一种C形柔性轴承及其制造方法与流程

本发明属于机械加工制造技术领域，具体涉及一种C形柔性轴承及其制造方法。

背景技术：

大型望远镜主反射镜的面形精度直接影响望远镜的观测能力，为了提高主反射镜的面形精度，科学家对主反射镜的支撑技术进行了深入的研究，为了减小因温度变化对镜面面形带来的影响，对支撑结构中的零部件采用了柔性设计，其中在被动支撑技术广泛了采用了一种C形柔性轴承。这种柔性轴承采用两对相互垂直的柔性薄片结构，可以实现小角度的旋转，具有摩擦小、无需润滑、自动定心、可重复性好、使用寿命长等优点。

美国的WIYN望远镜和SOFIA望远镜的支撑结构就采用了这种柔性轴承，可以在较小的空间内安装这样轴承，它们采用的这种轴承全是美国Bearing Co.,Inc公司的产品。全世界也只有这家公司具有制造这种轴承的能力，他们主要采用了钎焊或者激光焊接工艺，由于这种轴承的直径非常小，最小的轴承直径大约只有5mm左右，需要在该直径的狭小空间内焊接相互交叉的柔性薄片，而且薄片的厚度最薄的大约只有0.2mm，焊接空间小，难以施焊，而且容易焊穿。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种C形柔性轴承及其制造方法，解决现有技术存在的由于轴承尺寸小以及需要钎焊工艺导致焊接工艺复杂，施焊容易焊穿的问题。

为实现上述目的，本发明的一种C型柔性轴承包括：

内环，所述内环内部设置有一体加工的第一柔性弹片，所述第一柔性弹片径向设置并和内环端面垂直；所述内环环侧壁长度方向关于轴线对称开有两个止动槽，所述止动槽和第一柔性弹片对应的圆周角是45度；

中环，所述中环内部中间位置设置有一体加工的环形凸起，所述环形凸起上设置有一体加工的第二柔性弹片，所述第二柔性弹片径向设置并和中环端面垂直，所述中环的外径上加工有交错分布的两个半圆面，所述中环侧壁长度方向和内环上的止动槽对应位置开有两个止动槽；所述中环内部的两端分别和一个内环同轴过盈配合，配合后，两个内环的第一柔性弹片位于同一平面，第一柔性弹片和第二柔性弹片垂直设置；

以及和中环同轴过盈配合的外环，所述外环在中环的两个半圆面交错位置开有环形沟槽。

所述中环内部上的环形凸起的高度和内环的壁厚相等。

所述内环的外径比中环的内径大0.002mm-0.004mm；中环的外径比外环的内径大0.002mm-0.004mm。

所述中环外侧的半圆面长度d的取值为：

d＝L/2+r

其中：L为中环整体长度，r为调整系数，r的取值范围为0.5mm-1.5mm。

一种C型柔性轴承的制造方法包括以下步骤：

步骤一：车削出内环的外径，铣削出端面，并通过线切割加工，在内环内部加工出第一弹性薄片，得到内环；

步骤二：车削出中环的外径，铣削出端面，并通过线切割加工，在中环内部加工出第二弹性薄片，得到中环；

步骤三：对中环进行加热膨胀，加热温度为80℃以上；

步骤四：将两个内环分别放入步骤三中经加热的中环两端，并冷却，冷却温度为-100℃以下，保证两个内环上的第一柔性弹片位于同一平面，并和第二柔性弹片垂直，得到中环内环装配体；

步骤五：对步骤四中得到的中环内环装配体进行立铣，形成交错分布的两个半圆面，再对侧壁进行铣削得到相对的两个止动槽，得到中环内环机加体；

步骤六：车削出外环的外径，铣削出端面，得到外环；

步骤七：对外环进行加热膨胀，加热温度为80℃以上；

步骤八：将步骤五中得到的中环内环机加体同轴放入到经加热的外环中，并冷却，冷却温度为-100℃以下，得到柔性轴承总装配体；

步骤九：对步骤八中得到的柔性轴承总装配体中的外环车削出环形沟槽，环形沟槽位于交错分布的两个半圆面交错位置，得到柔性轴承总机加体；

步骤十：对柔性轴承总机加体两端面进行车削，使两端粗糙度达到使用要求，得到C形柔性轴承，完成加工。

所述内环的外径比中环的内径大0.002mm-0.004mm；中环的外径比外环的内径大0.002mm-0.004mm。

所述中环外侧的半圆面长度d的取值为：

d＝L/2+r

其中：L为中环整体长度，r为调整系数，r的取值范围为0.5mm-1.5mm。

步骤三中对中环进行加热以及步骤七中对外环进行加热使用烤箱进行加热；步骤四和步骤八中的冷却均采用液氮进行冷却。

步骤一和步骤二顺序可以互换。

步骤六可以位于步骤二和步骤三之间。

本发明的有益效果为：本发明的一种C形柔性轴承及其制造方法分体制造的思想，先分别制造内环、中环和外环等三个基本部分，先车和铣出三部分的外环和端面，然后进行线切割，加工出相应弹性薄片。内环和中环加工完成后，把中环加热，把内环装入中环，然后进行机械加工。然后加热外环，把加工后的内环中环机加体装入外环，最后加工外环，达到设计要求即可。

