專利名稱：用于流體動(dòng)力軸承的軸,流體動(dòng)力軸承裝置和軸的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸，該軸有一個(gè)按形狀制造的在相對(duì)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在與軸承的間隙中產(chǎn)生流體動(dòng)力的外圓周，一種具有該軸的流體動(dòng)力軸承裝置，和一種該軸的制造方法。
背景技術(shù)：
在某些類型的流體動(dòng)力軸承中，槽形成在穿過滑動(dòng)方向的方向在軸和軸承的支承面中的至少一個(gè)上，以改進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的穩(wěn)定性。槽有兩種類型，人字形(例如，日本專利申請(qǐng)，KOKAI公開號(hào)2000-227119)，和與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心平行配置的類型(例如，國際專利申請(qǐng)，KOKAI公開號(hào)98/38433)。
另一種類型的動(dòng)力氣壓軸承裝置有一個(gè)固定軸，和一個(gè)對(duì)固定軸的外圓周具有間隙的中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸。固定軸的外圓周制造成等半徑的多弧或等半徑的橢圓形狀。固定軸的外圓周和中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸的內(nèi)圓周之間的縫隙具有類似于奇數(shù)(三)正弦波的形狀。該類型用于光偏轉(zhuǎn)器(例如，日本專利申請(qǐng)，KOKAI公開號(hào)7-230056)。軸的表面被陽極氧化處理。
本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承裝置和用于流體動(dòng)力軸承的軸是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體，在低速或高速單向或雙向(向前和反向)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者連續(xù)或間斷地轉(zhuǎn)動(dòng)；或者是一個(gè)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)體的部件。轉(zhuǎn)動(dòng)體或支撐轉(zhuǎn)動(dòng)體的部件具有通過轉(zhuǎn)動(dòng)沿圓周或縱向方向移動(dòng)潤滑劑的功能，并且通過減小滑動(dòng)阻力來穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了增加流體動(dòng)力軸承裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)精度，以達(dá)到控制在流體動(dòng)力軸承裝置的高轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍內(nèi)半渦流(half whirl)的產(chǎn)生，和軸及軸承即使在低轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下也穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)沒有互相碰撞的程度，必須增加槽的數(shù)目和更精確地形成槽。人字形槽通過對(duì)掩蓋的(masked)棒狀材料進(jìn)行蝕刻，噴丸處理或噴丸加工來形成，以降低加工成本。在這些加工過程中，困難的是提高加工精度到一定水平之上。由于轉(zhuǎn)動(dòng)特性隨著人字形圖案的方向不同，因此在組裝軸承裝置時(shí)需要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
當(dāng)槽通過蝕刻，噴丸處理，噴丸加工，磨削或激光加工形成在沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的方向時(shí)，一個(gè)不連續(xù)的部分形成在槽和外圓周之間的邊界。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率增加時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的下行側(cè)從不連續(xù)的部分容易出現(xiàn)分離層。分離層的形成可能導(dǎo)致在軸和軸承之間不能產(chǎn)生希望的流體動(dòng)力。
另外，在任何加工方法中，除了形成槽的加工過程之外，必須有增加軸和軸承圓度的加工過程。經(jīng)過形成槽和增加圓度的加工過程的軸必須表現(xiàn)出在每個(gè)加工過程中都具有高重復(fù)性的加工和定位精度。因此，降低軸的制造成本是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于流體動(dòng)力軸承的軸，它具有控制半渦流并在低轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍內(nèi)減小在軸和軸承之間在接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性；提供一種有該軸的流體動(dòng)力軸承裝置，以及一種以低成本制造高精度的流體動(dòng)力軸承的軸的方法。
