一種高精度靜壓空氣軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度靜壓空氣軸承，屬于軸承技術(shù)領(lǐng)域，包括主軸系統(tǒng)和導氣系統(tǒng)，所述主軸系統(tǒng)包括空心軸Ⅰ、套裝在空心軸Ⅰ內(nèi)的可轉(zhuǎn)動的空心軸Ⅱ以及在空心軸Ⅱ的軸向兩側(cè)分別固接有上止推板和下止推板，所述空心軸Ⅰ設(shè)于上止推板和下止推板之間，且空心軸Ⅰ與空心軸Ⅱ、上止推板和下止推板分別間隙配合；所述導氣系統(tǒng)包括套裝在空心軸Ⅰ外的導氣環(huán)、設(shè)置在空心軸Ⅰ內(nèi)且與導氣環(huán)連通的進氣通道以及設(shè)置在上止推板和下止推板內(nèi)且與進氣通道連通的出氣通道通。本發(fā)明的高精度靜壓空氣軸承具有控制精度高，平穩(wěn)性好，負載能力強的特點，并在高速旋轉(zhuǎn)時具備摩擦損耗小，不易污染等優(yōu)點，適用于精密旋轉(zhuǎn)定位機構(gòu)。
【專利說明】
一種高精度靜壓空氣軸承
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度靜壓空氣軸承?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]精密和超精密加工與測量設(shè)備的性能是衡量一個國家精密和超精密機械制造能力的重要指標，具有帶動全局的戰(zhàn)略意義。然而，決定精密和超精密機械設(shè)備性能的基礎(chǔ)性關(guān)鍵部件是軸系，其中軸承又是軸系的核心。軸承中的空氣軸承是以空氣作為潤滑劑，以使主軸無論在低速還是高速運行情況下均能提高較高的精度;空氣軸承的支撐面和被支撐面之間依靠空氣膜把兩者隔開，從而具有低摩擦、耐高低溫以及耐輻射的特點。
[0003]2013年國家重大儀器專項“微納結(jié)構(gòu)超微分辨計算機三維成像分析儀”的研制任務(wù)中提出了對超精密轉(zhuǎn)臺需求，其要求轉(zhuǎn)臺軸向和徑向跳動達到納米級別，而轉(zhuǎn)臺的關(guān)鍵部件即為軸承。因此，隨著氣體潤滑劑的應(yīng)用日益廣泛，對空氣軸承的研究也越來越受到重視，而空氣軸承的結(jié)構(gòu)形式、配合間隙以及供氣壓力之間的關(guān)系是保證空氣軸承高精度的關(guān)鍵，因此，有必要設(shè)計一種高精度靜壓空氣軸承，使其具有回轉(zhuǎn)精度高，平穩(wěn)性好的特點， 滿足當先對于超精密轉(zhuǎn)臺或是軸系的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的在于提供一種高精度靜壓空氣軸承，具有回轉(zhuǎn)精度更高，負載能力強，平穩(wěn)性好的優(yōu)點。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明一種高精度靜壓空氣軸承，包括主軸系統(tǒng)和導氣系統(tǒng)，所述主軸系統(tǒng)包括有空心軸1、套裝在空心軸I內(nèi)的可轉(zhuǎn)動的空心軸n以及在空心軸n的軸向兩側(cè)分別固接有上止推板和下止推板，所述空心軸I設(shè)于上止推板和下止推板之間，且空心軸I與空心軸n、 上止推板和下止推板分別間隙配合;所述導氣系統(tǒng)包括有套裝在空心軸I外的導氣環(huán)、設(shè)置在空心軸I內(nèi)且與導氣環(huán)連通的進氣通道以及設(shè)置在上止推板和下止推板內(nèi)且通過空心軸 I與空心中n、上止推板和下止推板之間形成的間隙通道分別與進氣通道連通的出氣通道。
[0007]進一步，在所述上止推板和下止推板的周向上沿其軸向方向均設(shè)置有若干個均勻分布的固定孔，兩兩相鄰的所述固定孔間的間距相等，所述固定孔孔緣處設(shè)有倒角;在所述空心軸n的周向上沿其軸向方向設(shè)有與所述上止推板和下止推板的固定孔相匹配連接的軸向通孔。
[0008]進一步，所述導氣環(huán)與空心軸I間隙配合，所述空心軸I外壁上設(shè)有與所述導氣環(huán)配合安裝的階臺，在所述導氣環(huán)的周向上沿其軸向方向設(shè)置有若干個均勻分布的安裝孔， 兩兩相鄰的所述安裝孔間的間距相等，所述安裝孔孔緣處設(shè)有倒角。
[0009]進一步，所述導氣環(huán)的內(nèi)壁上設(shè)置有與進氣通道連通的環(huán)形凹槽，在所述導氣環(huán)的徑向方向上設(shè)置有一通氣孔，所述通氣孔的一端連接于環(huán)形凹槽底部，另一端連接于外部氣源。
[0010]進一步，所述導氣環(huán)通過膠粘接與空心軸I氣密。
[0011]進一步，所述導氣環(huán)的內(nèi)壁上在位于環(huán)形凹槽的兩側(cè)還設(shè)置有密封凹槽，所述導氣環(huán)通過設(shè)置于密封凹槽內(nèi)的密封圈與空心軸I氣密。