本发明避免了工艺方法和技术实施难度较大的钎焊技术，采用分体制造的方法，采用常规的机械加工手段即可完成C形柔性轴承制造，采用这种方法可以制造各种不同尺寸的C形柔性轴承，现有钎焊技术存在的焊接工艺复杂，施焊容易焊穿的问题，采用热胀冷缩的原理进行加工装配，降低制造难度，降低成本。

附图说明

图1为本发明的一种C形柔性轴承中的内环结构主视剖视图；

图2为本发明的一种C形柔性轴承中的内环结构左视图；

图3为本发明的一种C形柔性轴承中内环结构主视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为本发明的一种C形柔性轴承中外环结构主视图；

图6为图5的B-B剖视图；

图7为本发明的一种C形柔性轴承中中环内环装配体结构主视图；

图8为图7的C-C剖视图；

图9为本发明的一种C形柔性轴承中中环内环机加体结构示意图；

图10为图9的D-D剖视图；

图11为图9的E-E剖视图；

图12为本发明的一种C形柔性轴承中柔性轴承总装配体结构主视图；

图13为图12的F-F剖视图；

图14为本发明的一种C形柔性轴承中柔性轴承总机加体结构主视图；

图15为图14的G-G剖视图；

其中：1、内环，101、第一柔性弹片，102、止动槽，2、中环，201、环形凸起，202、第二柔性弹片，203、半圆面，3、外环，301、环形沟槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-附图15，本发明的一种C型柔性轴承包括：

内环1，所述内环1内部设置有一体加工的第一柔性弹片101，所述第一柔性弹片101径向设置并和内环1端面垂直；所述内环1环侧壁长度方向关于轴线对称开有两个止动槽102，所述止动槽102和第一柔性弹片101对应的圆周角是45度；

中环2，所述中环2内部中间位置设置有一体加工的环形凸起201，所述环形凸起201上设置有一体加工的第二柔性弹片202，所述第二柔性弹片202径向设置并和中环2端面垂直，所述中环2的外径上加工有交错分布的两个半圆面203，所述中环2侧壁长度方向和内环1上的止动槽102对应位置开有两个止动槽102；所述中环2内部的两端分别和一个内环1同轴过盈配合，配合后，两个内环1的第一柔性弹片101位于同一平面，第一柔性弹片101和第二柔性弹片202垂直设置；所述第一柔性弹片101和第二柔性弹片202的厚度在满足强度校核(安全系数为1.5-2.0)的前提下，由C形柔性轴承的使用刚度要求确定；所述止动槽102的宽度根据实际需要的转角进行确定，宽度≈圆心角(单位为弧度)*半径；

以及和中环2同轴过盈配合的外环3，所述外环3在中环2的两个半圆面203交错位置开有环形沟槽301。

所述中环2内部上的环形凸起201的高度和内环1的壁厚相等。

所述内环1的外径比中环2的内径大0.002mm-0.004mm；中环2的外径比外环3的内径大0.002mm-0.004mm。

所述中环2外侧的半圆面203长度d的取值为：

d＝L/2+r

其中：L为中环2整体长度，r为调整系数，r的取值范围为0.5mm-1.5mm。

一种C型柔性轴承的制造方法包括以下步骤：

步骤一：车削出内环1的外径，铣削出端面，并通过线切割加工，在内环1内部加工出第一弹性薄片，得到内环1；

步骤二：车削出中环2的外径，铣削出端面，并通过线切割加工，在中环2内部加工出第二弹性薄片，得到中环2；

步骤三：对中环2进行加热膨胀，加热温度为80℃以上；

步骤四：将两个内环1分别放入步骤三中经加热的中环2两端，并冷却，冷却温度为-100℃以下，保证两个内环1上的第一柔性弹片101位于同一平面，并和第二柔性弹片202垂直，得到中环内环装配体；

步骤五：对步骤四中得到的中环内环装配体进行立铣，形成交错分布的两个半圆面203，再对侧壁进行铣削得到相对的两个止动槽102，得到中环内环机加体；

步骤六：车削出外环3的外径，铣削出端面，得到外环3；

步骤七：对外环3进行加热膨胀，加热温度为80℃以上；

步骤八：将步骤五中得到的中环内环机加体同轴放入到经加热的外环3中，并冷却，冷却温度为-100℃以下，得到柔性轴承总装配体；

步骤九：对步骤八中得到的柔性轴承总装配体中的外环3车削出环形沟槽301，环形沟槽301位于交错分布的两个半圆面203交错位置，得到柔性轴承总机加体；

步骤十：对柔性轴承总机加体两端面进行车削，使两端粗糙度达到使用要求，得到C形柔性轴承，完成加工。

所述内环1的外径比中环2的内径大0.002mm-0.004mm；中环2的外径比外环3的内径大0.002mm-0.004mm。

所述中环2外侧的半圆面203长度d的取值为：

d＝L/2+r

其中：L为中环2整体长度，r为调整系数，r的取值范围为0.5mm-1.5mm，最好选择1mm。

步骤三中对中环2进行加热以及步骤七中对外环3进行加热使用烤箱进行加热；步骤四和步骤八中的冷却均采用液氮进行冷却。

步骤一和步骤二顺序可以互换，步骤六可以位于步骤二和步骤三之间。即本发明在加工过程中，内环1、中环2和外环3的基本体的加工可以是在其装配之前的任何一个时间进行加工，可以不分先后顺序。