本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承的軸有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，槽和外圓周的表面具有相同的粗糙度，表面上的加工痕跡排列在圓周方向。槽至少部分地連續(xù)，從而將流體動(dòng)力軸承轉(zhuǎn)動(dòng)軸的偏轉(zhuǎn)減到最少。槽制成與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心平行，以穩(wěn)定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸徑向方向作用的力沿軸向方向的分布。槽被制成使以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的相位沿軸的中心變化，來控制槽中流體的流向。槽被制成使外圓周沿圓周在徑向方向象正弦波一樣變化，從而防止對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸穩(wěn)定性的偏差，并消除軸和軸承之間的接觸。
本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承裝置包括一個(gè)軸，它有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，槽和外圓周的表面具有相同的粗糙度，表面的加工痕跡排列在圓周方向；和包括一個(gè)有圍繞軸的外圓周的圓柱形內(nèi)圓周的軸承。
本發(fā)明的一種用于流體動(dòng)力軸承的軸的制造方法，通過控制要加工成軸的棒狀坯料與加工坯料外圓周的工具之間的相對(duì)振動(dòng)，軸被制成有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，槽和外圓周的表面具有相同的粗糙度，表面上的加工痕跡排列在圓周方向?？刂频恼駝?dòng)是在坯料與工具之間產(chǎn)生的自激振動(dòng)，或者是在有加工工具的機(jī)器中產(chǎn)生的受迫振動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的用于流體動(dòng)力軸承的軸的制造方法，通過在加工過程中用自激振動(dòng)來振動(dòng)坯料，軸被制成有數(shù)個(gè)槽，配置在和圍繞著要由無心磨床加工成流體動(dòng)力軸承的軸的棒狀坯料的外圓周。通過控制自激振動(dòng)的頻率，槽平滑地延續(xù)到外圓周，并且以相等間距配置在和圍繞著外圓周。當(dāng)制造用于流體動(dòng)力軸承的軸，它在槽的數(shù)目和深度中的至少一個(gè)上不同時(shí)，改變無心磨床的磨削條件中的至少一個(gè)，即，調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)輪的硬度，磨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，磨輪的粒度，磨輪粘結(jié)劑的硬度，磨輪的顆粒密度，刀的頂角，坯料的中心高，對(duì)磨輪的中心高度角，對(duì)調(diào)節(jié)輪的中心高度角，調(diào)節(jié)輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸心與坯料的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的傾角，以及磨輪對(duì)坯料的切削深度中的至少一個(gè)。無心磨床調(diào)節(jié)輪和磨輪中的至少一個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，或坯料的中心高在加工過程中被改變，從而形成其中在以軸的軸心為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的相位沿軸心方向改變的槽。強(qiáng)行振動(dòng)無心磨床磨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，或者改變轉(zhuǎn)動(dòng)軸心上產(chǎn)生的振動(dòng)幅度，來改變槽的深度。
根據(jù)本發(fā)明的用于流體動(dòng)力軸承的軸的制造方法，通過在要加工成軸的棒狀坯料與有磨削坯料外圓周的磨輪的外圓磨床之間產(chǎn)生震顫，用于流體動(dòng)力軸承的軸被制造成有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，表面的加工痕跡排列在圓周方向?；蛘撸ㄟ^在要加工成軸的棒狀坯料與有切削坯料外圓周的刀的切削磨床之間產(chǎn)生震顫，用于流體動(dòng)力軸承的軸被制成有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，表面的加工痕跡排列在圓周方向。
