CN201236887Y - 环槽冷却水润滑动静压高速轴承 - Google Patents

Abstract

环槽冷却水润滑动静压高速轴承，包括轴承本体以及开设在轴承本体内壁中间的若干组由深腔和浅腔构成的油腔，在深腔上开设有进油孔，相邻油腔之间有周向封油面分隔，油腔与轴承本体的边缘形成了轴向封油面，油腔两侧的轴向封油面上对称开设有环槽，且在环槽上开设有贯穿轴承本体壁面的冷却孔。本实用新型在发热量最大的轴向封油面上开出环槽并开出冷却孔通入润滑介质，使热介质同常温介质混合，并且使这里的压力梯度降低，来达到在尽量小地影响刚度的前提下降低温升的目的。

Description

环槽冷却水润滑动静压高速轴承

技术领域

本实用新型涉及一种高速精密机床轴承，具体涉及一种环槽冷却水润滑动静压高速轴承。

背景技术

随着高速高精度加工的需求日益迫切，人们提出采用低粘度介质润滑的动静压轴承技术，利用水的低粘度和大比热的物理特性和轴承在高速下的动压效应，使轴承工作时温升很低，并且能够提供足够的刚度和承载力。高速精密机床主轴水润滑动静压滑动轴承支撑技术主要有深腔轴承和阶梯腔轴承。

深腔轴承利用类似静压轴承的腔型，利用高速时增强的动压效应以弥补使用低粘度介质带来的刚度的降低，同时利用水的大比热和很大的流量控制温升。该类轴承刚度在1×10⁸N/m到5×10⁸N/m左右，d_m·N(轴承直径与转速的乘积，用于衡量轴承的机械指标)在1×10⁶以下时温升尚可满足要求，但由于湍流内摩擦的影响，d_m·N较大时温升很难控制。该类轴承主要用于中高转速磨床(张国渊，袁小阳.水润滑动静压轴承三维压力及温度场分布理论研究【J】润滑与密封2006年8月第8期(总第180期))。

阶梯腔轴承利用阶梯腔能够极大地增强动压效用，使轴承具有很高的刚度，适用于高速切削机床(张亚宾.高速机床用水润滑动静压轴承设计研究【D】.西安交通大学硕士学位论文2008)，是一项极具潜力的技术，但当d_m·N超过1×10⁶时温升会极大影响其精度(郭策，孙庆鸿.高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算【J】.东南大学学报2005年3月第35卷第2期(自然科学版))，国内尚没有d_m·N值高于5×10⁵的类轴承应用(郭宏升，焦让，张杰，牛奔.水润滑高速动静压滑动轴承在机械加工中的应用研究【J】制造技术与机床2007年第9期)。

目前所使用的水润滑动静压滑动轴承当d_m·N超过1×10⁶时，在高刚度和低温升上具有很大的矛盾，一方面希望刚度最大化，以实现高稳定性和大切削功率，另一方面，又要防止温升引起热变形带来精度的下降。

高速动静压轴承设计目标主要是高刚度和低温升。由于轴承运行时，轴颈与轴瓦的相对速度极高，能够产生很强的速度流，其动压效应十分显著，适当的轴承结构可以达到很高的刚度，但是，随着转速提高，介质内摩擦也会极大增强，内摩擦是液体轴承产生热的主要来源，小间隙下的流体高速流动是内摩擦产生的主要原因。

动静压轴承的油腔一般设在轴瓦中间，进油孔设在油腔中，高压润滑介质经由进油孔进入深腔，在高速转动的轴颈的带动下，在油腔中高速流动，当介质进入浅腔时流速下降，压力升高。阶梯腔中的深腔使介质能够充满油腔，浅腔使介质逐步减速升压，同时降低介质的紊流效应。轴承的热主要产生于封油面上，这是由于在封油面上流动间隙很小，而且介质受到很强的剪切力作用，内摩擦生热严重。由于温升主要集中在轴向封油面上，这是因为，在轴向封油面上介质流速极高，而且间隙很小，内摩擦生热很大。事实上，轴瓦各部位对轴承的动静特性的影响是不同的，周向封油面和浅腔构成动压效应形成的主要条件，而轴向封油面防止介质从轴承两侧流出，对动静特性影响较小。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种既满足轴承的高刚度，又能将温升控制在精密加工可以接受的范围内的环槽冷却水润滑动静压高速轴承。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括轴承本体以及开设在轴承本体内壁中间的若干组由深腔和浅腔构成的油腔，在深腔上开设有进油孔，相邻油腔之间有周向封油面分隔，油腔与轴承本体的边缘形成了轴向封油面，油腔两侧的轴向封油面上对称开设有环槽，且在环槽中开设有贯穿轴承本体壁面的冷却孔。

