多維振動系統部件球形靜壓軸承的製作方法

2023-06-27 02:08:31 2

專利名稱：多維振動系統部件球形靜壓軸承的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種靜壓軸承，具體涉及一種多維振動系統部件 球形靜壓軸承。
背景技術：
現實環境中大多數產品的振動環境都是多方向、多自由度的，但 由於多維振動試驗成本較高，技術難度大，傳統的振動環境試驗大多 採用了單向振動的試驗方法。隨著產品精度、可靠性要求及試驗效率 的不斷提高，單向振動試驗已不能滿足振動環境的試驗要求，同時發 現一些進行過單向振動試驗考核的產品，在實際工作中仍然會由于振 動環境影響而產生故障。在國外，多維振動系統已成為環境振動試驗 中主要的設備，近幾年來，多維振動試驗系統在國內開始得到較多的 應用，雖然也在振動設備研製及多維振動試驗方面取得了不少成績， 但在一些關鍵裝置的研究方面還有不小的差距。多維振動系統是由多個單向的振動臺，如電液式、電動式及氣動 式等，對同一個工作平臺在不同方向激振而構成的，因為振動臺只能 產生一個方向的振動，並且只能在驅動方向上運動，所以在多維振動 試驗中各振動臺與工作平臺之間需要通過一種機械解耦裝置聯接，振 動臺運動部分與工作平臺之間的聯接裝置的研製是多維振動系統的 關鍵之一。由於多維振動系統中各聯接部件的聯接剛度對振動系統的 性能來說十分重要，因此要求此聯接裝置具有很高的軸向剛度以達到 力傳遞率及相位差的要求，而目前國內通常採用的自潤滑機械球接頭 無法實現這一目的。發明內容本實用新型的目的在於提供，種軸向剛度高，承載能力強，加工 成本較低，並且可以傳遞各種頻率段振動的多維振動系統部件球形靜 壓軸承。實現本實用新型目的的技術方案 一種多維振動系統部件球形靜壓軸承，包括上、下端面為凹型內球面的基座，分別與基座的兩個內 球面相配合的上、下外半球，上、下外半球內對應設有上、下內半球， 內半球的外球面與外半球的內球面相配合，沿基座的軸線方向設有豎 直的連接軸，該連接軸兩端與內半球的外平面固定連接，所述的基座 上開有進油孔、出油孔，基座的內球面上開有球環形的基座油腔和球 環形的回油槽，內半球的外球面上開有球環形的內半球油腔，所述的 進油孔通過油路通道分別與基座油腔、內半球油腔相連通，所述的出 油孔通過回油通道分別與回油槽、儲油腔相連通。如上所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，基座內球面的球面直徑為lOOmm，所述的基座油腔的深度為lmm，該基座油腔的一端點 與基座球心所在水平面的圓心角為42度，另一端點與基座球心所在 水平面的圓心角為53度，所述的基座回油槽的深度為3mm，該回油 槽的一端點與基座球心所在水平面的圓心角為30度，另一端點與基 座球心所在水平面的圓心角為35度。如上所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，內半球外球面的球 面直徑為50mm，所述的內半球油腔的深度為lmm，該內半球油腔的一 端點與內半球球心所在水平面的圓心角為12度，另一端點與內半球 球心所在水平面的圓心角為60度。如上所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，外半球與基座之間 的密封採用由氟橡膠材料製成的0型密封圈進行密封。如上所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，在外半球與連接軸 的連接處開有錐形孔，在連接軸與外半球之間設有緩衝圈。如上所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，連接軸兩端與內半 球的外平面通過螺母和防松墊片固定連接，並在螺母與防松墊片之間 設有鋸齒鎖緊墊圈。