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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410635802.X (22)申请日 2014.11.05 F16C 32/06(2006.01) (71)申请人 北京航天计量测试技术研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 申请人 中国运载火箭技术研究院 (72)发明人 张铁犁 刘晓旭 印朝辉 张修建 (74)专利代理机构 核工业专利中心 11007 代理人 莫丹 (54) 发明名称 一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴 系 (57) 摘要 本发明提供一种带均压环槽的双半球多孔质 空气静压轴系， 其包括由内至外依次套着的主轴、 轴系内套和轴系外套， 上止推。
2、板设置在主轴上方， 下止推板设置在主轴下方 ； 在工作时主轴靠空气 压力漂浮在轴系内套的内腔中转动 ； 压缩空气由 外部供气系统经进气嘴吹入轴系外套的内腔 ； 压 缩空气吹入轴系外套的内腔后， 迅速充满轴系内 套的外侧球面的环槽空间， 使轴系内套的供气压 力沿主轴轴线呈轴对称分布。本发明通过双半球 主轴结构形式、 多孔质节流方式和均压环槽的供 气方式， 达到提高空气静压轴系承载能力、 刚度和 工作稳定性的目的。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104405769 A (43)申请。
3、公布日 2015.03.11 CN 104405769 A 1/1 页 2 1. 一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其特征在于 ： 它包括由内至外依次 套着的主轴 (4)、 轴系内套 (3) 和轴系外套 (2)， 上止推板 (1) 设置在主轴 (4) 上方， 下止推 板 (5) 设置在主轴 (4) 下方 ； 所述的轴系外套 (2) 外侧为圆柱形， 内侧加工为上下两个半球形内腔 (22) ； 所述的轴系内套(3)由多孔质材料制成， 外侧为上下两个半球形碗状， 轴系内套(3)的 外侧与轴系外套的内腔(22)形状相配合 ； 轴系内套(3)的内侧加工为上下两个半球形碗状 内腔 (23) ； 。
4、轴系内套的内腔 (23) 内球面为轴系内套的工作面 ； 所述的主轴 (4) 包括上半球主轴 (41) 和下半球主轴 (42)， 上半球主轴 (41) 和下半球 主轴 (42) 的外侧均为半球形碗状， 上半球主轴 (41) 和下半球主轴 (42) 通过若干连接螺杆 (43) 连接 ； 主轴 (4) 的外侧与轴系内套的内腔 (23) 形状相配合 ； 主轴 (4) 的外侧为主轴的 工作面， 在工作时主轴 (4) 靠空气压力漂浮在轴系内套的内腔 (23) 中转动 ； 在轴系外套的内腔 (22) 双半球中间处开有内外联通的进气口 (21) ； 进气口处 (21) 通 过螺纹连接安装进气嘴， 进气嘴外部连。
5、接进气管 ； 工作时， 压缩空气由外部供气系统经进气 嘴吹入轴系外套的内腔 (22) ； 在轴系内套(3)的外侧球面上加工有若干道环槽(31)， 环槽(31)之间通过若干道辐射 槽 (32) 连通 ； 辐射槽 (32) 垂直于环槽 (31) 分布， 或者辐射槽 (32) 与环槽 (31) 呈一定角 度分布 ； 工作时， 压缩空气吹入轴系外套的内腔(22)后， 迅速充满轴系内套(3)的外侧球面 的环槽 (31) 空间， 使轴系内套 (3) 的供气压力沿主轴 (4) 轴线呈轴对称分布。 2. 根据权利要求 1 所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其特征在 于 ： 所述的轴系内套 (3。
6、) 采用多孔质石墨或多孔质青铜加工而成， 该材料表面在微观上均 匀分布着成千上万个微小的节流孔 ； 轴系内套(3)的外侧球面的环槽(31)中的空气由于压 力作用， 通过上述微小的节流孔送入轴系内套 (3) 与主轴 (4) 之间的间隙， 形成静压气膜， 使主轴 (4) 悬浮在轴系内套 (3) 中转动。 3. 根据权利要求 1 所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其特征在 于 ： 所述的环槽 (31) 采用矩形槽或 T 形槽。 4. 根据权利要求 1 所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其特征在 于 ： 所述的辐射槽 (32) 与环槽 (31) 深度相同。 5. 根据权。