本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承的軸在外圓周有數(shù)個(gè)槽，當(dāng)相對(duì)于一個(gè)外插在以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的軸上的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生流體動(dòng)力。槽在外圓周上在沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的方向延伸一定長度，軸的半徑沿圓周逐漸變化。槽的深度D，作為半徑的最大值和最小值之間的尺寸差，在0.1-100μm的范圍。假設(shè)外接該圓周形狀的平均圓展成一條直線。則，沿垂直穿過轉(zhuǎn)動(dòng)軸心方向的軸的外圓周的輪廓f(θ)可用下列多項(xiàng)式表示f(θ)=Σn=1∞Kn2sin(nθ)]]>其中，θ是方位角。
在這種情況下，應(yīng)該滿足下列條件0.1≤Kn2≤100[μm]]]>0≤Kn+1≤Kn2[μm]]]>D＝f(θ)MAX-f(θ)MIN本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承的軸具有奇數(shù)個(gè)槽，在穿過與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心垂直的平面方向從一端到另一端連續(xù)延伸，配置成以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱。被展開，延伸成以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的徑向方向上的變化量的沿圓周的外部形狀的輪廓，類似于正弦波。槽的數(shù)目優(yōu)選為從3到15中選取的奇數(shù)。
從轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性的角度講，奇數(shù)是所希望的。但是，當(dāng)奇數(shù)大于15時(shí)，外圓周的形狀接近于圓，產(chǎn)生的流體動(dòng)力是分散的，并且不能獲得希望的效果。盡管下限值是3，但轉(zhuǎn)動(dòng)用奇數(shù)3在高速側(cè)可能不穩(wěn)定。在5到9的范圍內(nèi)，加工穩(wěn)定性(重復(fù)性)良好，生產(chǎn)能力提高，并能獲得優(yōu)良的特性。
本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承裝置有一個(gè)軸和一個(gè)外插在軸上的軸承。軸在外圓周上有數(shù)個(gè)槽，當(dāng)軸相對(duì)于以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生流體動(dòng)力。槽在外圓周以沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的方向延伸一定長度，軸的半徑沿圓周逐漸變化。槽的深度D，作為半徑的最大值和最小值之間的尺寸差，優(yōu)選在0.1-100μm的范圍。在該流體動(dòng)力軸承裝置中，軸承是固定的，軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)外接軸的柱面直徑假定為Φ，從柱面到軸的外圓周在徑向方向上的尺寸平均值假定為DAVE，以及軸承的內(nèi)圓周表面與外接軸的柱面之間直徑間隙的平均尺寸假定為C時(shí)，它們優(yōu)選有由{DAVE+(C/2)}/Φ≤7.5×10-4表示的關(guān)系。
軸和軸承中的至少一個(gè)優(yōu)選用氧化鋁、氮化硅、氧化鋯、氮化鋁、滲碳鋼、彈簧鋼、合金工具鋼、馬氏體時(shí)效鋼、鈦合金、鋁、不銹鋼制造，或者用通過用電鍍或噴涂涂覆些材料的基底金屬制造的材料中的至少一種來制造。


圖1是示意性地示出本發(fā)明第一實(shí)施方案的流體動(dòng)力軸承裝置的軸承的局部剖視的透視圖；圖2是穿過圖1所示的軸的中心和軸承的軸心的剖面圖的局部放大圖；圖3是圖1所示的軸的透視圖；圖4是直角穿過圖3所示的軸的中心的軸的剖面圖；圖5是示出用無心磨床車加工圖3所示軸的加工狀態(tài)的示意圖；圖6是示出圖5所示的軸，磨輪，調(diào)節(jié)輪，和刀之間的位置關(guān)系的示意圖；圖7是軸的透視圖，有用圖5所示的無心磨床制成的螺旋槽；圖8是軸的透視圖，有用圖5所示的無心磨床制成的波形槽；圖9是軸的透視圖，有用圖5所示的無心磨床在幾個(gè)部分制成的連續(xù)槽；圖10是示出用外圓磨床加工圖3所示的軸的加工狀態(tài)的示意圖；圖11是示出用切削機(jī)加工圖3所示的軸的加工狀態(tài)的示意圖；圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方案的流體動(dòng)力軸承裝置的軸承的局部剖視的透視圖；圖13是圖12所示的流體動(dòng)力軸承裝置的剖面圖，沿與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心垂直的平面剖開；圖14是示出圖12所示的流體動(dòng)力軸承的圓周輪廓的視圖，從圓展開并放大半徑方向上的變化量；圖15的曲線圖示出在圖12所示的流體動(dòng)力軸承中，間隙與接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率之間的關(guān)系；圖16的曲線圖示出在圖12所示的流體動(dòng)力軸承中，圓周形狀的變化率與接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率之間的關(guān)系；圖17的曲線圖示出在圖12所示的流體動(dòng)力軸承中，指示軸的穩(wěn)定性的指數(shù)與接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率之間的關(guān)系；和圖18的曲線圖示出在圖12所示的流體動(dòng)力軸承中，指示軸的穩(wěn)定性的指數(shù)與軸的剛性之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖1至圖8來說明本發(fā)明第一實(shí)施方案的流體動(dòng)力軸承裝置1。如圖1所示，流體動(dòng)力軸承裝置1有軸2和軸承3。軸2在外圓周2a上有數(shù)個(gè)槽2b(圖1到圖4中的25個(gè)槽)。在本實(shí)施方案中，為了清楚地說明槽，槽2b的深度D示出比實(shí)際深度要大。例如在使用空氣作為流體的流體動(dòng)力軸承裝置1中，軸2的直徑(最大)約為10mm時(shí)，圖2所示的槽2b的深度D約為幾微米。
