一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)的氣浮導(dǎo)軌導(dǎo)軌氣體承載力和剛度較小，并且小孔太小，加工很困難，還容易堵塞。一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌，包括外軸套和內(nèi)軸套，外軸套緊密貼合在內(nèi)軸套上，與外軸套貼合處的內(nèi)軸套外表面沿圓周方向設(shè)置有導(dǎo)氣槽，外軸套上設(shè)置有與導(dǎo)氣槽連通的通氣孔，在導(dǎo)氣槽內(nèi)表面沿其圓周方向間隔排列多排扇形狹縫，每排等間距設(shè)置數(shù)個(gè)扇形狹縫，位于同一軸線上的扇形狹縫邊緣相平齊，所述扇形狹縫的底端延伸至內(nèi)軸套的內(nèi)表面，扇形狹縫的頂端寬度大于底端寬度。本實(shí)用新型擴(kuò)散流動(dòng)較小，氣體的承載力和剛度較高，穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種摩擦與潤(rùn)滑領(lǐng)域，具體為一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓 柱氣浮導(dǎo)軌。 一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣淳導(dǎo)軌

【背景技術(shù)】
[0002] 世界縫紉機(jī)的發(fā)展，是以不斷提高速度作為提高縫紉效率的突破口，以高速度作 為縫紉機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)。一方面，由于縫紉機(jī)要提高縫紉效率而提高縫紉速度，提高了縫 紉速度，在縫紉機(jī)系統(tǒng)中，必須建立一個(gè)強(qiáng)制供潤(rùn)滑油的系統(tǒng)，確保縫紉機(jī)能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定 的正常進(jìn)行縫紉工作；而另一方面，由于縫紉機(jī)的縫紉對(duì)象要求,縫紉機(jī)在縫紉過(guò)程中，對(duì) 縫料有不能沾有油跡、無(wú)污染的質(zhì)量要求。為解決這一矛盾目前工業(yè)縫紉機(jī)采用的無(wú)油化 技術(shù)一般是在機(jī)頭內(nèi)腔部分取消供油和回油系統(tǒng)，從根本上解決工業(yè)平縫機(jī)頭部滲油、漏 油的問(wèn)題，主要方法是改變零件材料來(lái)提高零件的耐磨性，但在高線速度工作條件下，運(yùn) 動(dòng)副的二個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間干磨擦很快會(huì)使運(yùn)動(dòng)構(gòu)件形成高溫發(fā)熱使運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件咬死。由于 氣膜厚度的均化作用，其精密度較高；空氣熱穩(wěn)定性好，對(duì)紡織產(chǎn)品無(wú)污染；由于空氣的粘 性低，摩擦損耗小，可在很高的速度下進(jìn)行支承的特點(diǎn)，因此，以氣體潤(rùn)滑代替滑動(dòng)摩擦是 在實(shí)現(xiàn)工業(yè)縫紉機(jī)無(wú)油化要求下提高極限速度最為理想的。
[0003] 目前小孔環(huán)面型圓柱氣浮導(dǎo)軌有過(guò)初步研究，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由外軸套和 內(nèi)軸套緊密貼合而成，外軸套上設(shè)有一個(gè)通氣孔，內(nèi)軸套外表面沿圓周加工有一圈導(dǎo)氣槽 用以沿圓周均勻分布通入的氣體，在導(dǎo)氣槽內(nèi)表面有兩排沿周向等距離分布的小孔，每排4 個(gè)或6個(gè)，用以將導(dǎo)氣槽中的氣體由小孔通入內(nèi)軸套內(nèi)表面與針桿間的間隙中支承針桿。 