7、利要求 1 所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其特征在 于 ： 所述的轴系外套 (2) 和主轴 (4) 由不锈钢材料制成。 6. 根据权利要求 1 所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其特征在 于 ： 在上半球主轴 (41) 端面上加工有上止推板固定螺纹孔 (11)， 用于固定上止推板 (1) ； 在下半球主轴 (42) 的端面上加工有下止推板固定螺栓孔 (51)， 用于固定下止推板 (5)。 权 利 要 求 书 CN 104405769 A 2 1/3 页 3 一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系 技术领域 0001 本发明涉及一种带均压环槽的双半球多孔质空。
8、气静压轴系， 采用双半球主轴结构 形式、 多孔质节流方式和均压环槽的供气方式， 可有效提高轴系的承载能力和刚度， 提高空 气静压轴系的工作稳定性。 背景技术 0002 空气静压轴系， 是用气体作为润滑剂的滑动轴系。 由于采用空气介质， 遵循误差平 均化原理， 以低的制造精度获取高的回转精度， 其制造精度可以比装配后工作时要求的回 转精度低约一个数量级， 广泛用于超精密运动、 精密测量领域。但是， 由于其径向承载能力 较差， 在实际应用当中常遇到刚度小、 抗干扰能力差和稳定性差的问题。 0003 空气静压轴系主要通过节流器将外部加压气体送入轴系间隙形成静压气膜， 达到 润滑效果。传统的孔式节流、。
9、 缝式节流方式， 由于节流孔的分布供气效应， 没有发挥轴系结 构的最大承载能力， 且在轴系转动过程中会在节流孔射流核心区外的角落中形成涡流， 进 而对轴系产生压力波动， 影响轴系工作的稳定性。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其可有效 增加空气静压轴系的承载能力、 刚度和工作稳定性。 0005 实现本发明目的的技术方案 ： 一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其 包括由内至外依次套着的主轴、 轴系内套和轴系外套， 上止推板设置在主轴上方， 下止推板 设置在主轴下方 ； 0006 所述的轴系外套外侧为圆柱形， 内侧加工为上下两个半球形内。
10、腔 ； 0007 所述的轴系内套由多孔质材料制成， 外侧为上下两个半球形碗状， 轴系内套的外 侧与轴系外套的内腔形状相配合 ； 轴系内套的内侧加工为上下两个半球形碗状内腔 ； 轴系 内套的内腔内球面为轴系内套的工作面 ； 0008 所述的主轴包括上半球主轴和下半球主轴， 上半球主轴和下半球主轴的外侧均为 半球形碗状， 上半球主轴和下半球主轴通过若干连接螺杆连接 ； 主轴的外侧与轴系内套的 内腔形状相配合 ； 主轴的外侧为主轴的工作面， 在工作时主轴靠空气压力漂浮在轴系内套 的内腔中转动 ； 0009 在轴系外套的内腔双半球中间处开有内外联通的进气口 ； 进气口处通过螺纹连接 安装进气嘴， 进气。
11、嘴外部连接进气管 ； 工作时， 压缩空气由外部供气系统经进气嘴吹入轴系 外套的内腔 ； 0010 在轴系内套的外侧球面上加工有若干道环槽， 环槽之间通过若干道辐射槽连通 ； 辐射槽垂直于环槽分布， 或者辐射槽与环槽呈一定角度分布 ； 工作时， 压缩空气吹入轴系外 套的内腔后， 迅速充满轴系内套的外侧球面的环槽空间， 使轴系内套的供气压力沿主轴轴 线呈轴对称分布。 说 明 书 CN 104405769 A 3 2/3 页 4 0011 如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其所述的轴系内套采 用多孔质石墨或多孔质青铜加工而成， 该材料表面在微观上均匀分布着成千上万个微小的 节流孔。
12、 ； 轴系内套的外侧球面的环槽中的空气由于压力作用， 通过上述微小的节流孔送入 轴系内套与主轴之间的间隙， 形成静压气膜， 使主轴悬浮在轴系内套中转动。 0012 如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其所述的环槽采用矩 形槽或 T 形槽。 0013 如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其所述的辐射槽与环 槽深度相同。 0014 如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其所述的轴系外套和 主轴由不锈钢材料制成。 0015 如上所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其在上半球主轴端面 上加工有上止推板固定螺纹孔， 用于固定上止推板 ； 。
