[发明专利]自补偿流体静压直线运动轴承

说明书

本发明涉及直线运动轴承，它由压力流体——液体或气体(其中包括水和空气)的薄膜所支承。下文中有时一般地将其称为“流体静压”或“液体静压”轴承。

更详细地，本发明是关于一个系统，它包括导引轴承滑座作直线运动的矩形截面的直轴承导轨，滑座通过流体压力薄膜而与轴承导轨保持一定距离。流体是从面向轴承导轨并且彼此几何相对的轴承滑座表面上的腔穴中压出的。调节流向腔穴的液流使在腔穴间产生压力差，用以响应施加于轴承滑座上的力。当力施加于轴承滑座上时，受载荷作用一侧(即受载侧)的轴承间隙减小而另一侧(即受载侧的相对侧)的轴承间隙增加。流体流出轴承腔穴时的阻力正比于间隙尺寸立方的倒数。这意味着腔穴相对设置着的轴承其作用恰似两个电阻彼此串联并与另一串联电阻对并联。于是当施加载荷时，流出受载侧轴承腔穴的液流阻力增加，而相对侧的液流阻力减小，结果使得受载侧腔穴中的压力上升，直到在两腔穴间产生的压力差与载荷达到平衡为止。从而轴承补偿了所加的载荷。流体流入腔穴的阻力称之为补偿。

在现有技术中已提出过三种补偿形式。在固定式补偿中使用毛细管或孔口来作为定值阻力。可交式补偿则包括使用膜片和阀门来提供一个反比于腔穴阻力的液流，从而能提供比固定式补偿装置更大的压力差。然而，这两种补偿形式都必须调节轴承间隙。

为提高轴承的性能而力图使轴承间隙越来越小，制造误差使得使用上述这些手动调节的补偿形式变得越来越困难。由于一个具有三根轴的机床有36个轴承腔穴，因而所需付出的调节工作量就太高了。

第三种补偿形式称为自补偿，因为它自动地利用轴承间隙的变化使轴承改变流向腔穴的液流。现有的自补偿方法是利用在轴承表面上的直沟槽，如下文更充分地予以讨论的，它基本用于各种主轴。然而，这些设计尚未证明其自身能够在商业领域中提供可接受的性能。这是因为其不甚有效的流体流型难以解析地加以确定，特别是靠近直沟槽端部的流域，经常导致不适当的阻力设计，因而随后需要对补偿器进行手动调节。现有的直沟槽自补偿单元已被证实是困难的，因为其几何  形状实际上并不总是可以做出的。

使用压力环形式的自补偿单元，向其中心孔供流，然后连接至轴承的相对侧上的轴承腔穴，现有技术的局限性就能很好地被消除。这一发现是本发明的基础。环状槽易于制造并且比直槽有更大的结构稳定性。此外，自环状沟槽流向中心喂入孔的液流可以相当精确地以解析方式来确定。

因此，本发明的目的在于提供一种新的、改进的自补偿流体静压(或液体静压)直线运动轴承以及自补偿方法，避免现有技术的各种缺点，本发明涉及一种调节压力流体流入静压轴承相对腔穴中去的新的装置。使液流的调节正比于轴承间隙并且使液流的调节由轴承自身表面上的可解析地表达的结构元件来控制。

本发明的另一目的是提供一种新的轴承结构，其中液流阻力由轴承滑座表面上的几何要素所决定，因而，当轴承在正常平衡位置时，补偿装置的液流阻力将与流出轴承腔穴的液流阻力成所需的比例而不管名义平衡尺寸的大小如何，于是可获得一种无需特殊手动调节其性能的容易制造的液体静压轴承。

本发明的另一目的是提供一种不昂贵的标准化轴承的设计，这容许机床制造者可以如同以前使用标准型式滚动件轴承时同样容易地使用液体静压轴承。但由于轴承是静压轴承，它们在性能上将获得巨大的提高。

本发明再进一步的目的是提供一种新式轴承，其中甚至当轴承高速运动时，轴承各区域全都可以得到充足的液流。

这些以及进一步的目的将在下文中的后附的权利要求中特别予以描述。

然而，总括起来，从本发明的某一着眼点来看，本发明系在一个直线运动流体静压轴承中具有相互面对的轴承滑座表面，用以接纳在其中间并沿其方向延伸的轴承导轨，而每一轴承表面具有位于该表面上的相似而且对称的腔穴，压力流体自腔穴中流出以便在导轨和滑座表面间的间隙中提供流体薄膜，一种针对轴承任何一侧上载荷变化的自补偿方法，它包括：在每一轴承表面上，与相应的腔穴纵向隔开地设置其几何形状可用解析表达式表达的压力流体接受槽；从轴承表面的外部将流体从上述每一沟槽送至位于相对表面上的腔穴中；当无外力加载而轴承处于其名义平衡位置与名义间隙时，调节流出该沟槽的液流阻力使之与流出相对腔穴的液流阻力成某一比例，从而当施加有外力时，通过为补偿所加载荷而在相对的腔穴间建立起的压力差，与载荷引起的间隙变化成正比例地对液流加以调节，以便对载荷进行自补偿。

推荐的最佳设计型式将在下文予以描述。

本发明将结合附图予以描述，其中：