這種結(jié)構(gòu)的氣浮導(dǎo)軌雖較穩(wěn)定但小孔環(huán)面型圓柱氣浮導(dǎo)軌為點(diǎn)源供氣形式，從節(jié)流孔出來(lái) 的氣體要發(fā)生擴(kuò)散流動(dòng)，導(dǎo)軌氣體承載力和剛度較小，并且小孔太小，加工很困難，還容易 堵塞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的是提供一種具有承載力高，剛度大，高速穩(wěn)定性好，渦流小特點(diǎn) 的基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流 的圓柱氣浮導(dǎo)軌，包括外軸套和內(nèi)軸套，外軸套緊密貼合在內(nèi)軸套上，與外軸套貼合處的內(nèi) 軸套外表面沿圓周方向設(shè)置有導(dǎo)氣槽，外軸套上設(shè)置有與導(dǎo)氣槽連通的通氣孔，在導(dǎo)氣槽 內(nèi)表面距離其兩端1 一 1.8_的位置分別沿其圓周方向間隔排列多排扇形狹縫，每排等間 距設(shè)置數(shù)個(gè)扇形狹縫，位于同一軸線上的扇形狹縫邊緣相平齊，所述扇形狹縫的底端延伸 至內(nèi)軸套的內(nèi)表面，扇形狹縫的頂端寬度大于底端寬度。
[0006] 所述扇形狹縫沿圓周方向至少設(shè)置兩排，每排扇形狹縫的數(shù)量為6條。
[0007] 所述每條扇形狹縫的長(zhǎng)度為內(nèi)軸套內(nèi)表面周長(zhǎng)的6% - 9%，每條扇形狹縫的頂端 寬度為扇形狹縫周長(zhǎng)的12%，底端寬度為扇形狹縫周長(zhǎng)的14%，所述6條扇形狹縫的累積長(zhǎng) 度為內(nèi)軸套內(nèi)表面圓周長(zhǎng)的二分之一。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0009] 1.本實(shí)用新型狹縫式圓柱氣浮導(dǎo)軌是線源供氣，擴(kuò)散流動(dòng)較小，由于圓柱氣浮導(dǎo) 軌環(huán)向壓力不同，主要發(fā)生氣膜間隙中的環(huán)向流動(dòng)，氣體的承載力和剛度較高，穩(wěn)定性好；
[0010] 2.該狹縫型圓柱氣浮導(dǎo)軌的狹縫寬度為線切割鑰絲直徑0. 26,扇形狹縫長(zhǎng)度占 內(nèi)軸套內(nèi)表面周長(zhǎng)的8%，扇形狹縫深度為從內(nèi)軸套外表面導(dǎo)氣槽底部至內(nèi)軸套內(nèi)表面穿 透，沿軸套周向等距離的分布6條間斷狹縫，圓周上6條扇形狹縫的累積長(zhǎng)度控制在圓周長(zhǎng) 的二分之一左右，該圓柱氣浮導(dǎo)軌狹縫的自身結(jié)構(gòu)決定了其靠微小氣膜間隙對(duì)氣體流動(dòng)進(jìn) 行節(jié)流的方式，改變了理論上靠狹縫節(jié)流的原理，即靠導(dǎo)軌內(nèi)軸套內(nèi)表面與針桿間極其微 小的間隙（l〇um)進(jìn)行節(jié)流產(chǎn)生氣體壓降進(jìn)行支承的獨(dú)特之處，且節(jié)流效果好。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為現(xiàn)有的小孔環(huán)面型圓柱氣浮導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2為本實(shí)用新型圓柱氣浮導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3為圖2的側(cè)視圖；
[0014] 圖4為本實(shí)用新型的圓柱氣浮導(dǎo)軌使用時(shí)氣體流動(dòng)平面圖；
[0015] 圖5為氣膜間隙中氣體壓力分布平面圖；
[0016] 圖6為本實(shí)用新型使用時(shí)針桿不同偏心下的氣浮承載曲線圖。
[0017] 其中：1.內(nèi)軸套；2.外軸套；3.針桿；4.通氣孔；5.導(dǎo)氣槽；6.密封槽；7. 扇形狹縫；8.第一內(nèi)孔；9.第二內(nèi)孔。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019] 參照?qǐng)D2和圖3,一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌，包括外軸套2和 內(nèi)軸套1，外軸套2緊密貼合在內(nèi)軸套1上，與外軸套2貼合處的內(nèi)軸套1外表面沿圓周方 向設(shè)置有導(dǎo)氣槽5,外軸套2上設(shè)置有與導(dǎo)氣槽5連通的通氣孔4,在導(dǎo)氣槽5內(nèi)表面距離 其兩端1 一 1. 8mm的位置分別沿其圓周方向間隔排列至少兩排扇形狹縫7,每排扇形狹縫7 的數(shù)量為6條，每排等間距設(shè)置數(shù)個(gè)扇形狹縫7,位于同一軸線上的扇形狹縫7邊緣相平齊， 扇形狹縫7的底端延伸至內(nèi)軸套1的內(nèi)表面，扇形狹縫7的頂端寬度大于底端寬度。
