專利名稱：水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高速主軸支撐軸承，尤其是能夠?yàn)楦咚僦鬏S提高高速、穩(wěn)定和低溫升的水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有高速滑動(dòng)軸承主要有以下幾類(lèi)一、螺旋槽油腔(M Tomio, NTakashi， I Fumihiro. Development and performance test forhigh-speed spindle with water lubricated hybrid journal bearing[J]. Nihon kikai gakkai nenji taikai koen ronbunshu, 2001, 3(1) -.211-212. Yoshimoto, S. Kume. Axial load capacity of water-lubricatedhydrostatic conical bearings with spiral grooves for high speedspindles[J], Tribology international,1998,31(6) :331_338.)，主要用于同 時(shí)有徑向和軸向載荷的情況；二、無(wú)腔動(dòng)靜壓軸承(SC Sharma, V Kumar, SC Jain, et al. Thermohydrostatic analysis of slot-entryhybrid journal bearing[J]. Tribology Internat ional,2002,35 (9) :561-577. WP Jones, BE Launder. The calculat ion of low reynoldsnumber phenomena with a two-equat ion model of turbulence[J]. International Journal of Heat Mass Transfer, 1973,16(6) :1119_1130.)，該結(jié)構(gòu)是 近年研究較多的一類(lèi)結(jié)構(gòu)，動(dòng)壓效應(yīng)大，但缺乏靜壓支撐，須在大偏心下工作，因此主軸 回轉(zhuǎn)精度低；三、淺油腔動(dòng)靜壓軸承(CH Chen, Y Kang, YP Chang, et al. Influence of restrictor onstability of the rigid rotor-hybrid bearing system[J]. Journal ofSound and Vibration, 2006, 297 (3-5) :635_648.張亞賓.高速機(jī)床用水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓 軸承設(shè)計(jì)研究[D].西安西安交通大學(xué)，2008 :1_6.)，高速精密主軸多用此類(lèi)軸承，承載 力大，剛度高，加工較容易，但溫升較高，穩(wěn)定性較低；四、環(huán)槽階梯軸承(戴攀，張亞賓，徐 華.新型高速銑床主軸水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓軸承結(jié)構(gòu)及性能研究[J].潤(rùn)滑與密封，2009，2(1) 11-24.)，是階梯腔軸承的一種改良結(jié)構(gòu)，具有流量大、溫升低的特點(diǎn)，其他性能與階梯腔軸 承類(lèi)似。但以上這些主軸在高速滑動(dòng)的高速精密主軸支撐方面存在多種問(wèn)題(1)高速工況下一般采用低粘度潤(rùn)滑介質(zhì)，由于介質(zhì)粘度較低，在主軸轉(zhuǎn)速較高時(shí) 會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的紊流現(xiàn)象，潤(rùn)滑介質(zhì)內(nèi)摩擦現(xiàn)象加劇，軸承溫升增大。(2)高速工況下滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑膜容易出現(xiàn)破裂，引起潤(rùn)滑介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)氣蝕現(xiàn) 象，降低軸承的可靠性。(3)高速工況下滑動(dòng)軸承的油膜穩(wěn)定性降低，軸承工作狀態(tài)不穩(wěn)定，容易進(jìn)入油膜 振蕩狀態(tài)，導(dǎo)致主軸軸心位置失穩(wěn)，甚至引起事故。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠降低軸承溫 升，提高軸承的油膜可靠性，提高軸承穩(wěn)定性的水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承。[0008]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是包括軸瓦以及設(shè)置在軸瓦內(nèi)的 主軸，其特征在于在軸瓦的內(nèi)壁即軸承封油面上開(kāi)設(shè)有呈梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽，呈梯形結(jié)構(gòu)的 環(huán)槽將軸瓦分隔成為若干相互連通的區(qū)域，且在梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽內(nèi)開(kāi)設(shè)有淺腔，且在軸瓦 上還開(kāi)設(shè)有與梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽相連通的進(jìn)油孔和冷卻孔。本實(shí)用新型的梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽的深度大于淺腔的深度。為了解決高速精密主軸支撐需要高速、低溫升和高穩(wěn)定性的技術(shù)要求，本實(shí)用新 型的水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承在軸承封油面上設(shè)有“梯”形的深槽，將軸承表面分成若干 區(qū)域，在梯槽圍成的區(qū)域里是深度較槽小的淺腔。梯槽包圍的淺腔起到增強(qiáng)動(dòng)壓的效果，提 高軸承的承載力和剛度。在梯槽中存在若干供油孔和冷卻孔，可以將高壓潤(rùn)滑介質(zhì)通過(guò)這 些小孔打入軸承間隙，提高軸瓦表面流量，降低溫升，保證油膜連續(xù)性。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖Ia是主視圖，圖Ib是本實(shí)用新型軸 瓦的展開(kāi)圖；圖2是本實(shí)用新型軸承的溫升分布圖；圖3是本實(shí)用新型軸承在偏心率為0. 