[0012]進一步，在所述空心軸I的周向上設(shè)置有若干個均勻分布的所述的進氣通道，兩兩相鄰的所述進氣通道間的間距相等，所述進氣通道由沿空心軸I徑向方向貫穿的橫向進氣道和沿空心軸I軸向方向貫穿的縱向進氣道構(gòu)成的正交十字形通道。
[0013]進一步，在所述上止推板和下止推板的軸向上均設(shè)置有若干個均勻分布的所述出氣通道，兩兩相鄰的所述出氣通道間的間距相等，所述出氣通道包括有沿上止推板或下止推板軸向方向貫穿的縱向出氣道和在上止推板或下止推板徑向方向上與縱向出氣道連通并向外延伸遠離上止推板或下止推板中心的徑向出氣道，所述縱向出氣道對準于空心軸I 和空心軸n之間形成的間隙通道。
[0014]進一步，所述進氣通道在位于縱向進氣道的兩端和橫向進氣道在靠近空心軸n的一端均設(shè)置有節(jié)流塞，所述節(jié)流塞通過膠粘接均與進氣通道氣密。
[0015]進一步，所述節(jié)流塞設(shè)置有一個或多個的狹縫或孔形氣流道。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承，具有控制精度高，平穩(wěn)性好，負載能力更強的特點;并在高速旋轉(zhuǎn)時具備摩擦損耗小，不易污染等優(yōu)點。
[0017]本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得?！靖綀D說明】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中:
[0019]圖1為本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0020]圖2為本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承中導氣環(huán)的示意圖；
[0021]圖3為圖2的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0022]圖4為本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承中上止推板的示意圖；
[0023]圖5為圖4的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0024]圖6為本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承中空心軸n的示意圖；
[0025]圖7為圖6的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0026]圖8為本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承中空心軸I的示意圖；
[0027]圖9為圖8的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0028] 附圖標記:1-空心軸I，2-空心軸n，3-上止推板，4-下止推板，5-導氣環(huán)，6-進氣通道，7-出氣通道，8-節(jié)流塞；其中，201-軸向通孔，301-固定孔，501-環(huán)形凹槽，502-通氣孔， 503-安裝孔，601-橫向進氣道，602-縱向進氣道，701-橫向出氣道，702-縱向出氣道?！揪唧w實施方式】
[0029]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述;應(yīng)當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0030]如圖1-9所示，本發(fā)明一種高精度靜壓空氣軸承，主要由主軸系統(tǒng)和導氣系統(tǒng)組成，其中主軸系統(tǒng)包括有空心軸I1、套裝在空心軸II內(nèi)的可轉(zhuǎn)動的空心軸112以及在空心軸 112的軸向兩側(cè)通過螺釘(未標記)分別固接有上止推板3和下止推板4,而空心軸II也安裝在上止推板3和下止推板4之間，空心軸11與空心軸n 2、上止推板3和下止推板4之間分別間隙配合，并通過在上止推板3和下止推板4的周向上沿其軸向方向均設(shè)置有若干個均勻分布的固定孔301，而兩兩相鄰的固定孔301間的間距相等，固定孔301孔緣處設(shè)有倒角，以利于穩(wěn)固、快速安裝;在空心軸112的周向上沿其軸向方向設(shè)有與上止推板3和下止推板4的固定孔301相匹配連接的軸向通孔201，通過使用螺釘與該固定孔301和軸向通孔201間相互配合作用下，將空心軸II與上止推板3和下止推板4固定連接;這樣，空心軸112與上止推板3和下止推板4構(gòu)成一個回轉(zhuǎn)體，即當空心軸n 2套設(shè)在一個外接轉(zhuǎn)軸上時，該回轉(zhuǎn)體可隨轉(zhuǎn)軸相對于空心軸II發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動；
