一种静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构的制作方法

1.本实用新型涉及惯性摩擦焊接技术领域，特别是涉及一种静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构。


背景技术：

2.惯性摩擦焊接是一种利用飞轮储存能量，可在短时间内释放很大摩擦热量的摩擦焊接方法。惯性摩擦焊接过程中，旋转工件与飞轮固定。焊接时，飞轮首先被加速到设定的转速，以动能形式储存所需的能量，当移动焊件在顶锻力(轴向压力)作用下向旋转焊件靠拢、压紧后，存储在飞轮中的动能通过摩擦逐渐转化为热能，而飞轮转速则不断降低，直至停止转动，焊接结束。从焊接过程可知，主轴系统需要高速旋转并需要承受顶锻力。传统惯性摩擦焊结构具有如下问题：
3.1)传统惯性摩擦焊结构中，都采用滚动轴承的组合来承载轴向力，而滚动轴承的轴向承载越高，轴承的口径也需要加大，而轴承口径增大会导致轴承的极限转速下降，所以传统的惯性摩擦焊机转速是受限制的，反过来看，由于轴承转速和口径的限制，传统结构中轴承的轴向承载能力也是受限的。这也造成了传统的惯性摩擦焊设备多是大吨位低转速，或者小吨位高转速。
4.2)传统惯性摩擦焊结构中的轴向间隙影响因素比较多，首先是因为轴承为克服温差等带来的轴向尺寸变动，会留有一定的游隙(也被称为有效游隙)，其次是轴承承受顶锻力时轴向的变形，再次是轴承磨损带来的轴向间隙增大，所以传统结构中的轴向间隙会不断增大，而且这种变化是不稳定的、不可控的。
5.3)传统主轴系统结构，通常采用滚动轴承组合的结构，既需要高转速工作，又需要承受顶锻力，而顶锻力通常在几十吨到几百吨不等，在顶锻过程中，轴承会加剧磨损并产生剧烈震动，大大损耗轴承的使用寿命，同时也降低了设备使用寿命。
6.综上，如何优化主轴轴系结构，更合理的承受顶锻力，增加设备使用寿命，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，以解决上述现有技术存在的问题，优化主轴轴系结构，设置前后两套圆锥滚子轴承与静压轴承相结合的结构，使用静压轴承承载顶锻力，能够更合理的承受顶锻力，增加设备使用寿命。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
9.本实用新型提供一种静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，包括弹簧夹头、弹簧夹头支承座、储能飞轮组、主轴支承座、首端圆锥滚子轴承、弹簧夹头连杆、主轴、拉紧油缸、尾端圆锥滚子轴承、静压轴承和旋转给油器；
10.其中，弹簧夹头支承座设置于所述主轴支承座的前端，所述弹簧夹头支承座的内部首端安装所述弹簧夹头；所述主轴支承座内安装所述主轴，所述主轴的首段轴体与所述
主轴支承座之间分别安装首端圆锥滚子轴承和尾端圆锥滚子轴承，所述主轴的首段轴体的轴腔内部尾端安装所述拉紧油缸，所述拉紧油缸通过弹簧夹头连杆连接所述弹簧夹头的尾端，所述主轴的尾段轴体的尾端安装用于所述拉紧油缸的左右油腔完成供油和出油的旋转给油器，所述主轴的尾段轴体的首端安装所述静压轴承，所述静压轴承的首端与所述主轴支承座的尾端面之间设置静压轴承右压板，所述静压轴承的尾端与所述旋转给油器之间设置静压轴承左压板。
11.优选地，所述弹簧夹头支承座的外部安装所述储能飞轮组，所述储能飞轮组内包括6个储能飞轮。
12.优选地，所述主轴支承座的首端安装于所述弹簧夹头支承座尾端设置的安装槽内，所述主轴支承座的首端面与安装槽的槽底之间设置右侧挡板。
13.优选地，所述静压轴承的两侧油腔由不同的泵控制供油。
14.本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
15.1、本实用新型提供的静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，轴向力(顶锻力)由静压轴承承载，滚动轴承只需要承载径向力，而径向载荷往往是远远小于轴向载荷的，这样轴承的口径可以减小，极限转速可以大幅度提升，突破了传统轴承转速的限制，可以实现大吨位高转速的惯性摩擦焊机制造。
