[发明专利]一种可适应较大温度变化范围的轴系机械结构

说明书

技术领域

本发明属于机械设计领域，具体涉及一种可适应较大温度变化范围的轴系机械结构，该机械结构在工作温度在较大范围内变化时可以降低和消除轴系机械结构内部零件之间的径向热应力和热间隙。

背景技术

在现代机械制造领域，铝因具有密度较小，价格低廉，易于加工等特点，常被采用于对整体结构重量有严格限制的机械结构中。在航空航天精密机械设备和一些大型机械设备当中，铝材的使用已非常广泛。然而，在机械结构中的一些关键零部件(比如轴系结构当中的轴承)，为保证其力学性能则仍应使用钢材。于是钢件和铝件的配合使用在当今机械设计领域应用得越来越多。具体到机械制造中常应用到的轴系机械结构，使用传统方法直接对钢制轴承和轴系外壳等其他铝制结构件进行装配时，由于钢材和铝材的热膨胀系数存在较大差异，在航空航天等需要在较大温度范围内(常指在-55℃到75℃的温度范围)工作的应用场合中，钢铝配件在使用过程中常常面临因热变形量不同产生的挤压热应力和热间隙问题。挤压热应力过大将导致机械结构出现材料变形和降低机械结构的寿命，而热间隙将降低机械结构的工作精度和系统的机械刚度。在大型机械设备和精密机械设备应用的轴系结构当中，热应力和热间隙问题的影响则体现得更为突出，采用传统装配方法将很可能无法满足设备的精度和寿命要求。为了使轴系机械结构适应大温度变化范围的工作条件，需要解决不同材料的机械零件在工作温度变化时产生热应力和热间隙的问题。为此，考虑选用热膨胀系数相近的机械材料来加工轴系零件或是引入一些特殊的机械结构形式是比较合理的技术途径。如果采用热膨胀系数相近的机械材料，(例如与轴承直接接触的结构零件如轴承座等可采用热膨胀系数与之相近的钛合金进行加工)，虽可适当改善热应力和热间隙状况，但由于受到制造成本高，加工工艺难度加大，机械结构重量不易控制等方面因素的限制而难以得到广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服传统装配技术的不足，提供一种可适应较大温度变化范围的轴系机械结构形式，该结构形式可以有效释放工作温度在较大范围内变化时轴系机械结构内部零件因材料不同而产生的热应力，提高轴系零件的寿命和可靠性。同时也可消除轴系零件之间温度变化可能产生的热间隙，保证其工作精度，提高轴系机械结构整体的紧固程度和结构刚度。由此满足航空航天领域应用的精密轴系结构和其他大型机械设备适应较大工作温度变化范围的应用需求。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种可适应较大温度变化范围的轴系机械结构，所述的可适应大温度变化范围的轴系机械结构是一种由特制轴承座压圈组合装配实现轴系结构内部不同材料的零件之间的装配连接的结构形式。由于轴承总是成对使用，本发明所述的轴系机械结构也具有对称性。为了简明和表述方便，以轴系结构的单侧结构进行说明。

本发明所述的轴系机械结构由轴系外壳，轴载，轴承，内侧轴承盖，外侧轴承盖，内侧轴承座，外侧轴承座，内侧铝制压圈，内侧钢制压圈，外侧铝制压圈，外侧钢制压圈，以及8颗紧定螺钉装配组成。其中轴承外壳，轴载，内侧轴承盖和外侧轴承盖之间的相对装配关系与传统装配方式一致。内侧轴承座和外侧轴承座分别沿径向装配于轴承内外两侧，并与轴承外壳和轴载作径向装配。内侧铝制压圈和内侧钢制压圈依次装配于内侧轴承座靠内侧轴承盖的轴向位置，外侧铝制压圈和外侧钢制压圈依次装配于外侧轴承座靠内侧轴承盖的轴向位置。紧定螺钉分别装配于轴系外壳和轴载上对应的调整孔中，可在装配过程中和装配完成后调整轴系结构的轴向紧固状态。

所述轴系外壳采用LY12铝合金加工，轴向厚度最大为50mm，在靠外侧轴承座一侧有适合外侧轴承座装配的锥角为15°的锥形槽，在靠近轴载一侧对应轴承外圈的位置沿圆周方向均布有4个配合紧定螺钉的M3螺孔。在靠近轴载一侧靠近轴承内外圈结合处有一个起防尘作用的挡环结构。

所述轴载采用LY12铝合金加工，轴向最大厚度为69mm，在靠内侧轴承座一侧有适合内侧轴承座装配的锥角为15°的锥形台体结构，在对应轴承内圈的位置沿圆周方向均布有4个配合紧定螺钉的M3螺孔。轴载靠近轴承内外圈结合处的结构尺寸与轴系外壳尺寸形状匹配，并存在1mm的间隙，以方便涂抹油脂实现防尘功能。

所述轴承采用GB/T 276-1994深沟球轴承，其内径为110mm，外径为200mm，轴向厚度为38mm。