申请/专利权人：天津大学

申请日：2017-12-22

公开（公告）日：2023-03-14

公开（公告）号：CN108061096B

主分类号：F16C32/06

分类号：F16C32/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.03.14#授权;2018.06.15#实质审查的生效;2018.05.22#公开

摘要：本发明公开了一种多孔质气体静压回转平台，包括回转体、径向轴承、上止推轴承部件和下止推轴承部件，径向轴承采用全多孔质气体静压径向轴承，上、下止推轴承部件均采用局部多孔质气体静压止推轴承结构；上、下止推轴承部件通过均布的连接螺纹与径向轴承相连，并且通过局部多孔质气体止推轴承和回转体形成稳定的气膜间隙。全多孔质静压径向轴承位于回转体的内部，保证回转体的零摩擦旋转。本发明结合了全多孔质气体静压径向轴承和局部多孔质气体止推轴承两者优势，多孔质材料孔隙均匀、渗透率一致，由多孔质气体静压轴承制成的气浮回转平台具有高回转精度、高承载能力、高刚度和良好的稳定性等优点。

主权项：1.一种多孔质气体静压回转平台，包括回转体4、径向轴承、上止推轴承部件和下止推轴承部件，其特征在于：所述径向轴承设置在所述回转体4内，所述径向轴承的上方同轴的固定有上止推轴承部件，所述径向轴承的下方同轴的固定有下止推轴承部件；所述径向轴承为全多孔质静压径向轴承，所述上止推轴承部件和下止推轴承部件均采用局部多孔质静压止推轴承结构；所述全多孔质静压径向轴承包括中心通气环5，所述中心通气环5上套装有多孔质环6，所述多孔质环6的两端均设有外环7，所述中心通气环5设有第一中心通孔51和与所述第一中心通孔51贯通的径向通孔52；所述中心通气环5的外回转面上设有一圈环形槽，从而在所述多孔质环6与所述中心通气环5之间形成了一与所述第一中心通孔51贯通的第一环形气室53；所述上止推轴承部件包括同轴固定的上止推轴承基体2和上端盖板1，所述上止推轴承基体2设有第二中心通孔21，所述上止推轴承基体2的底面均匀的设置有多个第一阶梯通孔，所述上端盖板1上在与所述上止推轴承基体2接触的一端设有第一环形凹槽，所述上端盖板1上设有第一通孔12，多个第一阶梯通孔和第一通孔12均与该第一环形凹槽贯通，所述第一通孔12自所述上端盖板1的外回转面连接至所述第一中心通孔51，从而在所述上端盖板1与所述上止推轴承基体2之间形成了同时与所述第一通孔12和多个第一阶梯通孔贯通的第二环形气室11；每个第一阶梯通孔的沉孔内均设有第一局部多孔质节流器3；所述下止推轴承部件包括同轴固定的下止推轴承基体9和下端盖板10，所述下止推轴承基体9设有第三中心通孔91，所述下止推轴承基体9的顶面均匀的设置有多个第二阶梯通孔，所述下端盖板10上在与所述下止推轴承基体9接触的面上设有第二环形凹槽，所述下端盖板10上设有第二通孔13，多个第二阶梯通孔和第二通孔13均与该第二环形凹槽贯通，所述第二通孔13自所述下端盖板10的外回转面连接至所述第一中心通孔51，从而在所述下端盖板10与所述下止推轴承基体9之间形成了同时与所述第二通孔13和多个第二阶梯通孔贯通的第三环形气室16；每个第二阶梯通孔的沉孔内均设有第二局部多孔质节流器8；所述第二局部多孔质节流器8的规格尺寸大于所述第一局部多孔质节流器3的规格尺寸；贯穿于所述下止推轴承基体9和下端盖板10的轴向设有两个通孔15，该两个通孔15的中心距等于所述外环7的外径；所述下端盖板10的底面设有一径向排气槽14，所述径向排气槽14与所述两个通孔15贯通。

