[发明专利]三自由度、双层油膜式球铰

说明书

技术领域

本发明涉及机械传动领域内一种球铰副式连接机构，具体是涉及一种利用液体静压支承原理在球面转动副表面形成高压油膜的一种低摩擦、高刚度、无间隙、可承担轴向拉压载荷的连接机构。

背景技术

开发高响应多维振动台的核心技术之一，就是需要提供一种装置，其能够在连接激励源和振动台面消除过约束的同时，将激励源的振幅逼真地传递给振动台。该装置还应具有无缝连接、连接刚度高、低转动摩擦等显著特点，其应用在多维振动领域可有效提高振动台面的动态响应特性。由于高响应多维振动主要应用在军工领域及研制技术难度大，欧美国家一直对中国实行严格的技术封锁和产品封锁。中国专利《双向承载五自由度静压球形轴承》(申请号：200810088894.9)公开了一种具有双球铰副、五自由度连接机构方案，其不足之处在于：两侧球铰副通过一根芯轴连接，从而四层油膜间的液压支承力通过芯轴产生相互耦合作用，使该机构油膜静态调试困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种可承担轴向拉压载荷的三自由度、双层油膜式球铰，其作为激励源和台面的连接件，其能够满足多维振动系统对连接件的高轴向刚度和低转动摩擦要求，同时具有无间隙连接、承载力大、使用寿命长等特点。

实现本发明目的技术方案：一种三自由度、双层油膜式球铰，其包括一个外形呈带凸缘的圆柱体、一端面内凹形成球面的球窝，在球窝柱面中部的横截面不同切线方向分别设有进油接管嘴和回油接管嘴；在球窝的内凹球面内设有大半球，大半球内设有小半球，大半球的外凸球面与球窝的内凹球面相配合形成内侧液压支承面；大半球的内凹球面与小半球的外凸球面相配合形成外侧液压支承面，大半球的端面安装有盖板；芯轴分别穿过球窝、大半球及小半球的中心处圆孔，将球窝、大半球及小半球安装连接在一起，使大半球可绕芯轴偏转一定角度；在球窝的凹球面上设有若干个面积相同轴对称布置的球窝油槽，每个球窝油槽均通过油路与进油接管嘴连通，在每个球窝油槽的进油口均安装有球窝节流器；在小半球的凸球面上设有若干个面积相同的轴对称布置的小半球油槽，每个小半球油槽均与芯轴内所设的芯轴油路连通，在每个小半球油槽的油路入口均安装有小半球节流器。

如上所述的一种三自由度、双层油膜式球铰，其所述的球窝节流器和小半球节流器中部均设有过油的节流小细孔，球窝节流器和小半球节流器前段外表面为光滑圆柱面，圆柱面上开有环形槽，用以放置O密封圈，圆柱面和密封圈通过与球窝或小半球上的光滑圆柱内孔配合，形成密封带；球窝节流器和小半球节流器后段外表面为螺纹，用以将其连接在球窝或小半球的油路上。

如上所述的一种三自由度、双层油膜式球铰，其在球窝凹球面内表面设有环形槽，槽内安装有O型密封圈和减磨圈。

如上所述的一种三自由度、双层油膜式球铰，其在球窝中心圆柱孔上设有3道环形槽，中间的环形槽与芯轴油路及进油接管嘴接通，其左右两侧的环形槽内安装有密封圈，防止中间环形槽内的压力油液泄漏到锥形腔内。

如上所述的一种三自由度、双层油膜式球铰，其小半球中心圆柱孔上设有3道环形槽，中间的环形槽与芯轴油路接通，其左右两侧的环形槽内安装有密封圈，防止中间环形槽内的压力油液泄漏到锥形腔和背腔内。

如上所述的一种三自由度、双层油膜式球铰，其在大半球端部设有环形槽，其内安装有O型密封圈，防止背腔内的油液外泄。

如上所述的一种三自由度、双层油膜式球铰，其在芯轴与球窝端部接触处设有密封圈，以进一步防止球窝油液外泄。

本发明的效果在于：

本发明的三自由度、双层油膜式球铰可替代普通的机械球形轴承，由于利用静压支承技术在转动副球形表面上形成薄层高压油膜，从而消除连接间隙和降低球面副间转动摩擦力，提高轴承的整体连接刚度和使用寿命。

本发明所述的三自由度、双层油膜式球铰具有三个转动自由度，通过两个轴承成对使用，可获得五个自由度，满足各种多维运动的空间解耦要求。每个轴承转动副具有内外两层压力油膜，每层油膜轴对称设有若干个面积相同的进油槽，通过每个进油槽入口设有的节流器串联压力反馈调节作用，使轴承球面副间各点均建立稳定工作的油膜，防止由球面加工精度等原因产生的球面副间油膜建立不完整；而且通过节流器的压力调节作用，使油膜的液压支承力可随外载荷作用而自行调节，其工作时载荷变化引起油膜厚度的改变，通过节流器的压力反馈作用，调节油槽内油液压力以适应外载荷的变化。

本发明所述的三自由度、双层油膜式球铰，其通过芯轴内设供油路实现了外层油膜的供油。且内侧油膜球面副间的动密封采用O型圈+减磨圈的密封方式，减少了密封圈产生的球面转动力矩，并在密封圈前设有回油槽，降低了动密封压力，改善了密封效果。