由于本实用新型在发热量最大的轴向封油面上开出环槽并开出冷却孔通入润滑介质，使热介质同常温介质混合，并且使这里的压力梯度降低，来达到在尽量小地影响刚度的前提下降低温升的目的。环槽的作用：一、使轴向封油面介质流动加速，增强速度流分量，使内摩擦产生热转移；二、使轴向封油面的截面积增大，提高封油面的流量，降低温升。冷却孔的作用：一、通入一定压力的介质，进行强制热交换，使因内摩擦升温的热介质与常温介质混合，达到降低轴瓦表面温度的效果；二、弥补因环槽而引起的刚度下降，提高轴承的动静特性。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的侧视图；

图3是本实用新型与现有技术性能对比示例(d_m·N＝1.75×10⁶，进油温度30℃)。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，2，本实用新型包括轴承本体9以及开设在轴承本体9内壁中间的若干组由深腔4和浅腔5构成的油腔，在深腔4上开设有进油孔1，相邻油腔之间有周向封油面2分隔，油腔与轴承本体9的边缘形成了轴向封油面3，在油腔两侧的轴向封油面3上对称开设有环槽7，且在环槽7中开设有贯穿轴承本体9壁面的冷却孔8。

高压润滑介质经由进油孔1进入深腔4，在高速转动的轴颈6带动下，在油腔中高速流动，当介质进入浅腔5时流速下降，压力升高。阶梯腔中的深腔4使介质能够充满油腔，浅腔5使介质逐步减速升压，同时降低介质的紊流效应。轴承的热主要产生于封油面2、3上，这是由于在封油面上流动间隙很小，而且介质受到很强的剪切力作用，内摩擦生热严重。由于温升主要集中在轴向封油面3上，这是因为，在轴向封油面上介质流速极高，而且间隙很小，内摩擦生热很大。事实上，轴瓦各部位对轴承的动静特性的影响是不同的，周向封油面2和浅腔5构成动压效应形成的主要条件，而轴向封油面3防止介质从轴承两侧流出，对动静特性影响较小。因此，本实用新型在发热量最大的轴向封油面3上开出环槽7，从而增大流动截面积，提高流量，降低温升，使整个轴承的温升下降，并在环槽7上开设有冷却孔8，通过冷却孔8通入润滑介质，使热介质同常温介质混合，并且使这里的压力梯度降低，来达到在尽量小地影响刚度的前提下降低温升的目的。

通过计算本实用新型结构同相同尺寸的其他结构的流量、承载力、等效刚度、平均温升可以说明本实用新型在刚度和温升上的优势，见图3：本实用新型在温升上具有极大优势，温升仅是现有技术的10％左右，刚度达到1.2×10⁹N/m以上。当d_m·N更大时，本实用新型在温升上的优势将会更加明显，刚度亦会进一步提高。经优化设计后，本实用新型等效刚度可以达到1.2×10⁹N/m以上，平均温升在2℃以内，流量在20L/min以内。

Claims (1)

1、环槽冷却水润滑动静压高速轴承，包括轴承本体(9)以及开设在轴承本体(9)内壁中间的若干组由深腔(4)和浅腔(5)构成的油腔，在深腔(4)上开设有进油孔(1)，相邻油腔之间有周向封油面(2)分隔，油腔与轴承本体(9)的边缘有形成了轴向封油面(3)，其特征在于：所说的油腔两侧的轴向封油面(3)上对称开设有环槽(7)，且在环槽(7)中开设有贯穿轴承本体(9)壁面的冷却孔(8)。

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