槽2b的深度D優(yōu)選設(shè)置為與軸2的直徑成較大的比例。根據(jù)產(chǎn)生流體動(dòng)力的原理，槽2b的深度D設(shè)置在1-100μm的范圍，與軸的直徑不成比例，但依據(jù)要使用的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。構(gòu)成穩(wěn)定性的槽用0.5μm或更大的深度大大地增強(qiáng)，并且效果用10μm或更小的深度很大地提高。
槽2b從一端到另一端連續(xù)地形成與軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c平行，如圖3所示，并且以相等間距圍繞著外圓周2a配置，如圖4所示。槽2b和外圓周2a有相同的表面粗糙度，并且加工痕跡排列在圓周方向。本說明中提到的加工痕跡是指通過切削加工形成的明顯條紋。
如圖2和圖4所示，槽2b從外圓周2a平滑地延續(xù)。在本實(shí)施方案中，槽2b通過將徑向方向上外圓周的形狀2a平滑地變化到沿圓周方向的正弦波來制成。軸承單元3有一個(gè)柱形的內(nèi)圓周3a，環(huán)繞著軸2的外圓周2a。形成流體薄膜的尺寸縫隙4形成在內(nèi)圓周3a和軸2的外圓周2a之間。
在按上述制成的流體動(dòng)力軸承裝置1中，槽2b的截面形狀對(duì)稱于轉(zhuǎn)動(dòng)方向。因此，當(dāng)軸2和軸承3相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)特性在任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上相同。即在作用在轉(zhuǎn)動(dòng)開始和停止的負(fù)荷扭矩相同，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)開始和停止時(shí)變?yōu)榛ハ嘟佑|，軸2的外圓周2a和軸承3的內(nèi)圓周3a磨擦情況相同。因此，流體動(dòng)力軸承1的耐久性在任何轉(zhuǎn)動(dòng)方向上沒有不同。在任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上獲得相同的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，如穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)所需的時(shí)間，提供穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率等等。
由于槽2b平滑地延續(xù)到外圓周2a，所以紊流很難在從外圓周2a到槽2b的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的下行側(cè)在流體流中引發(fā)，軸2與軸承3之間的縫隙4在此擴(kuò)大(具體地，部分A，當(dāng)軸2以圖2中的箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí))。另外，軸2的槽2b和外圓周2a的表面粗糙度是有相同的表面粗糙度，并且加工痕跡排列在圓周方向。因此，當(dāng)流體動(dòng)力軸承裝置1的軸2相對(duì)于軸承3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在軸2的外圓周2a和槽2b與軸承3的內(nèi)圓周3a之間的流體沿加工痕跡流動(dòng)，并且紊流很難引發(fā)，流體分離很難在下行側(cè)引發(fā)。因此，相對(duì)于軸2和軸承3的相對(duì)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c在從轉(zhuǎn)速慢的低頻范圍到轉(zhuǎn)速高的高頻范圍的大范圍內(nèi)易于穩(wěn)定。
接下來，參照?qǐng)D5和圖6說明軸2的制造方法。軸2由圖5所示的無心磨床10加工。無心磨床10有一個(gè)磨輪11，一個(gè)調(diào)節(jié)輪12和一個(gè)刀13。磨輪11磨削要加工成流體動(dòng)力軸承的軸2的棒狀坯料5的外圓周5a。調(diào)節(jié)輪12轉(zhuǎn)動(dòng)坯料5來改變與磨輪11的接觸表面5b。刀13通過從磨輪11傾斜到調(diào)節(jié)輪12的上斜面13a來支撐坯料5。磨輪11和調(diào)節(jié)輪12按圖5中箭頭14和15所示的相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖6示出了磨輪11，調(diào)節(jié)輪12，刀13和要加工成流體動(dòng)力軸承的軸2的坯料5之間的關(guān)系。坯料5設(shè)置成接觸磨輪11，調(diào)節(jié)輪12和刀13。坯料5的中心5c設(shè)置成比連接磨輪11的中心11a和調(diào)節(jié)輪12的中心12a的參考線U高中心高H。
