一種靜壓支承試驗臺的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種靜壓支承試驗臺，包括主軸、電主軸系統、軸承箱體、前液體靜壓軸承、后液體靜壓軸承，和主軸相連的承載連接軸，布置于軸承箱體左側的豎直加載裝置，連接承載連接軸和扭矩傳感器的左聯軸器，連接扭矩傳感器和直流電機的右聯軸器，最右端的直流電機以及試驗臺支撐架，所述試驗臺電主軸系統置于軸承箱體的左側，主軸的前后兩端分別通過前液體靜壓軸承和后液體靜壓軸承支撐于軸承箱體上，后液體靜壓軸承右端設置有液壓軸向止推盤，承載連接軸與主軸固連，外加載荷施加在承載連接軸上，在承載連接軸的右端安裝有扭矩傳感器和直流電機。
【專利說明】一種靜壓支承試驗臺
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械制造【技術領域】，更具體地，涉及一種靜壓支承試驗臺。
【背景技術】
[0002]超精密加工的零件無論是在國防科技領域還是民用技術方面都得到了廣泛的應用。隨著科技的進步，零件精度要求越來越高、尺寸要求越來越大，傳統機床上的支承部件如滾珠絲杠、滾珠導軌、動壓滑動軸承等已經不能滿足超精密加工和測量的精度和穩定性要求。靜壓支承部件以其精度高，摩擦力小，運行穩定，壽命長等優點得到了越來越廣泛的應用。近年來，國外對于靜壓軸承的研究正在向大型、重載和全自動控制方向發展。
[0003]由于靜壓軸承具有良好的油膜均化作用，因此它成為現代精密加工設備的主要支承。為了摸清均勻機理，了解有關零件精度對支承運動的影響程度，從而進一步提高運動精度，國內學者對這方面進行了深入研究。以前人們對靜壓軸承的研究主要是節流形式，得出了固定節流、可變節流及定量供油等形式，以獲得良好的靜壓軸承剛度。由于各種節流形式在高頻下具有幾乎相同的動態剛度，近年來的重點己轉為油腔結構，用盡可能簡單而便于加工的節流器與合理的油腔結構相匹配，達到良好的動靜特性。
[0004]由于對機床主軸轉速和精度的要求日趨提高，例如切削鈦合金材料時，線速度己達70m/s，其目標值為600m/s，主軸的轉速要達10萬r/min以上，因此對高速靜壓軸承提出許多新課題，除了采用冷卻恒溫供壓外，對于軸承的油腔結構、材料、潤滑劑介質、紊流、禍流等都有很多值得探討的問題，使之達到既有良好的動態剛度及穩定性，又有在高速下低摩擦阻力的特性。對高精度軸系在油膜均化、驅動方式及零件本身精度方面也有許多值得研究的問題。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供了一種靜壓支承試驗臺，包括主軸1、電主軸系統2、軸承箱體3、前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承9，布置于前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承9以及軸承箱體3上的傳感器包括相對位移傳感器5、絕對位移傳感器7、油膜壓力傳感器8，和主軸I相連的承載連接軸13，布置于軸承箱體3左側的豎直加載裝置14，連接承載連接軸13和扭矩傳感器17的左聯軸器16，連接扭矩傳感器17和直流電機19的右聯軸器18，最右端的直流電機19以及試驗臺支撐架20，所述試驗臺電主軸系統2置于軸承箱體3的左側，主軸I的前后兩端分別通過前液體靜壓軸承4和后液體靜壓軸承9支撐于軸承箱體3上，后液體靜壓軸承9右端設置有液壓軸向止推盤10，承載連接軸13與主軸I固連，外加載荷施加在承載連接軸13上，在承載連接軸13的右端安裝有扭矩傳感器17和直流電機19。
[0006]優選地，所述承載連接軸13與主軸I采用分離結構，通過螺釘連接，傳遞載荷。
[0007]優選地，所述主軸I右端開有動平衡儀安裝孔12，用于安裝動平衡儀。安裝動平衡儀后，試驗臺具有動平衡自動調節功能。[0008]優選地，所述軸承箱體3和豎直加載裝置14設置有雙軸試驗結構，從而能夠在同一個實驗臺上能夠實現兩種不同軸承的性能實驗。
[0009]優選地，在前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承9以及軸承箱體3上安裝有相對位移傳感器5、絕對位移傳感器7、油膜壓力傳感器8以及溫度傳感器，從而能夠實時監測軸承在不同條件下的工作性能。
[0010]優選地，每個油腔內部布置有兩個油膜壓力傳感器8，每個油腔兩側軸向封油邊上分布有兩個油膜壓力傳感器8，每個油腔的徑向封油邊上安裝有一個溫度傳感器，前液體靜壓軸承4右端以及后液體靜壓軸承9的左端沿軸的外圍方向均勻分布3個位移傳感器。 [0011]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案，由于在整體的實驗裝置上安裝有多種不同類型的傳感器，能夠實時測量出油膜溫度分布、壓力分布、主軸軸心位置偏移等技術參數，為研究液體靜壓軸承運行過程中的油膜特性提供了實驗支撐，有助于揭示影響液體靜壓軸承工作性能的主要因素，對靜壓軸承的設計提供了幫助。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的液體靜壓試驗臺總體結構示意圖；
