一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构。包括前轴瓦、轴套、后轴瓦、主轴，前后轴瓦分别安装于轴套前后端，主轴安装于前轴瓦和后轴瓦内孔中，前轴瓦、后轴瓦都与主轴构成静压单侧径向止推联合轴承。并对后端轴承止推部分的封油结构进行改良，将原本与主轴轴线垂直的径向止推封油面，改为与主轴轴线平行的轴向封油面，后端单由油腔承担止推作用，止推封油面不再承担止推作用。这样，当主轴发热时，虽然跨距大伸长量大，但伸长量仍处于微米级别，远小于毫米级别的油腔深度，不会轴向抱死。本发明在获得高抗倾覆力矩角刚度和高轴向精度的同时，节省了油泵功耗、简化了结构。
【专利说明】一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于精密磨床的静压主轴结构，具体涉及一种可防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构。
【背景技术】
[0002]液体静压轴承支撑的主轴以其高刚度高精度低成本，在精密超精密磨床中得到广泛应用。
[0003]传统的静压主轴，有前后两个径向轴承和对置的两个止推轴承，径向轴承和止推轴承分开进油的形式居多。这种形式的静压主轴流量大，油泵功耗大，结构也相对复杂。并且当两个对置止推轴承处于主轴后端时，受热后向前端伸长，影响主轴前端结构的轴向精度；Yates于1950年发布了一种径向止推联合轴承【GB639293】，称为Yates轴承，径向轴承经两侧封油面节流进入两侧止推油腔，实现止推。用于主轴时，只安装一个联合轴承，由于单个轴承的轴向跨距小，因此抵抗倾覆力矩的角刚度小，容易倾角摆动；随后发展的单侧径向止推联合轴承用于主轴时，需要在静压主轴的前端和后端各设置一个径向止推联合轴承，但由于跨距大，主轴发热后伸长量大，两个止推轴承封油面间的油膜间隙都很小，很容易抱死。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其在获得高的抗倾覆力矩的角刚度和高轴向精度的同时，节省了油泵功耗、简化了结构，也避免了发热后由于跨距大止推轴承抱死的危险。
[0005]为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是: 一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，包括前轴瓦、轴套、后轴瓦、主轴，前后轴瓦分别安装于轴套前后端，主轴安装于前轴瓦和后轴瓦内孔中，前轴瓦、后轴瓦都与主轴构成静压单侧径向止推联合轴承，并对传统结构中后端轴承止推部分的封油结构进行改良，将原本与主轴轴线垂直的径向止推封油面，改为与主轴轴线平行的轴向封油面。
[0006]对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案，具体如下。
[0007]作为优化，前轴瓦和后轴瓦都不设置轴向回油槽，以利于油液从径向油腔经内封油面处环形间隙节流后流向止推油腔。
[0008]作为优化，前轴瓦和后轴瓦中周向封油面宽度大于外封油面和内封油面宽度，可以进一步防止由于承载导致的周向高压油腔向低压油腔的油液内流，降低刚度。
[0009]作为优化，主轴从前至后依次设置前轴颈、前止推面、斜出油边、止推封油轴颈、后止推面、后轴颈。主轴中斜出油边有约45度斜度，距离后轴瓦中止推封油面有一定量距离，以利于出油。
[0010]相对于现有技术中的方案，本发明的优点是: 1、本发明在主轴前端和后端都采用单侧径向止推联合轴承，相比两个径向轴承和对置的两个止推轴承形式的主轴结构来说，简化了轴承结构，减少了流量，从而节省了泵油功耗。
[0011]2.本发明在主轴前端和后端都采用单侧径向止推联合轴承，相比在主轴后端布置两个对置止推轴承形式的主轴结构来说，当主轴发热后由于前端止推封油面处油膜间隙处于微米级别，而后端油腔处油膜间隙为毫米级别，前止推面之后的结构只能向后端伸长，不会影响主轴前端结构的轴向精度。
[0012]3.本发明在主轴前端和后端都采用单侧径向止推联合轴承，相比单个Yates轴承布置的主轴结构来说，主轴支承跨距大，可以获得高的抗倾覆力矩角刚度，主轴不容易倾角摆动。