無心磨床10通過改變下列磨削條件來改變加工狀態(tài)，如刀13的頂角α，坯料5的中心高H，參考線U與連接坯料5中心5c到磨輪11中心11a的線所形成的角β(對(duì)磨輪11的中心高度角)，參考線U與連接坯料5中心5c到調(diào)節(jié)輪12中心12a的線所形成的角γ(對(duì)調(diào)節(jié)輪12的中心高度角)，調(diào)節(jié)輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心17對(duì)于坯料5的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心16的傾角σ，磨輪11的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，磨輪11的粒度，調(diào)節(jié)輪12的硬度，磨輪11粘結(jié)劑的硬度，磨輪11的顆粒密度，和磨輪11對(duì)坯料5的切削深度。刀13的頂角α通過用設(shè)置有不同角度的不同斜面13a的刀替換刀13來改變。坯料5的中心高H通過調(diào)節(jié)刀13位置，和磨輪11與調(diào)節(jié)輪12的中心之間的距離來改變。對(duì)磨輪11的中心高度角β通過用不同半徑的磨輪替換磨輪11來改變。對(duì)調(diào)節(jié)輪12的中心高度角γ通過用不同半徑的調(diào)節(jié)輪替換調(diào)節(jié)輪12來改變。傳統(tǒng)上，在無心磨床10，切削條件設(shè)定到增加棒狀坯料5的圓度和柱面性。
在本實(shí)施方案，切削條件設(shè)定到在用于無心磨床10的加工工具的磨輪11和加工成流體動(dòng)力軸承的軸2的坯料5之間產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)，即所謂的震顫。有兩種類型的震顫，在坯料5和磨輪11之間產(chǎn)生的自激振動(dòng)，和在無心磨床10產(chǎn)生的受迫振動(dòng)。當(dāng)這些振動(dòng)在加工過程中引發(fā)時(shí)，預(yù)置的磨削條件略微改變以滿足振動(dòng)的周期，加工狀態(tài)周期性地變化。因此，數(shù)個(gè)槽2b形成并且圍繞軸2的外圓周2a配置。槽2b的數(shù)目取決于振動(dòng)頻率，槽2b的深度D取決于振幅。因此，通過輕松地調(diào)節(jié)磨削條件和控制震顫頻率能制造出有希望數(shù)目的槽2b的軸2。通過調(diào)節(jié)磨削條件和控制震顫幅度還能制造出有希望深度D的槽2b的軸2。更具體地是，具有不同數(shù)目的槽2b的軸2能通過改變磨輪11，調(diào)節(jié)輪12和刀13相對(duì)于坯料5的相對(duì)位置來制成。具有不同深度D的槽2b的軸2能通過改變支撐磨輪11的磨削軸的中心振動(dòng)范圍和表面特性(磨輪11的顆粒，磨輪的磨輪粘結(jié)劑的強(qiáng)度)來制成。
震顫頻率和幅度還取決于坯料5，刀13，支撐磨輪11和調(diào)節(jié)輪12的部件，和無心磨床10的特性頻率。因此，使得有可能在無心磨床10的適當(dāng)位置提供振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)來改變特性頻率，而不改變磨削條件。為控制震顫，還有可能通過用添加外振動(dòng)控制振動(dòng)引發(fā)自激振動(dòng)或受迫振動(dòng)，而不調(diào)節(jié)磨削條件。
換句話說，在本發(fā)明的軸2的制造方法中，具有圍繞外圓周2a配置的槽2b的軸2通過控制振動(dòng)來制造。由于外圓周2a和槽2b通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸2沿圓周被同樣地磨削，所以外圓周2a和槽2b的表面粗糙度被同樣地精加工，磨削形成的加工痕跡排列在圓周方向。由于磨輪11的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心18和坯料5的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心16配置成相互平行從一端到另一端完全接觸，所以形成在軸2的外圓周2a的槽2b與軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c平行。通過以一定水平控制振動(dòng)頻率和幅度，槽2b以相等間距配置在軸2的外圓周2a。另外，通過本實(shí)施方案的軸2的制造方法，槽2b在加工有希望的圓度和柱面性的坯料5的同時(shí)被制成。
通過相對(duì)于坯料5的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心16傾斜調(diào)節(jié)輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心17，坯料5在磨削的同時(shí)在沿圖5箭頭V所示的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心16的方向進(jìn)給。這就是所謂的貫穿進(jìn)給磨削。