全文数据：一种多孔质气体静压回转平台技术领域[0001]本发明涉及一种气体静压精密转台，尤其涉及一种多孔质气体静压回转平台。背景技术[0002]气体静压精密转台广泛应用于航空、航天、精密机械、机械制造等行业中，是保障机械加工及检测精度的重要基础元部件，它的精度直接影响制造过程中工件的特征尺寸精度以及制造后元件的检测精度。多孔质节流器较其他节流方式有着承载能力和刚度高，动态特性及阻尼性能好的巨大优势，气体作为润滑剂形成的气膜具有均化效应，可以补偿因制造误差带来的回转误差，而且气体来源广，无污染。发明内容[0003]针对现有技术，本发明提供一种多孔质气体静压回转平台，结合了全多孔质静压径向轴承和局部多孔质止推轴承两者优势，由多孔质气体静压轴承制成的气浮回转平台具有高回转精度、高承载能力、高刚度和良好的稳定性等优点。[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种多孔质气体静压回转平台，包括回转体、径向轴承、上止推轴承部件和下止推轴承部件，所述径向轴承设置在所述回转体内，所述径向轴承的上方同轴的固定有上止推轴承部件，所述径向轴承的下方同轴的固定有下止推轴承部件;所述径向轴承为全多孔质静压径向轴承，所述上止推轴承部件和下止推轴承部件均采用局部多孔质静压止推轴承结构;所述全多孔质静压径向轴承包括中心通气环，所述中心通气环上套装有多孔质环，所述多孔质环的两端均设有外环，所述中心通气环设有第一中心通孔和与所述第一中心通孔贯通的径向通孔;所述中心通气环的外回转面上设有一圈环形槽，从而在所述多孔质环与所述中心通气环之间形成了一与所述中心通孔贯通的第一环形气室;所述上止推轴承部件包括同轴固定的上止推轴承基体和上端盖板，所述上止推轴承基体设有第二中心通孔，所述上止推轴承基体的底面均匀的设置有多个第一阶梯通孔，所述上端盖板上在与所述上止推轴承基体接触的一端设有第一环形凹槽，所述上端盖板上设有第一通孔，多个第一阶梯通孔和第一通孔均与该第一环形凹槽贯通，所述第一通孔自所述上端盖板的外回转面连接至所述第一中心通孔，从而在所述上端盖板与所述上止推轴承基体之间形成了同时与所述第一通孔和多个第一阶梯通孔贯通的第二环形气室;每个第一阶梯通孔的沉孔内均设有第一局部多孔质节流器;所述下止推轴承部件包括同轴固定的下止推轴承基体和下端盖板，所述下止推轴承基体设有第三中心通孔，所述下止推轴承基体的顶面均匀的设置有多个第二阶梯通孔，所述下端盖板上在与所述下止推轴承基体接触的面上设有第二环形凹槽，所述下端盖板上设有第二通孔，多个第二阶梯通孔和第二通孔均与该第二环形凹槽贯通，所述第二通孔自所述下端盖板的外回转面连接至所述第一中心通孔，从而在所述下端盖板与所述下止推轴承基体之间形成了同时与所述第二通孔和多个第二阶梯通孔贯通的第三环形气室;每个第二阶梯通孔的沉孔内均设有第二局部多孔质节流器;所述第二局部多孔质节流器的规格尺寸大于所述第一局部多孔质节流器的规格尺寸；贯穿于所述下止推轴承基体和下端盖板的轴向设有两个通孔，该两个通孔的中心距等于所述外环的外径;所述下端盖板的底面设有一径向排气槽，所述径向排气槽与所述两个通孔贯通。[0005]进一步讲，本发明多孔质气体静压回转平台，其中，位于所述多孔质环下端的外环的底部设有外倒角，所述回转体的底部设有内倒角，所述外倒角与所述内倒角之间形成一环形槽，两个通孔的顶部与该环形槽贯通。