如上所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，連接軸採用合金鋼 30CrMnSi材料製成。本實用新型的效果在於本實用新型所提供的一種多維振動系統部件球形靜壓軸承，由於 上下兩個外半球的外球面分別與基座的兩個內球面配合，兩個外半球的內球面分別與內半球的外球面配合，兩個外半球既能在基座內球面 內的一定範圍內轉動，也能相對於內半球在一定範圍內轉動，因此具 有平動位移大、轉動角度大等特點，軸承的活動範圍能夠滿足多數振 動臺行程的要求。在基座的內球面和內外球的外球面開有油腔，由外 部泵站往油腔內注入壓力油，球形配合面通過供給高壓油產生的剛性 油膜傳遞外部的拉、壓載荷，可以在傳遞過程中達到足夠的剛度。同 時，基座和內半球的球形表面上均採用球環形油腔，具有良好的可加 工性和散熱性。外半球與基座之間採用由氟橡膠材料製成的o型密封圈進行密封，使o形密封圈具有良好的自密封特性，具有較高的耐熱溫度，且硬度比較大，比較耐磨，有良好的回彈性，能滿足密封球面 要求。連接軸兩端與內半球的外平面通過螺母固定連接，並在螺母的 墊片上設有鋸齒鎖緊墊圈，可在墊圈和螺母之間形成預緊力，增大了 螺母相對轉動的摩擦力，進一步提高系統的可靠性。

圖1為本實用新型所提供的一種多維振動系統部件球形靜壓軸 承剖面示意圖；圖2為本實用新型所提供的一種多維振動系統部件球形靜壓軸 承平動效果示意圖；圖3為基座油腔剖面示意圖；圖4為內半球油腔剖面示意圖。圖中l.基座；2.外半球；3.內半球；4.連接軸；5.進油孔； 6.出油孔；7.緩衝圈；8.密封圈；9.內半球外平面；10.基座油腔； 11.內半球油腔；12.第一節流孔；13.第一通油孔；14.第二通油孔； 15.第二節流孔；16.回油槽；17.第一回油孔；18.第二回油孔；19. 第三回油孔；20.儲油腔；21.內半球空腔；22.沉孔；23.螺母；24.防松墊片25.鋸齒緊鎖墊圈。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型所提供的一種多維振動系 統部件球形靜壓軸承作進一步描述。如圖l所示， 一種多維振動系統部件球形靜壓軸承，包括上、下端面為凹型內球面的基座l，分別與基座1的兩個內球面相配合的上、下外半球2，上、下外半球2內對應設有上、下內半球3，內半球3 的外球面與外半球2的內球面相配合，沿基座1的軸線方向設有豎直 的連接軸4，該連接軸4兩端與內半球3的外平面9固定連接，所述 的基座1上開有進油孔5、出油孔6，基座1的內球面上開有球環形 的基座油腔10、球環形的回油槽16，內半球3的外球面上開有球環 形的內半球油腔11，所述的進油孔5通過油路通道分別與基座油腔 10、內半球油腔ll相連通，所述的出油孔6通過回油通道分別與回 油槽16、儲油腔20相連通。外部高壓油通過進油孔5分成兩個液壓油路進入靜壓軸承，第一 個液壓油路通過基座1的第一節流孔12進入基座油腔10，在基座油 腔10中高壓油的作用下， 一部分液壓油通過基座1與上下兩個外半 球2配合面的縫隙分別流到位於基座1的環形回油槽16，並通過第 一回油孔17、出油孔6流出軸承，另一部分液壓油通過儲油腔20、 第二回油孔18和出油孔7流出軸承。第二個液壓油路是通過基座1 上的第一通油孔13進入位於連接軸4中的第二通油孔14，液壓油再 通過第二通油孔14分別進入上下兩個內半球3的節流孔15，流入內 半球油腔ll，在內半球油腔ll中高壓油的作用下， 一部分液壓油通 過內半球3外球面和外半球2內球面的配合面的間隙流到內半球空腔 21，通過位於內半球3中的第三回油孔19進入儲油腔20，另一部分 液壓油直接通過內半球3的外球面和外半球2的內球面的配合面縫隙 直接流到儲油腔20中，儲油腔20中的液壓油再通過位於基座1上的 第二回油孔18和出油孔6流出軸承。