16.2、本实用新型提供的静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，轴向间隙是由静压轴承所决定的，静压轴承启动后左右腔会建立液压油膜，承受顶锻力时轴向间隙的变化等于液压油膜的轴向变形量，液压油膜的变形量由液压油的刚度决定，这种变化通过计算可以得出准确数值，而且由于没有刚性接触导致的静压轴承磨损，即使长时间使用，轴向间隙也不会发生变化，所以本实用新型中主轴轴系的轴向间隙是可控的、稳定的。
17.3、本实用新型提供的静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，前后两套圆锥滚子轴承只用来承受径向载荷和支承主轴轴系高速旋转，而静压轴承结构用于承受顶锻过程中的顶锻力。静压轴承是由液压油膜完全隔开的，顶锻力完全由液压油膜承受，避免了传统结构中轴承的刚性碰撞，这样不仅能避免设备在顶锻过程中产生剧烈振动，增强了焊接稳定性，而且也提高了设备中滚动轴承的使用寿命，同时也就提高了设备的使用寿命。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型中静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构的结构示意图；
20.图中：1-弹簧夹头；2-弹簧夹头支承座；3-储能飞轮组；4-右侧挡板；5-主轴支承座；6-首端圆锥滚子轴承；7-弹簧夹头连杆；8-主轴；9-拉紧油缸；10-尾端圆锥滚子轴承；11-静压轴承右压板；12-静压轴承；13-静压轴承左压板；14-旋转给油器。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.本实用新型的目的是提供一种静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，以解决现有技术存在的问题。
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
24.本实施例中的静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构，如图1所示，包括弹簧夹头1、弹簧夹头支承座2、储能飞轮组3、主轴支承座5、首端圆锥滚子轴承6、弹簧夹头连杆7、主轴8、拉紧油缸9、尾端圆锥滚子轴承10、静压轴承12和旋转给油器14；
25.其中，弹簧夹头支承座2设置于主轴支承座5的前端，弹簧夹头支承座2的内部首端安装弹簧夹头1，弹簧夹头支承座2的外部安装储能飞轮组3，储能飞轮组3内包括6个储能飞轮；主轴支承座5内安装主轴8，主轴8与的首段轴体与主轴支承座5之间分别安装首端圆锥滚子轴承6和尾端圆锥滚子轴承10，主轴8的首段轴体的轴腔内部尾端安装拉紧油缸9，拉紧油缸9通过弹簧夹头连杆7连接弹簧夹头1的尾端，主轴8的尾段轴体的尾端安装用于拉紧油缸9的左右油腔完成供油和出油的旋转给油器14，主轴8的尾段轴体的首端安装静压轴承12，静压轴承12的首端与主轴支承座5的尾端面之间设置静压轴承右压板11，静压轴承12的尾端与旋转给油器14之间设置静压轴承左压板13。
26.于本具体实施例中，主轴支承座5的首端安装于弹簧夹头支承座2尾端设置的安装槽内，主轴支承座5的首端面与安装槽的槽底之间设置右侧挡板4。
27.应用本实用新型中的静压轴承惯性摩擦焊机主轴系统结构进行的惯性摩擦焊接的工作过程如下：
28.1)在设备启动前，静压轴承12两侧腔室供油(每个油腔使用单独的泵控制)，静压轴承12完成油膜的建立，此时静压轴承12处于空载状态，两侧油腔均为低压供油，并保持平衡。
29.2)拉紧油缸9推进到最右侧，弹簧卡头放松，此时安装焊接工件，安装完毕后，拉紧油缸9推进到最左侧，完成焊接工件夹紧。此时静压轴承12处于空载状态，两侧油腔均为低压供油，并保持平衡。
30.3)焊接工件完成装夹后，焊接开始，焊接过程一般为两级顶锻力焊接，第一阶段在一级顶锻力下，焊接工件表面进行摩擦，在达到设定好的时间后，二级顶锻力加持，完成焊接。该过程中，不仅顶锻力分为两个阶段，而且不同焊接工件顶锻力也是不同的，而静压轴承12是与顶锻力实时平衡的。静压轴承12的左侧油腔为承载侧油腔，随着顶锻力的增大，油腔内的压力也不断增大，静压轴承12的右侧油腔为非承载侧油腔，随着顶锻力的增大，油腔内的压力会不断减小。
31.本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。