13、在下半球主轴的端面上加工有下止推 板固定螺栓孔， 用于固定下止推板。 0016 本发明的效果在于 ： 本发明所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴 系， 通过双半球主轴结构形式、 多孔质节流方式和均压环槽的供气方式， 达到提高空气静压 轴系承载能力、 刚度和工作稳定性的目的。 采用带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 其径向回转精度达到 0.02m， 承载能力与传统的空气静压轴系相比提高 30。 附图说明 0017 图 1 为本发明所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系结构示意图 ； 0018 图 2 为轴系外套结构示意图 ； 0019 图 3 为轴系内套结构示意图 ； 002。
14、0 图 4 为主轴结构示意图 ； 0021 图 5 为上止推板结构示意图 ； 0022 图 6 为下止推板结构示意图。 0023 图中 ： 1.上止推板 ； 2.轴系外套 ； 3.轴系内套 ； 4.主轴 ； 5.下止推板 ； 21.进气口 ； 22. 轴系外套的内腔 ； 31. 环槽 ； 32. 辐射槽 ； 33. 轴系内套的内腔 ； 41. 上半球主轴 ； 42. 下 半球主轴 ； 43. 连接螺杆 ； 11. 上止推板固定螺纹孔 ； 51. 下止推板固定螺栓孔。 具体实施方式 0024 下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种带均压环槽的双半球多孔质空 气静压轴系作进一步描述。 0025。
15、 如图 1 所示， 本发明提出一种带均压环槽的双半球多孔质空气静压轴系， 由内至 外依次套着的主轴 4、 轴系内套 3 和轴系外套 2， 上止推板 1 固定在主轴 4 上方， 下止推板 5 设固定在主轴 4 下方。 0026 如图 2 所示， 轴系外套是空气静压轴系的最外层， 由不锈钢金属制成， 轴系外套 2 外侧为圆柱形， 内侧加工为上下两个半球形内腔 22。 0027 如图 3 所示， 轴系内套 3 为轴系中间层部件， 轴系内套 3 由多孔质石墨或多孔质青 铜制成， 外侧为上下两个半球形碗状， 轴系内套3的外侧与轴系外套的内腔22形状相配合 ； 说 明 书 CN 104405769 A 4。
16、 3/3 页 5 轴系内套 3 的内侧加工为上下两个半球形碗状内腔 23 ； 轴系内套的内腔 23 内球面为轴系 内套的工作面。 在轴系外套的内腔22双半球中间处开有内外联通的进气口21 ； 进气口处21 通过螺纹连接安装进气嘴， 进气嘴外部连接进气管 ； 工作时， 压缩空气由外部供气系统经进 气嘴吹入轴系外套的内腔 22。 0028 如图 4 所示， 主轴 4 包括上半球主轴 41 和下半球主轴 42， 由不锈钢金属制成， 上 半球主轴 41 和下半球主轴 42 的外侧均为半球形碗状， 上半球主轴 41 和下半球主轴 42 通 过 3 6 个 ( 例如 ： 3 个或 6 个 ) 均匀分布的连。
17、接螺杆 43 连接， 主轴 4 的外侧与轴系内套 的内腔 23 形状相配合。主轴 4 的外侧为主轴的工作面。在工作时主轴 4 靠空气压力漂浮 在轴系内套的内腔 23 中转动。在轴系内套 3 的外侧球面上加工有若干道环槽 31( 环槽数 量依据主轴外形尺寸而定， 通常为 5 20 个， 例如 ： 5 个、 10 个或 20 个 )， 环槽 31 采用矩形 槽或 T 形槽。环槽 31 之间通过若干道辐射槽 32( 通常为 6 20 个， 例如 ： 6 个、 12 个或 20 个 ) 连通 ； 辐射槽 32 垂直于环槽 31 分布， 或者辐射槽 32 与环槽 31 呈一定角度分布 ( 通常 为 30。
18、 60， 例如 30、 45或 60 )， 辐射槽 32 与环槽 31 深度相同。工作时， 压缩空 气吹入轴系外套的内腔22后， 由于环槽的低阻抗流动迅速充满轴系内套3的外侧球面的环 槽 31 空间， 使轴系内套 3 的供气压力沿主轴 4 轴线呈轴对称分布， 并在轴系工作过程中保 持供气压力分布均衡、 稳定。 0029 如图 5 所示， 在上半球主轴 41 端面上加工有上止推板固定螺纹孔 11， 用于固定上 止推板 1。如图 6 所示， 在下半球主轴 42 的端面上加工有下止推板固定螺栓孔 51， 用于固 定下止推板 5。 0030 上述的轴系内套 3 采用多孔质石墨或多孔质青铜加工而成， 该。
19、材料表面在微观上 均匀分布着成千上万个微小的节流孔 ； 轴系内套3的外侧球面的环槽31中的空气由于压力 作用， 通过上述微小的节流孔送入轴系内套 3 与主轴 4 之间的间隙， 形成静压气膜， 使主轴 4 悬浮在轴系内套 3 中转动。采用多孔质节流方式， 可大幅提高供气面积， 使主轴 4 表面压 力分布更均匀， 节流效果更好， 能够在一定程度上提高轴系承载能力和刚度。 说 明 书 CN 104405769 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104405769 A 6 2/2 页 7 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104405769 A 7 。