[0006]本发明中，自所述第一通孔依次经过所述第二中心通孔和所述第一中心通孔后至所述径向通孔及自所述第二通孔依次经过所述第三中心通孔和所述第一中心通孔后至所述径向通孔形成了向第一环形气室的供气通道。[0007]本发明中，自所述第一通孔经过所述第二环形气室至第一阶梯通孔形成了向所述第一局部多孔质节流器的的供气通道。[0008]本发明中，自所述第二通孔经过所述第三环形气室至第二阶梯通孔形成了向所述第二局部多孔质节流器的的供气通道。[0009]本发明中，自所述环形槽分别至两个通孔后至所述径向排气槽形成了第二局部多孔质节流器和全多孔质静压径向轴承的排气通道。[0010]本发明中，所述外环与所述中心通气环之间、所述外环与所述多孔质环之间均采用粘胶连接。[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0012]本发明提出的多孔质气体静压回转平台采用局部多孔质静压止推轴承和全多孔质静压径向轴承的结构，局部多孔质静压止推轴承主要起支撑回转部分的作用，提供轴向承载力及刚度，全多孔质静压径向轴承起隔离回转部分的作用，提供径向承载力及刚度，通气状态下能够实现回转部分的超低摩擦、高精度回转运动。本发明中的上下止推轴承部件和全多孔质静压径向轴承采用同一气路的供气形式，气路结构巧妙，通气状态下回转部分完全悬浮，其高加工精度加上气膜的均化效应，所得的回转精度会很高，并且在轴向和径向都具有较高的承载能力及刚度，稳定性也很好。附图说明[0013]图1是本发明多孔质气体静压回转平台的爆炸图；[0014]图2是本发明多孔质气体静压回转平台的剖视图；[0015]图3是图2中所述上止推轴承部件另一剖切方向的全剖视图；[0016]图4是图2中所示下止推轴承部件另一剖切方向的全剖视图；[0017]图5是图1中所不上^5盖板1的立体图；[0018]图6是图1中所示中心通气环5的立体图；[0019]图7是图1中所示下端盖板1〇的立体图；[0020]图8是本发明中回转体4的加工精度示意图；[0021]图9是本发明中全多孔质静压径向轴承的加工精度示意图。[0022]图中：1-上端盖板，11-第二环形气室，12-第一通孔，2-上止推轴承基体，21-第二中心通孔，3-第一局部多孔质节流器，4_回转体，5_中心通气环，51-第一中心通孔，52-径向通孔，53-第一环形气室，6_多孔质环，7-外环，8-第二局部多孔质节流器，9-下止推轴承基体，9卜第三中心通孔，10-下端盖板，13-第二通孔，14-径向排气槽，15-通孔，16-第三环形气室，17-粘胶。具体实施方式[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。[0024]本发明多孔质气体静压回转平台的设计思路是:采用局部多孔质静压止推轴承和全多孔质静压径向轴承的结构，局部多孔质静压止推轴承主要起支撑回转部分的作用，提供轴向承载力及刚度，全多孔质静压径向轴承起隔离回转部分的作用，提供径向承载力及刚度，通气状态下能够实现回转部分的超低摩擦、高精度回转运动。[0025]本发明提出的一种多孔质气体静压回转平台，包括回转体、径向轴承、上止推轴承部件和下止推轴承部件，所述径向轴承的上方同轴的固定有上止推轴承部件，所述径向轴承的下方同轴的固定有下止推轴承部件，上、下止推轴承部件与回转体的接触面均需要经过研磨抛光加工，具有较高的表面粗糙度及平面度。