5時(shí)的壓力等高圖；圖4是本實(shí)用新型軸承界限渦動(dòng)比平方圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，包括軸瓦1以及設(shè)置在軸瓦1內(nèi)的主軸2，在軸瓦1的內(nèi)壁即軸承封油 面上開(kāi)設(shè)有呈梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3，該梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3將軸瓦分隔成為若干相互連通的區(qū) 域，且在梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3內(nèi)開(kāi)設(shè)有深度小于環(huán)槽3的淺腔4，且在軸瓦1上還開(kāi)設(shè)有與梯 形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3相連通的進(jìn)油孔5和冷卻孔6。該實(shí)用新型具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)一、降低軸承出口溫升梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3將動(dòng)壓效應(yīng)較強(qiáng)的軸向封油面7分為兩部分，形成類(lèi)似于中心 油環(huán)供油的靜壓軸承結(jié)構(gòu)，降低了軸向封油面7上的動(dòng)壓效應(yīng)，可降低摩擦功耗。同時(shí)，梯 形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3中的冷卻孔6提高了軸瓦表面的流量，使軸瓦表面溫升下降。圖2為由軸承計(jì)算程序得到的絕熱條件下梯槽階梯軸承溫升分布圖。由溫升分布 可以看出，階梯軸承中梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3的溫升明顯較周?chē)鷾厣?，由于梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3 中的水與油腔中流出的水在梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3中充分混合，使軸向封油面7上的溫升迅速 下降，軸承出口溫升得到有效控制。二、防止油膜破裂梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽3使本實(shí)用新型的軸承能夠有效提高油膜破裂的臨界偏心率。在 高速水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓階梯腔軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，潤(rùn)滑油膜的壓力梯度很大，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速較高或 軸頸偏心率較大時(shí)，極易出現(xiàn)油膜破裂現(xiàn)象。在油膜破裂處會(huì)出現(xiàn)低壓空穴，這是由于上游 潤(rùn)滑介質(zhì)流量有限，無(wú)法完全充滿空間造成的?？昭〞?huì)導(dǎo)致軸瓦表面氣蝕，縮短軸承壽命， 為了防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，通常情況下只有限制主軸轉(zhuǎn)速或降低主軸偏心率。[0023]如圖3，即使在偏心率為0. 5時(shí)，本實(shí)用新型也能在原本會(huì)出現(xiàn)氣蝕的區(qū)域提高了 流量，降低壓力梯度，避免油膜破裂，說(shuō)明本實(shí)用新型能夠提高油膜破裂的臨界偏心率。三、提高軸承穩(wěn)定性 高速主軸對(duì)穩(wěn)定性的要求很高，當(dāng)主軸處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況下，若軸承穩(wěn)定性過(guò) 低，會(huì)造成油膜失穩(wěn)，導(dǎo)致主軸軸心劇烈振動(dòng)，引起事故。軸承穩(wěn)定性可通過(guò)界限渦動(dòng)比平方估計(jì)，界限渦動(dòng)比平方是失穩(wěn)角速度與工作角 速度的比值的平方，該值越小軸承越穩(wěn)定。由圖4可知本實(shí)用新型的軸承的界限渦動(dòng)比平 方很小，具有較好的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求一種水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承，包括軸瓦(1)以及設(shè)置在軸瓦(1)內(nèi)的主軸(2)，其特征在于在軸瓦(1)的內(nèi)壁即軸承封油面上開(kāi)設(shè)有呈梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽(3)，呈梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽(3)將軸瓦分隔成為若干相互連通的區(qū)域，且在梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽(3)內(nèi)開(kāi)設(shè)有淺腔(4)，且在軸瓦(1)上還開(kāi)設(shè)有與梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽(3)相連通的進(jìn)油孔(5)和冷卻孔(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承，其特征在于所說(shuō)的梯形結(jié)構(gòu) 的環(huán)槽(3)的深度大于淺腔(4)的深度。
專利摘要一種水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓梯槽階梯軸承，包括軸瓦以及設(shè)置在軸瓦內(nèi)的主軸，在軸瓦的內(nèi)壁即軸承封油面上開(kāi)設(shè)有呈梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽，呈梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽將軸瓦分隔成為若干相互連通的區(qū)域，且在梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽內(nèi)開(kāi)設(shè)有淺腔，且在軸瓦上還開(kāi)設(shè)有與梯形結(jié)構(gòu)的環(huán)槽相連通的進(jìn)油孔和冷卻孔。本實(shí)用新型在軸承封油面上的有“梯”形的深槽，將軸承表面分成若干區(qū)域，在梯槽圍成的區(qū)域里是深度較槽小的淺腔。梯槽包圍的淺腔起到增強(qiáng)動(dòng)壓的效果，提高軸承的承載力和剛度。在梯槽中存在若干供油孔和冷卻孔，可以將高壓潤(rùn)滑介質(zhì)通過(guò)這些小孔打入軸承間隙，提高軸瓦表面流量，降低溫升，保證油膜連續(xù)性。
文檔編號(hào)F16C37/00GK201627825SQ20092024486
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者徐華, 戴攀, 馬石磊 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)