[發明專利]環槽冷卻水潤滑動靜壓高速軸承

無效

• 申請號: 200810150640.5
• 申請日: 2008-08-15
• 公開（公告）號: CN101338786A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 戴攀;張亞賓;徐華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F16C17/02
• 分類號: F16C17/02;F16C33/10;F16C37/00;B23Q11/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明涉及一種高速精密機床軸承，具體涉及一種環槽冷卻水潤滑動靜壓高速軸承。

背景技術

隨著高速高精度加工的需求日益迫切，人們提出采用低粘度介質潤滑的動靜壓軸承技術，利用水的低粘度和大比熱的物理特性和軸承在高速下的動壓效應，使軸承工作時溫升很低，并且能夠提供足夠的剛度和承載力。高速精密機床主軸水潤滑動靜壓滑動軸承支撐技術主要有深腔軸承和階梯腔軸承。

深腔軸承利用類似靜壓軸承的腔型，利用高速時增強的動壓效應以彌補使用低粘度介質帶來的剛度的降低，同時利用水的大比熱和很大的流量控制溫升。該類軸承剛度在1×10⁸N/m到5×10⁸N/m左右，d_m·N(軸承直徑與轉速的乘積，用于衡量軸承的機械指標)在1×10⁶以下時溫升尚可滿足要求，但由于湍流內摩擦的影響，d_m·N較大時溫升很難控制。該類軸承主要用于中高轉速磨床(張國淵，袁小陽.水潤滑動靜壓軸承三維壓力及溫度場分布理論研究【J】潤滑與密封2006年8月第8期(總第180期))。

階梯腔軸承利用階梯腔能夠極大地增強動壓效用，使軸承具有很高的剛度，適用于高速切削機床(張亞賓.高速機床用水潤滑動靜壓軸承設計研究【D】.西安交通大學碩士學位論文2008)，是一項極具潛力的技術，但當d_m·N超過1×10⁶時溫升會極大影響其精度(郭策，孫慶鴻.高速高精度數控車床主軸系統的熱特性分析及熱變形計算【J】.東南大學學報2005年3月第35卷第2期(自然科學版))，國內尚沒有d_m·N值高于5×10⁵的類軸承應用(郭宏升，焦讓，張杰，牛奔.水潤滑高速動靜壓滑動軸承在機械加工中的應用研究【J】制造技術與機床2007年第9期)。

目前所使用的水潤滑動靜壓滑動軸承當d_m·N超過1×10⁶時，在高剛度和低溫升上具有很大的矛盾，一方面希望剛度最大化，以實現高穩定性和大切削功率，另一方面，又要防止溫升引起熱變形帶來精度的下降。

高速動靜壓軸承設計目標主要是高剛度和低溫升。由于軸承運行時，軸頸與軸瓦的相對速度極高，能夠產生很強的速度流，其動壓效應十分顯著，適當的軸承結構可以達到很高的剛度，但是，隨著轉速提高，介質內摩擦也會極大增強，內摩擦是液體軸承產生熱的主要來源，小間隙下的流體高速流動是內摩擦產生的主要原因。

動靜壓軸承的油腔一般設在軸瓦中間，進油孔設在油腔中，高壓潤滑介質經由進油孔進入深腔，在高速轉動的軸頸的帶動下，在油腔中高速流動，當介質進入淺腔時流速下降，壓力升高。階梯腔中的深腔使介質能夠充滿油腔，淺腔使介質逐步減速升壓，同時降低介質的紊流效應。軸承的熱主要產生于封油面上，這是由于在封油面上流動間隙很小，而且介質受到很強的剪切力作用，內摩擦生熱嚴重。由于溫升主要集中在軸向封油面上，這是因為，在軸向封油面上介質流速極高，而且間隙很小，內摩擦生熱很大。事實上，軸瓦各部位對軸承的動靜特性的影響是不同的，周向封油面和淺腔構成動壓效應形成的主要條件，而軸向封油面防止介質從軸承兩側流出，對動靜特性影響較小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種既滿足軸承的高剛度，又能將溫升控制在精密加工可以接受的范圍內的環槽冷卻水潤滑動靜壓高速軸承。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括軸承本體以及開設在軸承本體內壁中間的若干組由深腔和淺腔構成的油腔，在深腔上開設有進油孔，相鄰油腔之間有周向封油面分隔，油腔與軸承本體的邊緣形成了軸向封油面，油腔兩側的軸向封油面上對稱開設有環槽，且在環槽中開設有貫穿軸承本體壁面的冷卻孔。

由于本發明在發熱量最大的軸向封油面上開出環槽并開出冷卻孔通入潤滑介質，使熱介質同常溫介質混合，并且使這里的壓力梯度降低，來達到在盡量小地影響剛度的前提下降低溫升的目的。環槽的作用：一、使軸向封油面介質流動加速，增強速度流分量，使內摩擦產生熱轉移；二、使軸向封油面的截面積增大，提高封油面的流量，降低溫升。冷卻孔的作用：一、通入一定壓力的介質，進行強制熱交換，使因內摩擦升溫的熱介質與常溫介質混合，達到降低軸瓦表面溫度的效果；二、彌補因環槽而引起的剛度下降，提高軸承的動靜特性。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是本發明的側視圖；