高壓油流入基座油腔10中後， 一部分液壓油通過基座1的內球 面與外半球2的外球面的配合球面的間隙流入到位於基座1的環形回 油槽16中，部分液壓油會沿著配合球面的間隙繼續向上流動甚至滲 出軸承，因此在基座1與外半球之伺設有0形密封圈8，由於外半球 2的外球面與基座1的內球面之間會產生相對運動，使得O形密封圈 8所需密封的一端為相對運動的球面，而且要求密封圈8具有較小的 活動摩擦力， 一般的密封形式和密封圈的材料很難完成這種苛刻的要求，在實用新型中則採用由耐溫耐磨的氟橡膠材料製成的o型密封圈，該o型密封圈具有良好的自密封特性，較高的耐熱溫度，且硬度比較大，比較耐磨，有良好的冋彈性，能滿足密封相對運動球面的要 求。多維振動系統部件球形靜壓軸承經常在不同的頻率範圍和振動量級下工作，振動很容易引起連接軸4上的螺母23變松甚至失去預 緊力，針對這種情況設計了防松墊片24，該防松墊片24設有與連接 軸4中的凹槽相配合的凸臺。利用連接軸4中的凹槽和防松墊片24 中的一個凸臺的配合保持連接軸4和防松墊片24相對靜止，進而使 螺母23和連接軸4沒有相對轉動。為了增加連接軸4保持預緊力不 變的可靠性還在防松墊片24上加了鋸齒鎖緊墊圈25，使防松墊片24 和螺母23之間形成附加預緊力，增大了螺母23相對轉動的摩擦力， 進一步提高軸承的可靠性。在外部打入高壓油的狀態下，基座油腔IO和內半球油腔11中充 滿高壓油，外半球2和基座1接觸球面以及外半球2和內半球3的接 觸球面均處於高剛度油膜的作用下，各配合面處於完全滑動摩擦狀 態，摩擦力極小。中間的連接軸4依靠兩端的螺母23、鋸齒鎖緊墊 圈25以及防松墊片24固定於上下兩個內半球3的外端。在各接觸球 面高剛度油膜壓力的作用下，上下兩個內半球3沿軸承軸向會發生微 小的位移，通過內半球3上面的螺母23使連接軸4發生彈性變形。 所以連接軸4的材料和結構決定著整個靜壓軸承的全部力學特性，連 接軸的彈性剛度大小決定著配合球面的油膜間隙大小，間接的與整個 軸承油膜剛度、流量和承載能力等都存在有很大的關係。由於選用合 金鋼30CrMnSi材料，連接軸4的變形量很微小，並始終處於彈性範 圍內，變形量等於各配合球面的油膜間隙，這樣高的聯接剛度正是振 動試驗裝置所需要的。多維振動系統部件球形靜壓軸承上下兩個外半球2的最大轉動 角度一般是固定的，如圖2所示，本軸承的外半球2的最大轉動角度 為12度。為了限制外半球2轉動到最大角度的位置後與連接軸4發生剛性的碰撞，在外半球2的錐形孔的部分裝有緩衝圈7，緩衝圈7 是由高彈性、高硬度的聚氨酯製成。當外半球2轉動到極限位置後，先與緩衝圈7接觸，隨著碰撞變形的增大，外半球2的轉動阻力也將 增大，從而避免了外半球2與連接軸4的剛性碰撞。如圖3所示，基座1內球面的球面直徑為100mm，基座油腔10 的深度為lmm，該基座油腔10的一端點與球心所在水平面的圓心角 為42度，另一端點與球心所在水平面的圓心角為53度，基座回油槽 16的深度為3mm，該回油槽16的一端點與球心所在水平面的圓心角 為30度，另一端點與球心所在水平面的圓心角為35度。如圖4所示，內半球3外球面的球面直徑為50mm，所述的內半 球油腔11的深度為lmm，該內半球油腔11的一端點與球心所在水平 面的圓心角為12度，另一端點與球心所在水平面的圓心角為60度。工作時，多維振動系統部件球形靜壓軸承一端通過沉孔22與振 動臺連接，另一端通過沉孔22與工作平臺連接，外部恆壓油源產生 的高壓油從進油孔5流入。研製的軸承在外部供油壓力達到研製軸承 的設計要求狀態後，軸承上下外半球12的上下端面的法蘭盤部分相 對轉動比較輕鬆，可見軸承中的各配合面處於液體滑動狀態，摩擦阻 力小，功耗損失小，傳遞效率高。由於軸承的浮起是依靠外部高壓油 而實現的，在各種相對運動速度下軸承都具有較高的承載能力。在作 用力的方向頻繁高速改變的條件下，只要外部恆壓油源正常工作，都 不會造成金屬之間的直接接觸而產生磨損。經測試實驗證明，本實用新型的多維振動系統部件球形靜壓軸承 的一階共振頻率接近于振動臺系統的一階固有頻率，可見本實用新型 的軸承具有較好的傳遞率，和較寬的工作頻率範圍。總之，本實用新 型所提供的多維振動系統部件球形靜壓軸承具有傳遞能力強，承載能 力高，工作頻率高，工作穩定可靠，加工成本低等特點。