[0013]圖2是本發明的豎直加載裝置沿軸向的結構示意圖；
[0014]圖3是本發明的承載滑動軸承的結構示意圖；
[0015]圖4是本發明的液體靜壓軸承內表面展開圖；
[0016]圖5是本發明的軸承箱體沿軸向的雙軸承座示意圖；
[0017]圖6是本發明軸向止推盤液體通道視圖；
[0018]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0019]1-主軸 2-電主軸21-脹緊連接套
[0020]22-電主軸轉子 23-電主軸定子24-電主軸冷卻套
[0021]25-電主軸外套 3-軸承箱體31-箱體油腔孔
[0022]32-回油腔 33-小孔節流器34-軸承供油通道
[0023]35-靜壓油腔 36-油壓測量通道37-冷卻水通道
[0024]38-回油槽 4-前液體靜壓軸承41-溫度傳感器安裝孔
[0025]42-壓力傳感器油孔 43-靜壓腔供油孔5_相對位移傳感器
[0026]6-軸承箱體蓋板 7-絕對位移傳感器8-油膜壓力傳感器
[0027]9-后液體靜壓軸承 10-液壓軸向止推盤11-止推盤端蓋
[0028]111-止推盤進油孔 112-進油通道113-止推盤液壓油腔
[0029]114-環形供油通道 12-動平衡儀安裝孔13-承載連接軸
[0030]14-豎直加載裝置 141-加載裝置支架142-液壓缸安裝滑動槽
[0031]143-液壓缸 144_彈簧推桿145-載荷壓力傳感器
[0032]146-軸承卡塊 15-承載滾動軸承151-滾動軸承套
[0033]152-滾動軸承I 153-外層隔墊154-內層隔墊
[0034]155-滾動軸承2 156-滾動軸承端蓋157-滾動軸承軸向固定圈
[0035]16-左聯軸器 17-扭矩傳感器18-右聯軸器
[0036]19-直流電機20-試驗臺支撐架。【具體實施方式】
[0037]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0038]圖1是本發明的液體靜壓試驗臺總體結構示意圖。本發明的試驗臺以軸承箱體3為主體，前液體靜壓軸承4和后液體靜壓軸承9分別固定在軸承箱體3的兩端，為對不同類型的軸承進行實驗，軸承箱體3上在軸向開有兩個軸承套。主軸I置于液體靜壓軸承內部，其左端伸出軸承箱體3，與電主軸轉子22通過脹緊連接套21固定，電主軸定子23和電主軸冷卻套24固定在電主軸外套25上，電主軸外套25又固定在軸承箱體3上，后液體靜壓軸承9的右端設置有液壓軸向止推盤10，液壓軸向止推盤10固定在主軸上，止推盤端蓋11通過螺釘固定在后液體靜壓軸承9上，從而將液壓軸向止推盤10限制在后液體靜壓軸承9和止推盤端蓋11之間，由于各部分之間的固連關系,主軸電機各部分以及主軸1、軸承箱體
3、前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承9、液壓軸向止推盤10、止推盤端蓋11形成了一個整體，同時主軸I在軸向上的運動也被限制，從而在整體結構上保證了試驗臺能夠穩定運行。在主軸I的右端，設置有動平衡儀安裝孔12，安裝動平衡儀后，試驗臺具有動態調節平衡的功能，進一步增強了系統的穩定性。
[0039]圖2是本發明的豎直加載裝置沿軸向的結構示意圖，為了簡化主軸I的結構，豎直加載裝置14采用分離式結構，通過螺釘將承載連接軸13固定在主軸I上，達到傳遞載荷的目的。在加載裝置支架141上設置有液壓缸安裝滑動槽142，其作用是與軸承箱體上的雙軸承結構相對應，當試驗軸的位置變化時，只需要移動液壓缸143到對應的位置即可，增強了豎直加載裝置14的適應性，在彈簧推桿144和軸承卡快146之間安裝有載荷壓力傳感器145，能實時測量出載荷大小。為了測量整個試驗臺裝置的摩擦扭矩，在豎直加載裝置的右端通過左左聯軸器6連接扭矩傳感器17，扭矩傳感器17和直流電機19之間通過右左聯軸器8連接。
[0040]圖3是本發明的承載滑動軸承的結構示意圖，在滾動軸承套151和滾動軸承端蓋156內部設置有兩個滾動軸承152和155，兩個滾動軸承之間通過外層隔墊153和內層隔墊154隔開，滾動軸承安裝在承載連接軸13上，保證在運行過程中也可以順利加載。