[0026]所述上止推轴承部件和下止推轴承部件均采用局部多孔质静压止推轴承结构。[0027]如图1和图2所示，所述径向轴承是设置在所述回转体4内的全多孔质静压径向轴承，所述全多孔质静压径向轴承包括中心通气环5,所述中心通气环5上套装有多孔质环6，所述多孔质环6的两端均设有外环7，所述外环7与所述中心通气环5之间、所述外环7与所述多孔质环6之间均采用粘胶17连接。所述中心通气环5设有第一中心通孔51和与所述第一中心通孔51贯通的径向通孔52;所述中心通气环5的外回转面上设有一圈环形槽，从而在所述多孔质环6与所述中心通气环5之间形成了一与所述中心通孔51贯通的第一环形气室53。[0028]如图2和图3所示，所述上止推轴承部件包括同轴固定的上止推轴承基体2和上端盖板1，所述上止推轴承基体2设有第二中心通孔21，所述上止推轴承基体2的底面均匀的设置有多个第一阶梯通孔，所述上端盖板1上在与所述上止推轴承基体2接触的一端设有第一环形凹槽，所述上端盖板1上设有第一通孔12,多个第一阶梯通孔和第一通孔12均与该第一环形凹槽贯通，所述第一通孔12自所述上端盖板1的外回转面连接至所述第一中心通孔51，从而在所述上端盖板1与所述上止推轴承基体2之间形成了同时与所述第一通孔12和多个第一阶梯通孔贯通的第二环形气室11;每个第一阶梯通孔的沉孔内均通过粘胶设有第一局部多孔质节流器3。上端盖板1通过螺纹和上止推轴承基体2连接在一起。[0029]如图2和图4所示，所述下止推轴承部件包括同轴固定的下止推轴承基体9和下端盖板10,所述下止推轴承基体9设有第三中心通孔91，所述下止推轴承基体9的顶面均匀的设置有多个第二阶梯通孔，每个第二阶梯通孔的沉孔内均通过粘胶设有第二局部多孔质节流器8。所述下端盖板10上在与所述下止推轴承基体9接触的面上设有第二环形凹槽，所述下端盖板9上设有第二通孔13,多个第二阶梯通孔和第二通孔13均与该第二环形凹槽贯通，所述第二通孔13自所述下端盖板10的外回转面连接至所述第一中心通孔51，下止推轴承基体9和下端盖板10通过螺纹紧固连接，从而在所述下端盖板10与所述下止推轴承基体9之间形成了同时与所述第二通孔13和多个第二阶梯通孔贯通的稳定的第三环形气室16,为第二局部多孔质节流器8提供一定压力的稳定气体，为了使气体顺利排出，需要在下端盖板10的底部加工出一定宽度和深度的沟槽，如图4所示，贯穿于所述下止推轴承基体9和下端盖板10的轴向设有两个通孔15,该两个通孔15的中心距等于所述外环7的外径;所述下端盖板10的底面设有一径向排气槽14,所述径向排气槽14与所述两个通孔15贯通，g卩，位于所述多孔质环6下端的外环7的底部设有外倒角，所述回转体4的底部设有内倒角，所述外倒角与所述内倒角之间形成一环形槽，两个通孔15的顶部与该环形槽贯通。自所述环形槽分别至两个通孔15后至所述径向排气槽14形成了第二局部多孔质节流器8和全多孔质静压径向轴承的排气通道。其中的通孔15是为了气体的顺利排出，从而形成稳定的气流通道。[0030]本发明中，所述第二局部多孔质节流器8的规格尺寸大于所述第一局部多孔质节流器3的规格尺寸。需要提供更大的轴向承载力，从而使回转体4悬浮起来。