[0020] 每條扇形狹縫7的長(zhǎng)度為內(nèi)軸套1內(nèi)表面周長(zhǎng)的6% - 9%，每條扇形狹縫7的頂端 寬度為扇形狹縫7周長(zhǎng)的12%，底端寬度為扇形狹縫7周長(zhǎng)的14%，所述6條扇形狹縫7的 累積長(zhǎng)度為內(nèi)軸套1內(nèi)表面圓周長(zhǎng)的二分之一左右。
[0021] 本狹縫型圓柱氣浮軌道主要由內(nèi)軸套1和外軸套2兩部分組成。加工時(shí)，在外軸 套2的圓周表面上加工有一個(gè)M5螺紋連接通氣孔4,通氣孔4通過(guò)氣管與氣源相連進(jìn)行供 氣。在外軸套2內(nèi)表面距離外軸套2兩端0. 7mm處沿圓周分別加工有一圈深0. 5mm的密封 槽6,在其與內(nèi)軸套1上的密封槽所形成的密封腔里添加硅膠進(jìn)行密封，防止氣體泄漏。內(nèi) 軸套1可分為兩部分，軸套夾持固定部分和內(nèi)外軸套配合部分，也是工作部分。內(nèi)軸套1的 軸套夾持固定部分與機(jī)架通過(guò)微過(guò)盈配合將導(dǎo)軌固定，內(nèi)軸套1的內(nèi)外軸套配合部分與外 軸套2緊密貼合，保證密封性好不漏氣。首先在內(nèi)軸套1的中部加工Φ7的通孔，再在內(nèi)軸 套1的軸套夾持固定部分中部擴(kuò)孔至8_，最后將內(nèi)軸套1的內(nèi)外軸套配合部分內(nèi)孔鉸孔至 7. 24mm，即為第一內(nèi)孔8,將內(nèi)軸套1的軸套夾持固定部分內(nèi)孔鉸孔至8. 4mm，即為第二內(nèi)孔 9。在內(nèi)軸套1的內(nèi)外軸套配合部分外表面中部沿圓周加工一圈深0. 5_的導(dǎo)氣槽5,其寬 度占內(nèi)軸套1的內(nèi)外軸套配合部分長(zhǎng)度的80%，具體為13_。由通氣孔4進(jìn)入的氣體沿圓 周慢慢的充滿導(dǎo)氣槽5,為防止氣體泄漏，在內(nèi)軸套1的內(nèi)外軸套配合部分外表面距離軸套 兩端0. 7_處分別加工有與外軸套2內(nèi)表面的兩道密封槽6相配合的同大小密封槽。在距 導(dǎo)氣槽5兩端部1. 2_，內(nèi)軸套1的內(nèi)外軸套配合部分兩端3. 3_處分別用線切割的方法， 切割所用鑰絲的直徑為〇. 26mm，鑰絲沿圓周橫放著慢慢沿軸套徑向向下切割出長(zhǎng)1. 83mm， 占內(nèi)軸套III部分內(nèi)表面周長(zhǎng)的8%，頂端寬為線切割鑰絲直徑0. 26mm，占狹縫長(zhǎng)度的14%， 圓弧弦高0.66mm的扇形狹縫7,然后將內(nèi)軸套1轉(zhuǎn)動(dòng)30°，用同樣的方法加工第二條狹縫， 同排沿圓周方向相鄰兩狹縫之間的距離占內(nèi)軸套III部分內(nèi)表面圓周周長(zhǎng)的8%，同理，沿 圓周依次均勻的加工出6條間斷扇形狹縫，圓周上6條扇形狹縫的累積長(zhǎng)度控制在內(nèi)軸套 內(nèi)表面圓周長(zhǎng)的二分之一左右，最后，在兩排扇形狹縫中間位置沿周向用同樣方法均勻加 工6條間斷扇形狹縫，沿軸向相鄰兩狹縫間的距離為5_。