[0031]該導氣系統(tǒng)包括有套裝在空心軸II外的導氣環(huán)5、設(shè)置在空心軸II內(nèi)且與導氣環(huán)5 連通的進氣通道6以及設(shè)置在上止推板3和下止推板4內(nèi)且通過空心軸II與空心中112、上止推板3和下止推板4之間形成的間隙通道(未標記)分別與進氣通道6連通的出氣通道7;而導氣環(huán)5的內(nèi)壁上設(shè)置有與進氣通道6連通的環(huán)形凹槽501，在導氣環(huán)5的徑向方向上設(shè)置有一通氣孔502,通氣孔502的一端連接于環(huán)形凹槽501底部，另一端連接于外部氣源(未畫出)； 該進氣通道6在空心軸II的周向上均勻分布有若干個，且兩兩相鄰的進氣通道6間的間距相等，進氣通道6由沿空心軸II徑向方向貫穿的橫向進氣道601和沿空心軸II軸向方向貫穿的縱向進氣道602構(gòu)成的正交十字形通道，其中橫向進氣道601的一端連接于導氣環(huán)5的環(huán)形凹槽501，另一端連接于空心軸II與空心軸112間形成的間隙通道，而縱向進氣道602的兩端則連接與空心軸II與上止推板3和下止推板4間的間隙通道;該出氣通道7在上止推板3和下止推板4的軸向上均勻分布有若干個，且兩兩相鄰的出氣通道7間的間距相等，出氣通道7包括有沿上止推板3或下止推板4軸向方向貫穿的縱向出氣道702和在上止推板3或下止推板4 徑向方向上與縱向出氣道702連通并向外延伸遠離上止推板3或下止推板4中心的徑向出氣道701，該縱向出氣道702對準于空心軸11和空心軸II 2之間形成的間隙通道;這樣，外部氣源依次通過導氣環(huán)上的通氣孔和環(huán)形凹槽將空氣輸送至空心軸I內(nèi)的各個進氣通道，一部分空氣通過橫向進氣道輸入到空心軸I與空心軸n間的間隙通道后經(jīng)出氣通道和空心軸I 與上止推板和下止推板間的間隙通道輸出該軸承本體外，一部粉空氣通過縱向進氣道輸入到空心軸I與空心軸n間的間隙通道后經(jīng)該間隙通道和出氣通道輸出該軸承本體外，其中， 由出氣通道向外輸出的空氣則是通過縱向出氣道和與該縱向出氣到連通的橫向出氣道共同排除軸承本體外;簡單而言就是，此過程中，分別在空心軸I和空心軸n之間，以及空心軸 I與上止推板和下止推板之間形成空氣膜，以空氣作為潤滑劑，以使空心軸I與空心軸n、上止推板和下止推板構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體之間保持相對運動，即這種相對運動的支撐面和被支撐面之間依靠空氣膜把兩者隔開，從而具有低摩擦、耐高低溫以及耐輻射的特點。本發(fā)明高精度靜壓空氣軸承，具有控制精度高，平穩(wěn)性好，負載能力更強的特點；并在高速旋轉(zhuǎn)時具備摩擦損耗小，不易污染等優(yōu)點。
[0032]本實施例中，優(yōu)選的所述空心軸11與空心軸n 2之間的接觸面設(shè)置為錐面，該結(jié)構(gòu)有利于對回轉(zhuǎn)體在回轉(zhuǎn)方向上有一個高精度靜壓空氣軸承支承，以提高其負載能力，使其可承受較大的傾斜力矩。
[0033]本實施例中，所述導氣環(huán)5與空心軸II間隙配合，當然在不同的實施例中，該兩者的配合關(guān)系還可以是過渡配合或過盈配合;該空心軸II外壁上設(shè)有與導氣環(huán)5配合安裝的階臺(未標記)，這樣，可是空心軸I擱置在導氣環(huán)上，即可由導氣環(huán)托起該空心軸I;同時，在導氣環(huán)5的周向上沿其軸向方向設(shè)置有若干個均勻分布的安裝孔503,兩兩相鄰的安裝孔 503間的間距相等，安裝孔503孔緣處設(shè)有倒角，這樣，通過安裝孔可使導氣環(huán)固定連接在外物上，從而使空心軸I也獲得固定位置放置。
[0034]本實施例中，所述導氣環(huán)5通過膠粘接與空心軸II氣密。所述膠粘接用粘膠采用厭氧膠342號，可滿足使用條件。當然在不同的實施例中，所述導氣環(huán)5的內(nèi)壁上在位于環(huán)形凹槽501的兩側(cè)還可以設(shè)置有密封凹槽(未畫出)，這樣，導氣環(huán)5就可以通過設(shè)置于密封凹槽內(nèi)的0型密封圈(未畫出)與空心軸II氣密，同樣可以達到上述的目的。[0〇35]本實施例中，所述進氣通道6在位于縱向進氣道602的兩端和橫向進氣道601在靠近空心軸112的一端均可通過銅套(未畫出)安裝有節(jié)流塞8,這樣，一方面，節(jié)流塞可穩(wěn)固的安裝在進氣通道內(nèi)，另一方面通過節(jié)流塞可以調(diào)節(jié)進氣通道出口的空氣氣流的流量，以滿足空心軸I與空心軸n、上止推板和下止推板之間形成的空氣膜的使用條件。本例中，空氣軸承可置于0.4?0.6MPa供氣條件下獲得氣浮回轉(zhuǎn)工作。
