專利名稱：自動補償液靜壓軸頸軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能液靜壓軸頸軸承的技術領域，尤其是涉及一種加工成本低且具有液壓自動補償構造的靜壓軸頸軸承。
背景技術：
為因應超高精密定位與微細加工系統的需求，摩擦力非常微小的液靜壓軸承系統成為高精密工具機不可缺少的關鍵組件。而液靜壓軸承相比較于氣靜壓軸承而言，具備了更優異的剛性、阻尼性能與切削加工時的抑制顫振能力，再加上微(納)米級精密運動定位精度，可提供超精密切削工具機的軸承設計一個優良的解決方案，故全球高級精密工具機導軌的軸承系統幾乎都一致采用液靜壓軸承系統。現有完整的定壓供油工具機液靜壓軸承系統，包含了液靜壓軸承油腔本體，外部供油系統及節流器三部分。液靜壓軸頸(journal)軸承因提供徑向負載的支撐，故又稱為液靜壓徑向(radial)軸承。目前工具機使用的液靜壓軸頸軸承概可分為「無對向流量補償的傳統型」及「具流量對向流量補償型」兩大類。1.無對向流量補償的傳統型主要是由一個軸承油腔本體搭配一個節流器所構成，并無管線連結至對向 (180° )的油腔作流量與壓力補償。此型為最傳統的液靜壓軸頸軸承設計，如中國臺灣專利公告第M320617號「流體靜壓主軸軸承組」即是一例，其主要是在機臺的主軸座內裝設一可拆卸且兩端開放的圓筒，圓筒內裝設有軸承以供主軸穿設，該軸承內部裝設若干蓄壓槽， 且各蓄壓槽內裝設一壓力感應器及一噴嘴，各噴嘴又分別以一流道與一壓差平衡增壓器連接，各壓力感應器又與各壓差平衡增壓器控制連接，由此使主軸維持精密運轉。不過此型設計因無對向流量補償機制設計，且搭配固定節流器設計，因此其軸承的徑向承載力與剛性值偏低，僅適合于較低負載條件下的應用，并不適合于中、高負載條件下使用。2.具流量對向流量補償型除了由一個軸承油腔本體搭配一個節流器之外，并有管線連結至對向(180° )油腔作流量與壓力補償，因此可提高軸承的徑向承載力與剛性值。此型設計又可分為兩類，其一是將油腔設計在主軸的心軸上，如美國專利公告第5，700, 092號專利即是，此類的設計其油腔易受限于心軸尺寸等因素，因此油腔形狀及尺寸大小等較無設計自由度；另一類是將油腔設計在主軸的套筒上，如美國專利公告第5，觀1，032號即是，此類設計其套筒尺寸容易往外擴張，油腔形狀及尺寸大小的設計自由度高，故大部分對向流量補償型液靜壓軸頸軸承屬此類型。美國專利公告第5，700，092號專利于軸的套筒上設置多個供壓凹槽，而軸的外表面則相應有多數個收集凹槽，各收集凹槽等間隔設置并繞軸延伸，并且在對向的收集凹槽之間設有軸孔相通，當該流體依軸向從該供壓槽穿過軸流進該收集槽時，與該軸的表面與該軸孔的徑向間隙成比例，流體可流入收集槽的對面腔室，因此提供軸的偏位成比例的回復力動作。該項專利技術雖可達到自動補償的效果，但其結構較為復雜，并且需要分別對套筒與軸作相對應的加工，制成本較高。再者，其對主軸的支撐剛性是隨轉速而漸增，較不適用中、低轉速域。而美國專利公告第5，281, 032號專利是利用對邊長軸向的環形油腔分布，以一特定角度的連接槽兩兩對向相通，并提供主軸與主軸套筒間一流體壓力薄膜支撐，當軸心受負載變位時，產生一不對稱的流場分布以平衡軸心的偏位，用以達到自我補償的功用。該項專利技術也可達到自動補償的效果，但連接槽是以特定角度連接對向的環形油腔，此一設計僅適合單一方向性旋轉的主軸使用，其運用層面較狹隘。從而，如此找出可靠度高且加工成本低的自動補償液靜壓軸頸軸承的構型設計， 便成為目前尚待解決的問題。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于解決上述的問題而提供一種加工成本低且具有液壓自動補償構造的靜壓軸頸軸承。為達上述的目的，本發明的自動補償液靜壓軸頸軸承包括一座體，具有一孔以供一軸安置，該座體被該孔穿越而形成一圓周面，并且該軸的表面與該圓周面之間具有可供液體流通的間隙；至少兩個注油孔，分別由該座體的周圍向內延伸；至少兩個第一腔室，各第一腔室對向設置于該圓周面，并且各注油孔分別與其中一第一腔室相通；至少兩個第二腔室，相對設置于該圓周面且分別相鄰于其中一第一腔室；至少兩個通道，各通道分別具有一第一端與一第二端，各第一端分別穿出該圓周面且相鄰于其中一第一腔室，而各第二端分別連通至各第一端對向的第二腔室。本發明的各第一腔室與各第二腔室是相鄰且對向設置，而各通道的第一端是相鄰各第一腔室，且各通道的第二端是連通至各第一端對向的第二腔室，因此當軸受力而偏移時，會改變軸偏移方向與其對向的間隙，讓液壓液體于對向的各第一腔室與第二腔室間產生自動補償作用，以支撐軸于座體中順暢地運轉。由于各第一腔室、第二腔室與通道直接加工成型于座體上，其加工較容易而可達到降低制造成本的功效。