[0022] 本實(shí)用新型型的工作原理是：參照?qǐng)D4,導(dǎo)氣槽5中的氣體以初始供氣壓力6MPa 通過(guò)扇形狹縫7進(jìn)入內(nèi)軸套1的的內(nèi)表面與針桿3間的氣膜間隙中，由于扇形狹縫7寬度較 大，使得氣體在流過(guò)扇形狹縫過(guò)程中，扇形狹縫不產(chǎn)生節(jié)流效果，扇形狹縫出口處的氣體壓 力P0值最小為5. 20左右，并沿著軸向和周向向四周流動(dòng)，在軸向，向一邊流入大氣中，壓力 降為大氣壓Pa為IMPa，向另一邊與對(duì)排扇形狹縫流過(guò)來(lái)的氣體匯合，使兩扇形狹縫間的壓 力為恒值P0 ;在周向，氣體沿圓周向兩邊流動(dòng)，與前后相鄰扇形狹縫流出氣體融合，若軸套 中心與針桿中心完全重合，則在圓周方向上氣體的環(huán)向流動(dòng)較小，氣體壓力均為狹縫出口 壓力P0,若軸套中心與針桿中心存在偏心，則氣體壓力沿圓周方向各不相同，氣體的環(huán)向流 動(dòng)較大。由于內(nèi)軸套1的II部分的內(nèi)表面與針桿3間的氣膜間隙h很小，只有l(wèi)Oum，因此， 氣體從扇形狹縫7出口流出后，在進(jìn)入氣膜間隙向四周流動(dòng)時(shí)，由軸向氣膜高度C1 (左)、C2 (右）和周向氣膜高度D1 (前)、D2 (后）圍成的四面體將對(duì)流出的氣體產(chǎn)生節(jié)流效果，從而 在氣膜間隙中造成壓力降，對(duì)針桿3進(jìn)行支承，保證針桿3正常運(yùn)動(dòng)。當(dāng)針桿3運(yùn)動(dòng)中發(fā)生 6um偏心時(shí)，將其氣膜沿軸向剪開(kāi)后展開(kāi)成平面，氣膜間隙中氣體的壓力分布如圖5所示， 從圖中可看出經(jīng)過(guò)氣膜間隙節(jié)流后的氣體壓力分布符合理論上的氣體壓力分布規(guī)律，沿軸 向Y方向兩狹縫間的氣體壓力相等，均等于狹縫出口壓力P0,最小可達(dá)到5. 20左右，從而 可看出該狹縫型氣浮軸承的密封性和節(jié)流性較好，扇形狹縫出口處的氣體向軸承兩端流到 大氣中，氣體壓力減至為大氣壓力IMPa ;沿周向X方向，氣體壓力以一定梯度從最大處向兩 邊遞減，并沿中心對(duì)稱分布；在氣膜高度Z方向，最上面壓力最高，氣膜間隙最小，從上往下 壓力逐漸變小，氣膜間隙均勻增大。本實(shí)用新型的狹縫型圓柱氣浮導(dǎo)軌所能達(dá)到的最大氣 浮承載力效果參照?qǐng)D6所示，其在針桿發(fā)生不同偏心情況下的承載力隨著偏心的增大而增 大，最大可達(dá)到72N，因此，在針桿高速運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏心的情況下，該實(shí)用新型的周成最大可支 承72N的負(fù)荷。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌，包括外軸套（2)和內(nèi)軸套（1 )，外軸 套（2)緊密貼合在內(nèi)軸套（1)上，與外軸套（2)貼合處的內(nèi)軸套（1)外表面沿圓周方向設(shè)置 有導(dǎo)氣槽（5)，外軸套（2)上設(shè)置有與導(dǎo)氣槽（5)連通的通氣孔（4)，其特征在于：在導(dǎo)氣槽 (5)內(nèi)表面距離其兩端1 一 1. 8_的位置分別沿其圓周方向間隔排列多排扇形狹縫（7)，每 排等間距設(shè)置數(shù)個(gè)扇形狹縫（7)，位于同一軸線上的扇形狹縫（7)邊緣相平齊，所述扇形狹 縫（7)的底端延伸至內(nèi)軸套（1)的內(nèi)表面，扇形狹縫（7)的頂端寬度大于底端寬度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌，其特征在 于：所述扇形狹縫（7)沿圓周方向至少設(shè)置兩排，每排扇形狹縫（7)的數(shù)量為6條。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于狹縫型氣膜間隙節(jié)流的圓柱氣浮導(dǎo)軌，其特征在 于：所述每條扇形狹縫（7)的長(zhǎng)度為內(nèi)軸套（1)內(nèi)表面周長(zhǎng)的6% - 9%，每條扇形狹縫（7) 的頂端寬度為扇形狹縫（7)周長(zhǎng)的12%，底端寬度為扇形狹縫（7)周長(zhǎng)的14%，所述6條扇形 狹縫（7)的累積長(zhǎng)度為內(nèi)軸套（1)內(nèi)表面圓周長(zhǎng)的二分之一。
【文檔編號(hào)】F16C32/06GK203847560SQ201420277951
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】張君安, 資同江, 盧志偉, 劉波 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)