[0036]本實施例中，所述節(jié)流塞8也通過膠粘接與進氣通道6氣密。所述膠粘接用粘膠也采用厭氧膠342號，可滿足使用條件。
[0037]本實施例中，所述節(jié)流塞8設(shè)置有一個或多個的狹縫或孔形氣流道。
[0038]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:包括主軸系統(tǒng)和導氣系統(tǒng)，所述主軸系統(tǒng)包 括有空心軸I (1 )、套裝在空心軸I內(nèi)的可轉(zhuǎn)動的空心軸n (2)以及在空心軸n的軸向兩側(cè)分 別固接有上止推板(3)和下止推板(4)，所述空心軸I設(shè)于上止推板和下止推板之間，且空心 軸I與空心軸n、上止推板和下止推板分別間隙配合；所述導氣系統(tǒng)包括有套裝在空心軸I外的導氣環(huán)(5)、設(shè)置在空心軸I內(nèi)且與導氣環(huán)連 通的進氣通道(6)以及設(shè)置在上止推板和下止推板內(nèi)且通過空心軸I與空心軸n、上止推板 和下止推板之間形成的間隙通道分別與進氣通道連通的出氣通道(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:在所述上止推板和下 止推板的周向上沿其軸向方向均設(shè)置有若干個均勻分布的固定孔(301)，兩兩相鄰的所述 固定孔間的間距相等，所述固定孔孔緣處設(shè)有倒角；在所述空心軸n的周向上沿其軸向方 向設(shè)有與所述上止推板和下止推板的固定孔相匹配連接的軸向通孔(201)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:所述導氣環(huán)與空心軸 I間隙配合，所述空心軸I外壁上設(shè)有與所述導氣環(huán)配合安裝的階臺，在所述導氣環(huán)的周向 上沿其軸向方向設(shè)置有若干個均勻分布的安裝孔(503)，兩兩相鄰的所述安裝孔間的間距 相等，所述安裝孔孔緣處設(shè)有倒角。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:所述導氣環(huán)的內(nèi)壁上 設(shè)置有與進氣通道連通的環(huán)形凹槽(501)，在所述導氣環(huán)的徑向方向上設(shè)置有一通氣孔 (502)，所述通氣孔的一端連接于環(huán)形凹槽底部，另一端連接于外部氣源。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:所述導氣環(huán)通過膠粘接與空心軸I氣密。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:所述導氣環(huán)的內(nèi)壁上 在位于環(huán)形凹槽的兩側(cè)還設(shè)置有密封凹槽，所述導氣環(huán)通過設(shè)置于密封凹槽內(nèi)的密封圈與空心軸I氣密。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:在所述空心軸I的周 向上設(shè)置有若干個均勻分布的所述的進氣通道，兩兩相鄰的所述進氣通道間的間距相等， 所述進氣通道由沿空心軸I徑向方向貫穿的橫向進氣道(601)和沿空心軸I軸向方向貫穿的 縱向進氣道(602)構(gòu)成的正交十字形通道。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:在所述上止推板和下 止推板的軸向上均設(shè)置有若干個均勻分布的所述出氣通道，兩兩相鄰的所述出氣通道間的 間距相等，所述出氣通道包括有沿上止推板或下止推板軸向方向貫穿的縱向出氣道(702) 和在上止推板或下止推板徑向方向上與縱向出氣道連通并向外延伸遠離上止推板或下止 推板中心的徑向出氣道(701)，所述縱向出氣道對準于空心軸I和空心軸n間形成的間隙通 道。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:所述進氣通道在位于 縱向進氣道的兩端和橫向進氣道在靠近空心軸n的一端均設(shè)置有節(jié)流塞(8)，所述節(jié)流塞 通過膠粘接均與進氣通道氣密。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高精度靜壓空氣軸承，其特征在于:所述節(jié)流塞設(shè)置有 一個或多個的狹縫或孔形氣流道。
【文檔編號】F16C32/06GK105952798SQ201610549932
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】王福全, 王玨, 李靜
【申請人】重慶大學