[0013]4.对传统结构中后端止推部分的封油结构进行了改良，将原本与主轴轴线垂直的径向止推封油面，改为了与主轴轴线平行的轴向封油面。这样，后端单由油腔承担止推作用，止推封油面不再承担止推作用，当主轴发热时，虽然跨距大伸长量大，但伸长量仍处于微米级别，远小于毫米级别的油腔深度不会轴向抱死。由于主轴的径向尺寸相比轴向尺寸要小很多，因此，径向热伸长量比较小，径向也不容易抱死。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明实施例一中的主轴轴向剖视图；
图2为本发明实施例一中的前后端轴承的周向展开视图。
[0016]其中:1、前轴瓦，1-1、外封油面，1-2、径向油腔，1-3、内封油面，1-4、轴向油腔，1-5、止推封油面，1-6、周向封油面，1-7、进油孔；
2、轴套，2-1、出油孔；
3、后轴瓦，3-1、外封油面，3-2、径向油腔，3-3、内封油面，3-4、轴向油腔，3-5、止推封油面，3-6、周向封油面，3-7、进油孔；
4、主轴，4-1、前轴颈，4-2、前止推面，4-3、斜出油边，4-4、止推封油轴颈，4-5、后止推面，4-6、后轴颈。
【具体实施方式】
[0017]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0018]实施例一:
本实施例描述了 一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，该主轴结构的轴向剖视图如图1所示，前后端轴承的周向展开视图如图2所示。该静压主轴结构包括前轴瓦1、轴套2、后轴瓦3、主轴4，前轴瓦I安装于轴套2前端，后轴瓦3安装于轴套2后端，主轴4安装于前轴瓦I和后轴瓦3内孔中，前轴瓦1、后轴瓦3都与主轴4构成静压单侧径向止推联合轴承。[0019]主轴4包括从前至后依次设置的前轴颈4-1、前止推面4-2、斜出油边4_3、止推封油轴颈4-4、后止推面4-5、后轴颈4-6。主轴4中斜出油边4_3有约45度斜度，距离后轴瓦3中止推封油面3-5有一定量距离，以利于出油。
[0020]前轴瓦I包括外封油面1-1、径向油腔1-2、内封油面1-3、轴向油腔1_4、止推封油面1-5、周向封油面1-6、进油孔1-7。前轴瓦I中外封油面1-1、内封油面1-3和主轴4中前轴颈4-1构成径向封油结构，前轴瓦I中止推封油面1-5和主轴4中前止推面4-2构成止推封油结构，前轴瓦I中轴向油腔1-4是由径向油腔1-2经内封油面1-3处环形间隙进油，轴向油腔1-4未单独进油，内封油面1-3处环形间隙起节流作用。
[0021]后轴瓦3包括外封油面3-1、径向油腔3-2、内封油面3_3、轴向油腔3_4、止推封油面3-5、周向封油面3-6、进油孔3-7。后轴瓦3中外封油面3_1、内封油面3_3和主轴4中后轴颈4-6构成径向封油结构，后轴瓦3中轴向油腔3-4和主轴4中后止推面4-5构成止推施力结构，后轴瓦3中止推封油面3-5和主轴4中止推封油轴颈4-4构成止推封油结构，后轴瓦3中轴向油腔3-4是由径向油腔3-2经内封油面3-3处环形间隙进油，轴向油腔3_4未单独进油，内封油面3-3处环形间隙起节流作用。
[0022]前轴瓦I上开设有若干进油孔1-7与径向油腔1-2相通，用于进油，后轴瓦3上开设有若干进油孔3-7与径向油腔3-2相通，用于进油，轴套2上开设有若干出油孔2-1用于出油。
[0023]对于前轴瓦1，油液从进油孔1-7进入径向油腔1-2，将轴抬起。一部分油液经外封油面1-1处间隙回油，另一部分油液在径向油腔1-2和轴向油腔1-4的压力差下经内封油面1-3环形间隙节流进入轴向油腔1-4，实现前端止推。轴向油腔1-4中油液经止推封油面1-5处间隙出去。之后油液经轴套2出油孔2-1回油。
[0024]对于后轴瓦3，油液从进油孔3-7进入径向油腔3-2，将轴抬起。一部分油液经外封油面3-1处间隙回油，另一部分油液在径向油腔3-2和轴向油腔3-4的压力差下经内封油面3-3环形间隙节流进入轴向油腔3-4，实现后端止推。轴向油腔3-4中油液经止推封油面3-5处间隙出去。之后油液经轴套2出油孔2-1回油。
[0025]前轴瓦I和后轴瓦3的最大区别在于止推封油面1-5和止推封油面3-5的区别。前者止推封油面1-5和轴线垂直，后者止推封油面3-5和轴线平行。前止推轴向力为轴向油腔1-4和止推封油面1-5同时作用，后止推轴向力产生的原因只有轴向油腔3-4。当主轴运行发热后，前止推面4-2之后的结构只能向后端伸长，不会影响主轴前端结构的轴向精度，且微米级别伸长量远小于毫米级别轴向油腔3-4深度，不会轴向抱死。