權利要求1.一種多維振動系統部件球形靜壓軸承，其特徵在於包括上、下端面為凹型內球面的基座(1)，分別與基座(1)的兩個內球面相配合的上、下外半球(2)，上、下外半球(2)內對應設有上、下內半球(3)，內半球(3)的外球面與外半球(2)的內球面相配合，沿基座(1)的軸線方向設有豎直的連接軸(4)，該連接軸(4)兩端與內半球(3)的外平面(9)固定連接，所述的基座(1)上開有進油孔(5)、出油孔(6)，基座(1)的內球面上開有球環形的基座油腔(10)和球環形的回油槽(16)，內半球(3)的外球面上開有球環形的內半球油腔(11)，所述的進油孔(5)通過油路通道分別與基座油腔(10)、內半球油腔(11)相連通，所述的出油孔(6)通過回油通道分別與回油槽(16)、儲油腔(20)相連通。
2 .按照權利要求1所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，其 特徵在於所述的基座(1)內球面的球面直徑為100mm，所述的基 座油腔(10)的深度為lmm，該基座油腔(10)的一端點與基座(1) 球心所在水平面的圓心角為42度，另一端點與基座(1)球心所在水 平面的圓心角為53度，所述的基座回油槽(16)的深度為3腿，該 回油槽(16)的一端點與基座(1)球心所在水平面的圓心角為30度， 另一端點與基座(1)球心所在水平面的圓心角為35度。
3. 按照權利要求1所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，其 特徵在於所述的內半球(3)外球面的球面直徑為50mm，所述的內 半球油腔(11)的深度為lmm，該內半球油腔(11)的一端點與內半 球(3)球心所在水平面的圓心角為12度，另一端點與內半球(3) 球心所在水平面的圓心角為60度。
4. 按照權利要求2或3所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承， 其特徵在於所述的外半球(2)與基座(1)之間的密封釆用由氟橡 膠材料製成的O型密封圈(8)進行密封。
5. 按照權利要求4所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，其特徵在於在外半球(2)與連接軸(4)的連接處開有錐形孔，在連 接軸(4)與外半球(2)之間設有緩衝圈(7)。
6. 按照權利要求4所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，其 特徵在於所述的連接軸(4)兩端與內半球(3)的外平面(9)通 過螺母(23)和防松墊片(24)固定連接，並在螺母(23)與防松墊 片(24)之間設有鋸齒鎖緊墊圈(25)。
7. 按照權利要求4所述的多維振動系統部件球形靜壓軸承，其 特徵在於所述的連接軸(4)採用合金鋼30CrMnSi材料製成。
專利摘要本實用新型屬於一種軸承，具體涉及一種多維振動系統部件球形靜壓軸承。其特點在於兩個外半球既能在基座內球面內的一定範圍內轉動，也能相對於內半球在一定範圍內轉動，具有平動位移大、轉動角度大等特點，活動範圍能夠滿足多數振動臺行程的要求；在基座的內球面和內外球的外球面開有用於承載載荷的油腔，可以在傳遞過程中達到足夠的剛度；基座和內半球的球形表面上均採用球環形油腔，具有良好的可加工性和散熱性。本實用新型非常適於多維振動系統中振動臺與工作平臺之間的連接。
文檔編號G01M7/02GK201125947SQ20072031004
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者周興廣, 張巧壽 申請人:北京強度環境研究所