结构相应设计即可。当然，在其他一些实施例中，气垫还可设计成其他形状，如六边体状等，具体可根据实际需要设计。

本发明的方案中，该摇动副包括有一承力柱、一挡圈环、一支撑杆及一钢丝挡圈，支撑杆与承力柱连接时，支撑杆上的球台部的球面与锥坑的内壁面活动接触，支撑杆上的套接柱套接固定于承力柱内的挡圈环中，套接柱的底面与挡圈环的底面之间存在有一第一活动间隙且挡圈环与球台部的底面之间存在有一第二活动间隙，如此球台部可相对锥坑自由摆动，满足自由摆动的需求，且球台部与锥坑的接触无需过分要求面接触，加工相对容易，制作简单。且支撑杆上的套接柱通过钢丝挡圈与挡圈环固定套接，支撑杆不会从承力柱中脱离，其结构稳定，将其安装于三坐标测量机使用时，单一安装人员即可完成安装，安装简单方便，满足使用需求。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。