在一較佳實施例中，各注油孔與各第一腔室之間分別設有一調節流量閥，并且各調節流量閥可為毛細孔節流器或孔口節流器或小口節流器或自成節流的其中一種。在一較佳實施例中，各該調節流量閥安裝或加工成型于該座體中。在一較佳實施例中，各第一腔室為相對180°對向設置。在一較佳實施例中，各第二腔室為相對180°對向設置。在一較佳實施例中，各通道的第一端為相對180°對向設置。在一較佳實施例中，各第一腔室分別環繞各通道的第一端，而各第二腔室分別環繞各第一腔室。在一較佳實施例中，各第一腔室呈矩形或圓形槽狀形態環繞于各通道的第一端。在一較佳實施例中，各第二腔室呈矩形或圓形環繞于各第一腔室。以下在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特征以及優點，其內容足以使任何熟悉
4相關技術者了解本發明的技術內容并據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、權利要求及圖示，任何熟悉相關技術者可輕易地理解本發明相關的目的及優點。
圖1是本發明液壓配置系統的配置示意圖； 圖2是本發明自動補償液靜軸頸軸承的剖視結構示意圖； 圖3a、圖北分別是本發明的圓周面展開的不同視角的結構示意圖；及圖4是本發明自動補償液靜軸頸軸承的使用狀態示意圖。 主要元件符號說明
自動補償液靜壓軸頸軸承1 孔100
注油孔12a、12b 調節流量閥14a、14b 通道 16a,16b 第二端 162a、16 液壓系統3 回流管32 反向推力Frl、Fr2
座體10 圓周面U 第一腔室13a、13b 第二腔室15aU5b 第一端 161a、161b 軸2
供壓管31 作用力F 間隙 H、H1、H具體實施例方式茲配合附圖將本發明較佳實施例詳細說明如下。請參考圖1至圖4，圖1是本發明液壓配置系統的配置示意圖；圖2是本發明自動補償液靜軸頸軸承的剖視結構示意圖；圖3a、圖北分別是本發明的圓周面展開的不同視角的結構示意圖；圖4是本發明自動補償液靜軸頸軸承的使用狀態示意圖。本發明的自動補償液靜壓軸頸軸承1具有一座體10以供一軸2穿設，該座體10 具有一孔100以供該軸2安置，而該座體10被該孔100穿越而形成一圓周面11，并且該軸的表面與該圓周面11之間具有可供液體流通的間隙H。該座體10上設有至少兩個注油孔12a、12b，各該注油孔12a、12b對向設置，各注油孔12a、12b分別由該座體10的外周圍向內延伸，且該圓周面11對應各注油孔12a、12b分別設有一第一腔室13a、13b，各注油孔12a、12b與各第一腔室13a、1 之間分別設有一調節流量閥14a、14b，各該調節流量閥14a、14b可為毛細孔節流器或孔口節流器或小口節流器或自成節流器等固定節流器的其中一種，并且加工成型于該座體100中，而各第一腔室13a、 13b分別呈矩形槽狀形態，且兩兩一組的第一腔室13a、1 分別相對180°對向設置。該圓周面11相鄰于各第一腔室13a、i;3b分別設有一第二腔室15a、15b，各第二腔室15a、15b分別呈矩形槽狀形態且環繞各第一腔室13a、13b而設置，使各第二腔室15a、15b 也呈相對180°對向設置的形態。再者，該座體100對應各該第二腔室15a、15b至少分別設有一通道16a、16b，各通道16a、16b分別具有一第一端161a、161b與一第二端162a、16 ，各第一端161a、161b分別穿出該圓周面11且相鄰于各第一腔室13a、13b，在本實施例中，各第一腔室13a、1 分別環繞各第一端161a、161b，而各第二端162a、162b分別連通至各第一端161a、161b對向的第二腔室 15b、15a。而為了提供該自動補償液靜壓軸頸軸承1所需的液體壓力源，另外設有一液壓系統3，該液壓系統3的供壓管31與各注油孔12a、12b連通，且該液壓系統3的回流管32接設于該座體10與該軸2銜接處，以接收由該間隙H處回流的液體，此液壓系統3的技術與現有技術大致相同，故不予贅述。本發明的注油孔、第一腔室及第二腔室都是兩個為一組，在本實施例中為了方便繪圖與說明因此都各以兩個為例說明，在實務上設置的數量需視圓周面的面積(孔的直徑)而定，而以二的倍數來設置；而該通道的數量至少需與第二腔室的數量相等，或為第二腔室的倍數來設置。請參閱圖4，其是本發明自動補償液靜軸頸軸承的使用狀態示意圖。圖中為清楚表示作用關系，故將間隙部分以夸大的方式繪示。當軸2受到垂直方向的作用力F時，該軸 2會向下偏移，使該軸2與該圓周面11下緣的間隙H2小于該軸2與該圓周面11上緣的間隙HI。