[0031]如图2所示，自所述第一通孔12依次经过所述第二中心通孔21和所述第一中心通孔51后至所述径向通孔52及自所述第二通孔13依次经过所述第三中心通孔91和所述第一中心通孔51后至所述径向通孔52形成了向第一环形气室53的供气通道。自所述第一通孔12经过所述第二环形气室11至第一阶梯通孔形成了向所述第一局部多孔质节流器3的的供气通道，自所述第二通孔13经过所述第三环形气室16至第二阶梯通孔形成了向所述第二局部多孔质节流器8的的供气通道。[0032]本发明中，上、下止推轴承部件分别与回转体依靠气体通过第一局部多孔质节流器3和第二局部多孔质节流器8形成的气膜相隔开。全多孔质静压径向轴承与回转体则是依靠高压气体通过全多孔质环6形成的气膜而分隔开来。工作状态下，从上止推轴承部件和下止推轴承部件的供气孔通气，回转体4会平稳地浮起，同时全多孔质静压径向轴承从内部中心孔供气，与回转体4形成气膜，实现了超低摩擦和高精度的回转运动。[0033]本发明中的上止推轴承基体2和下止推轴承基体9均采用不锈钢材质;所述中心通气环5和外环7均采用铝合金材质。[0034]如图8所示，回转体采用密度更小的铝合金材料，加工尺寸精度要求很高，与下止推轴承部件相对的底部端面A需要较高的表面粗糙度，要求内表面B以底部端面A的垂直度公差为0.001，其圆度公差为0.0005,要求外表面C以内表面B为基准的同轴度公差为0.001。与上止推部分相对的表面上加工有均布的螺纹孔19。[0035]如图9所示，本发明中的全多孔质静压径向轴承，加工尺寸精度要求很高，与下止推轴承部件相对的底部端面D需要较高的表面粗糙度，要求外表面E以底部端面D为基准的垂直度公差为〇•001，其圆度公差为0•0005，圆跳动公差为0•〇〇1，与上止推轴承部件相对的表面以底部端面D为基准的平行度公差为〇.001。[0036]本发明中上、下止推轴承部件和全多孔质静压径向轴承采用同一气路的供气形式，气路结构巧妙，回转体与上、下止推轴承部件依靠其中均布的多孔质节流器浮起，上、下止推轴承部件的工作面都是经过研磨抛光加工的表面。全多孔质静压径向轴承的工作面是经过超精密加工的表面，其端面的垂直度公差及自身的圆度公差均要求很高。通气状态下回转体完全悬浮，其高加工精度加上气膜的均化效应，所得的回转精度会很高，并且在轴向和径向都具有较高的承载能力及刚度，稳定性也很好。[0037]综上，本发明中所述上、下止推轴承部件通过均布的连接螺纹与全多孔质静压径向轴承相连，并且通过局部多孔质止推轴承和回转体形成稳定的气膜间隙。所述全多孔质静压径向轴承位于回转体的内部，通过全多孔质静压径向轴承保证回转部分的零摩擦旋转。本发明中局部多孔质材料和全多孔质材料孔隙均匀、渗透率一致，保证了回转体具有很高的回转精度、承载能力和静态刚度。[0038]本发明的突出优点是：_9]1局部多孔质止推轴承起支撑回转部分，降低回转部分和止推部分的雜，理论上实现了稳定支撑和零摩擦的效果；（2全多孔质静压径向轴承通过气膜隔离回转部分，实现了超低摩擦阻力的回转运动，并且提供了很高的承载能力和静态刚度。此外，气浮回转平台气体流道结构设计实现了止推轴承和径向轴承的统一供气，气体流道结构设计巧妙，排气顺畅，具有运行稳定，耗气量较小的优点。[0040]尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