[0026]前轴瓦I不设置轴向回油槽，以利于油液从径向油腔1-2经内封油面1-3处环形间隙节流后流向止推油腔1-4。后轴瓦3不设置轴向回油槽，以利于油液从径向油腔，3-2经内封油面3-3处环形间隙节流后流向止推油腔3-4。
[0027]为了减小轴瓦周向高低压油腔间内流对刚度的影响。设计时使前轴瓦I中周向封油面1-6宽度大于外封油面1-1、内封油面1-3宽度，后轴瓦3中周向封油面3-6宽度大于外封油面3-1、内封油面3-3宽度。
[0028]上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，包括前轴瓦(I)、轴套(2)、后轴瓦(3)、主轴(4)，其特征在于:前轴瓦(I)安装于轴套(2)前端，后轴瓦(3)安装于轴套(2)后端，主轴(4)安装于前轴瓦(I)和后轴瓦(3)内孔中，前轴瓦(I)、后轴瓦(3)都与主轴(4)构成静压单侧径向止推联合轴承。
2.根据权利要求1所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，主轴(4)包括从前至后依次设置的前轴颈(4-1)、前止推面(4-2)、斜出油边(4-3),止推封油轴颈(4-4 )、后止推面(4-5 )、后轴颈(4-6 )。
3.根据权利要求2所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，主轴(4)中斜出油边(4-3)有约45度斜度，距离后轴瓦(3)中止推封油面(3-5)有一定量距离，以利于出油。
4.根据权利要求2所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，前轴瓦(I)上设置了外封油面(1-1)、径向油腔(1-2)、内封油面(1-3)、轴向油腔(1-4)、止推封油面(1-5)、周向封油面(1-6)、进油孔(1-7)，前轴瓦(I)中外封油面(1-1 )、内封油面(1-3 )和主轴(4 )中前轴颈(4-1)构成径向封油结构，前轴瓦(I)中止推封油面(1-5)和主轴(4)中前止推面(4-2)构成止推封油结构， 前轴瓦(I)中轴向油腔(1-4)是由径向油腔(1-2)经内封油面(1-3)处环形间隙进油，轴向油腔(1-4)未单独进油，内封油面(1-3)处环形间隙起节流作用。
5.根据权利要求4所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，前轴瓦(I)中周向封油面(1-6)宽度大于外封油面(1-1)和内封油面(1-3)宽度。
6.根据权利要求2所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，后轴瓦(3)上设置了外封油面(3-1)、径向油腔(3-2)、内封油面(3-3)、轴向油腔(3-4)、止推封油面(3-5)、周向封油面(3-6)、进油孔(3-7)，后轴瓦(3)中外封油面(3-1)、内封油面(3-3 )和主轴(4 )中后轴颈(4-6 )构成径向封油结构，后轴瓦(3 )中轴向油腔(3-4)和主轴(4)中后止推面(4-5)构成止推施力结构，后轴瓦(3)中止推封油面(3-5)和主轴(4)中止推封油轴颈(4-4)构成止推封油结构， 后轴瓦(3)中轴向油腔(3-4)是由径向油腔(3-2)经内封油面(3-3)处环形间隙进油，轴向油腔(3-4)未单独进油，内封油面(3-3)处环形间隙起节流作用。
7.根据权利要求6所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，后轴瓦(3)中周向封油面(3-6)宽度大于外封油面(3-1)和内封油面(3-3)宽度。
8.根据权利要求2至7中任意一条所述的一种防轴向抱死的径向止推联合轴承支撑的静压主轴结构，其特征在于，前轴瓦(I)上开设有若干进油孔(1-7)，与径向油腔(1-2)相通，用于进油，后轴瓦(3)上开设有若干进油孔(3-7)，径向油腔(3-2)相通，用于进油，轴套(2)上开设有若干出油孔(2-1)用于出油。
【文档编号】F16C32/06GK103659587SQ201310648510
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】陈耀龙, 张朋海, 査俊 申请人:西安交通大学苏州研究院, 西安交通大学