[0041]圖4是本發明的液體靜壓軸承內表面展開圖，為了測量試驗臺運行過程中的各項參數，在前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承9以及軸承箱體3上安裝有不同數量的溫度傳感器、油膜壓力傳感器8、相對位移傳感器5、絕對位移傳感器7。以4油腔液體靜壓滑動軸承為例，在每一個油腔35的內部布置有兩個油壓測量通道42，在油腔35兩側沿軸向的封油面也布置有兩個油壓測量通道42，在每個油腔35的徑向封油邊上開有溫度傳感器安裝孔41。溫度傳感器安裝孔41并沒有穿過軸承，而與軸承內表面有約2?3mm的距離，將康銅熱電偶置于孔內，用環氧樹脂填充后便可固定。相對位移傳感器5沿軸承圓周均勻分布3個，通過測量主軸圓柱面上三個點的位置可得出軸心位置，在軸承箱體3內兩個軸承的內側都裝有相對位移傳感器5，可以測量出兩個截面的軸心位置，從而得出主軸I的位置。在后液體靜壓軸承的左端還安裝有絕對位移傳感器7，用來測量主軸I的絕對位置，通過相對位置和絕對位置可以確定主軸I在軸承箱體3內的具體位置。
[0042]本實例中采用采用高壓液體潤滑油作為液體介質，下面結合高壓液體潤滑油在本發明中的流經線路對本發明作進一步詳細說明。
[0043]圖5是本發明的軸承箱體沿軸向的雙軸承座示意圖，在液體靜壓軸承部分，高壓油首先經過節流器33進入軸承供油通道34，到達靜壓油腔35，在高壓油的作用下，主軸I與前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承9之間被液體潤滑油隔開。高壓潤滑油從腔體周圍的四個封油面溢出，從軸向封油面溢出的潤滑油流到回油槽38后從軸承兩端溢出，溢出的潤滑油經回油通道或者直接流到回油腔32。
[0044]圖6是本發明軸向止推盤液體通道視圖，在液壓軸向止推盤10中，后液體靜壓軸承9和止推盤端蓋11上均開有4個止推盤液壓油腔113，高壓油經止推盤進油孔111進入到第一個油腔，同時經過環形供油通道114進入到另外3個止推盤液壓油腔113，液壓油從液壓軸向止推盤10的端面溢出后經過回油通道流到回油腔32。回油腔中收集的液壓油通過箱體油腔孔31變為高壓油循環使用。前液體靜壓軸承4、后液體靜壓軸承5以及液壓軸向止推盤10中的液壓系統分別采用不同的小孔節流器，3個部件的液壓系統相互獨立。
[0045]通過本發明的靜壓支承試驗平臺能夠全面的分析出液體靜壓軸承的工作特性，為液體靜壓軸承的研究和設計工作提供重要幫助。
[0046]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種靜壓支承試驗臺，其特征在于:包括主軸(I)、電主軸系統(2)、軸承箱體(3)、前液體靜壓軸承(4)、后液體靜壓軸承(9)，布置于前液體靜壓軸承(4)、后液體靜壓軸承(9)以及軸承箱體(3)上的傳感器包括相對位移傳感器(5)、絕對位移傳感器(7)、油膜壓力傳感器(8)，和主軸(I)相連的承載連接軸(13)，布置于軸承箱體(3)左側的豎直加載裝置(14)，連接承載連接軸(13)和扭矩傳感器(17)的左聯軸器(16)，連接扭矩傳感器(17)和直流電機(19)的右聯軸器(18)，最右端的直流電機(19)以及試驗臺支撐架(20)，所述試驗臺電主軸系統(2)置于軸承箱體(3)的左側，主軸(I)的前后兩端分別通過前液體靜壓軸承(4)和后液體靜壓軸承(9)支撐于軸承箱體(3)上，后液體靜壓軸承(9)右端設置有液壓軸向止推盤(10)，承載連接軸(13)與主軸(I)固連，外加載荷施加在承載連接軸(13)上，在承載連接軸(13 )的右端安裝有扭矩傳感器(17 )和直流電機(19 )。
2.根據權利要求1所述的靜壓支承試驗臺，其特征在于:所述承載連接軸(13)與主軸(I)采用分離結構，通過螺釘連接。
3.根據權利要求1所述的靜壓支承試驗臺，其特征在于:所述主軸(I)右端開有動平衡儀安裝孔(12)，用于安裝動平衡儀。
4.根據權利要求1所述的靜壓支承試驗臺，其特征在于:所述軸承箱體(3)和豎直加載裝置(14)設置有雙軸試驗結構。
5.根據權利要求1所述的靜壓支承試驗臺，其特征在于:在前液體靜壓軸承(4)、后液體靜壓軸承(9)以及軸承箱體(3)上安裝有相對位移傳感器(5)、絕對位移傳感器(7)、油膜壓力傳感器(8)以及溫度傳感器。
6.根據權利要求5所述的靜壓支承試驗臺，其特征在于:每個油腔內部布置有兩個油膜壓力傳感器(8)，每個油腔兩側軸向封油邊上分布有兩個油膜壓力傳感器(8)，每個油腔的徑向封油邊上安裝有一個溫度傳感器，前液體靜壓軸承(4)右端以及后液體靜壓軸承(9)的左端沿軸的外圍方向均勻分布3個位移傳感器。
【文檔編號】G01M13/04GK103543011SQ201310476321
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】黃禹, 邵新宇, 張國軍, 李建, 喻陽春, 陳源, 張尚 申請人:華中科技大學