因為間隙Hl變大了，因此該第一腔室13a中的液體可以較容易地通過間隙H1，而由該通道16a的第一端161a進入，再由第二端16 流入對向的第二腔室1 中，但因為間隙 H2變小了，所以第二腔室1 中的液體較不易經由間隙H2進入第一腔室1 或向外排放至液壓系統的回流管(圖中未示)，此時液體會積蓄于該第二腔室1 中而產生反向推力Fr2 將該軸2向上推舉，以對抗該作用力F ；同理，由另一注油孔12b進入第一腔室1 液體也因為間隙H2變小了，而不易經由間隙H2進入第二腔室1 或通道1 的第一端161b，使液體會積蓄于該第一腔室13b中而產生一反向推力Frl將該軸2向上推舉，以對抗該作用力 F，而因為第一腔室13b中的液體不易進入通道16b的第一端161b，所以由該通道16b第二端162b進入對向的第二腔室15a的液體變少，該第二腔室15a的壓力相對下降，而該第一腔室13a中的液體則會相應補充至該第二腔室15a中，使各第一腔室13a、1 及各第二腔室15a、15b能產生足夠的動態剛性來支撐該軸2，使該軸2可于座體10中順暢地運轉。由于本發明各第一腔室、各第二腔室及各通道是對向導通的設計，因此能產生自動補償的作用，而且本發明的結構直接加工成型于座體上，其加工較容易使制造成本可以降低，再者，各第一腔室、各第二腔室及各通道是兩兩一組作180°的對向設置，因此對軸轉動的方向性沒有限制，讓本發明可以更廣泛地被運用。當然，除了前述將各第一腔室、各第二腔室及各通道直接加工成型于座體的方式外，也可將各項結構作模塊化設計，而采用組裝的方式安裝于該座體中；另外，各第一腔室與第二腔室也可設計成圓形槽狀形態，這些結構形態的簡單變化都可以產生與前述實施例相同的功效。以上所述的僅記載本發明為呈現解決問題所采用的技術手段的較佳實施方式或實施例而已，并非用來限定本發明專利實施的范圍。即凡與本發明專利申請范圍文義相符， 或依本發明專利范圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種自動補償液靜壓軸頸軸承，其包括座體，具有一孔以供一軸安置，該座體被該孔穿越而形成一圓周面，并且該軸的表面與該圓周面之間具有可供液體流通的間隙；至少兩個注油孔，分別由該座體的周圍向內延伸；至少兩個第一腔室，各第一腔室對向設置于該圓周面，并且各注油孔分別與其中一第一腔室相通；至少兩個第二腔室，相對設置于該圓周面且分別相鄰于其中一第一腔室；及至少兩個通道，各通道分別具有第一端與第二端，各第一端分別穿出該圓周面且相鄰于其中一第一腔室，而各第二端分別連通至各第一端對向的第二腔室。
2.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各注油孔與各第一腔室之間分別設有一調節流量閥。
3.依權利要求2所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中該調節流量閥為毛細孔節流器或孔口節流器或小口節流器或自成節流的其中一種。
4.依權利要求2所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各該調節流量閥安裝或加工成型于該座體中。
5.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各第一腔室為相對180°對向設置。
6.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各第二腔室為相對180°對向設置。
7.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各通道的第一端為相對180° 對向設置。
8.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各第一腔室分別環繞各通道的第一端，而各第二腔室分別環繞各第一腔室。
9.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各第一腔室呈矩形或圓形槽狀形態環繞于各通道的第一端。
10.依權利要求1所述的自動補償液靜壓軸頸軸承，其中各第二腔室呈矩形或圓形環繞于各第一腔室。
全文摘要
本發明公開一種自動補償液靜壓軸頸軸承，其具有一座體供軸安置，座體被安置軸的孔穿越而形成圓周面，軸與圓周面之間具有供液壓液體流通的間隙，座體設有至少二注油孔，圓周面上對向設有至少二第一腔室分別與一注油孔連通，且相鄰于各第一腔室分別設有一第二腔室，座體上設有至少二通道，各通道的第一端分別穿出圓周面且相鄰于第一腔室，而各通道的第二端則分別連通至與第一端對向的第二腔室。由此，當軸受力而偏移時會改變其偏移方向與其對向的間隙，讓液壓液體于經由各通道而在對向的第一腔室與第二腔室間產生流量自動補償作用。
文檔編號F16C32/06GK102486208SQ20101060123
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月3日
發明者楊伯駿, 黃華志 申請人:財團法人工業技術研究院