权利要求：1.一种多孔质气体静压回转平台，包括回转体4、径向轴承、上止推轴承部件和下止推轴承部件，其特征在于：所述径向轴承设置在所述回转体4内，所述径向轴承的上方同轴的固定有上止推轴承部件，所述径向轴承的下方同轴的固定有下止推轴承部件;所述径向轴承为全多孔质静压径向轴承，所述上止推轴承部件和下止推轴承部件均采用局部多孔质静压止推轴承结构；所述全多孔质静压径向轴承包括中心通气环5，所述中心通气环5上套装有多孔质环（6，所述多孔质环⑹的两端均设有外环（7，所述中心通气环⑸设有第一中心通孔51和与所述第一中心通孔51贯通的径向通孔52;所述中心通气环5的外回转面上设有一圈环形槽，从而在所述多孔质环⑹与所述中心通气环⑸之间形成了一与所述中心通孔51贯通的第一环形气室53;所述上止推轴承部件包括同轴固定的上止推轴承基体2和上端盖板（1，所述上止推轴承基体⑵设有第二中心通孔21，所述上止推轴承基体⑵的底面均匀的设置有多个第一阶梯通孔，所述上端盖板1上在与所述上止推轴承基体2接触的一端设有第一环形凹槽，所述上端盖板⑴上设有第一通孔（12，多个第一阶梯通孔和第一通孔12均与该第一环形凹槽贯通，所述第一通孔（12自所述上端盖板（1的外回转面连接至所述第一中心通孔51，从而在所述上端盖板1与所述上止推轴承基体2之间形成了同时与所述第一通孔12和多个第一阶梯通孔贯通的第二环形气室（11;每个第一阶梯通孔的沉孔内均设有第一局部多孔质节流器3;所述下止推轴承部件包括同轴固定的下止推轴承基体9和下端盖板（10，所述下止推轴承基体9设有第三中心通孔91，所述下止推轴承基体9的顶面均匀的设置有多个第二阶梯通孔，所述下端盖板（10上在与所述下止推轴承基体9接触的面上设有第二环形凹槽，所述下端盖板9上设有第二通孔13，多个第二阶梯通孔和第二通孔13均与该第二环形凹槽贯通，所述第二通孔（13自所述下端盖板（1〇的外回转面连接至所述第一中心通孔51，从而在所述下端盖板（10与所述下止推轴承基体9之间形成了同时与所述第二通孔13和多个第二阶梯通孔贯通的第三环形气室（16;每个第二阶梯通孔的沉孔内均设有第二局部多孔质节流器8;所述第二局部多孔质节流器⑻的规格尺寸大于所述第一局部多孔质节流器3的规格尺寸；贯穿于所述下止推轴承基体9和下端盖板（10的轴向设有两个通孔（15，该两个通孔15的中心距等于所述外环⑺的外径；所述下端盖板（10的底面设有一径向排气槽（14，所述径向排气槽（14与所述两个通孔15贯通。2.根据权利要求1所述多孔质气体静压回转平台，其特征在于，位于所述多孔质环6下端的外环⑺的底部设有外倒角，所述回转体⑷的底部设有内倒角，所述外倒角与所述内倒角之间形成一环形槽，两个通孔I5的顶部与该环形槽贯通。3.根据权利要求1所述多孔质气体静压回转平台，其特征在于，自所述第一通孔（12依次经过所述第二中心通孔21和所述第一中心通孔51后至所述径向通孔52及自所述第二通孔（1¾依次经过所述第三中心通孔91和所述第一中心通孔51后至所述径向通孔52形成了向第一环形气室53的供气通道。4.根据权利要求1所述多孔质气体静压回转平台，其特征在于，自所述第一通孔（1¾经过所述第二环形气室（11至第一阶梯通孔形成了向所述第一局部多孔质节流器⑶的的供气通道。5.根据权利要求1所述多孔质气体静压回转平台，其特征在于，自所述第二通孔（13经过所述第三环形气室（16至第二阶梯通孔形成了向所述第二局部多孔质节流器8的的供气通道。6.根据权利要求2所述多孔质气体静压回转平台，其特征在于，自所述环形槽分别至两个通孔（15后至所述径向排气槽（14形成了第二局部多孔质节流器⑻和全多孔质静压径向轴承的排气通道。术由7.根据权利要求1所述多孔质气体静压回转平台，其特征在于，所述外环（?）与所心通气环5之间、所述外环7与所述多孔质环6之间均采用粘胶17连接。

百度查询： 天津大学 一种多孔质气体静压回转平台

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