貫穿進(jìn)給磨削的進(jìn)行是通過放置磨輪11與坯料5的總長度部分接觸，和設(shè)置磨削條件使震顫頻率成為一個(gè)值，而不繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸心16轉(zhuǎn)動(dòng)的坯料5的頻率的自然數(shù)倍數(shù)。在這些情況下，例如螺旋槽2s如圖7所示制成，其中在圍繞軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的相位沿轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心2c改變。
換句話說，圖2所示的軸2是通過把震顫頻率固定到自然數(shù)倍數(shù)沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c形成槽2b的實(shí)施例。當(dāng)震顫頻率被改變把某些自然數(shù)看作貫穿進(jìn)給磨削過程中的參考時(shí)，螺旋方向相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c改變到順時(shí)針和逆時(shí)針。換句話說，能制造出具有形成象圖8所示的擬人字波的槽2h的軸2。
通過在貫穿進(jìn)給磨削過程中產(chǎn)生(擺動(dòng))，控制或改變振動(dòng)，能制造出具有如圖9所示的部分連續(xù)的槽2p的軸2。
現(xiàn)在，說明用無心磨床10加工流體動(dòng)力軸承的軸2的一個(gè)實(shí)施例。作為加工和形成流體動(dòng)力軸承的軸2的坯料5，使用外徑約8mm的棒狀氧化鋁陶瓷。將中心高度H設(shè)定到0-15mm作為要改變的磨削條件，計(jì)算形成在軸2的外圓周2a的槽2b的數(shù)目。因此，在中心高度H的基礎(chǔ)上在沒有振動(dòng)的條件下(在精加工有希望的圓度和柱面性的軸2的條件下)，在中心高H比參考中心高H小2-10％的條件下形成3-21個(gè)槽2b，在中心高度H高于2-10％的條件下形成22-50個(gè)槽2b。
對(duì)于有不同數(shù)目的槽2b的軸2測試轉(zhuǎn)動(dòng)偏差和耐久性。偏差隨槽2b的數(shù)目增加變小。但是，由于根據(jù)軸2的直徑產(chǎn)生希望的流體動(dòng)力的槽2b的數(shù)目上有限制，所以如果槽2b的數(shù)目太多，反而容易引起轉(zhuǎn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)。對(duì)外直徑約為8mm的軸2進(jìn)行的該測試證明轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的偏轉(zhuǎn)在槽2b的數(shù)目為3-40時(shí)小于希望值。耐久性用轉(zhuǎn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)超過允許限度的預(yù)定值的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率評(píng)價(jià)。當(dāng)槽2b的數(shù)目增加時(shí)，耐久性降低。
磨輪11的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心18的偏轉(zhuǎn)通過五個(gè)槽形成為槽2b的一定中心高H的條件下施加外振動(dòng)來改變。當(dāng)磨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心18的偏轉(zhuǎn)增加時(shí)，槽的深度變深。當(dāng)偏轉(zhuǎn)減少時(shí)，深度變淺。
上述的加工及結(jié)果僅是作為實(shí)施例。因此，通過改變一個(gè)或幾個(gè)磨削條件產(chǎn)生有希望頻率和振幅的振動(dòng)就能容易地制造出具有所希望的槽的數(shù)目和深度的軸。磨削條件包括調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)輪的硬度，磨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，磨輪的粒度，磨輪粘結(jié)劑的硬度，磨輪的顆粒密度，刀的頂角，坯料中心高，對(duì)磨輪的中心高度角，對(duì)調(diào)節(jié)輪的中心高度角，調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心與坯料的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的傾角，和磨輪對(duì)坯料的切削深度。
還有其它裝置能實(shí)現(xiàn)制造有在外圓周2a形成的槽2b的軸2的制造方法，通過控制坯料5與除無心磨床10之外的加工工具之間的相對(duì)振動(dòng)。圖10示意性地示出了用外圓磨床20制造軸2的狀態(tài)。圖11示意性地示出用切削(cutting)磨床30制造軸2的狀態(tài)。在圖10中，外圓磨床20有一個(gè)磨輪21作為加工工具。在圖11中，切削磨床30有一個(gè)刀31作為加工工具。在任何一個(gè)機(jī)器中，坯料5由主軸22和頂尖軸23定心，并且被可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐。在外圓磨床20，軸2通過其中在坯料5和磨輪21之間產(chǎn)生震顫的情況來加工。在切削磨床30，軸2通過其中在坯料5和刀31之間產(chǎn)生震顫的情況來加工。因此，與無心磨床10類似，能制造出用于流體動(dòng)力軸承的軸，它有在和圍繞外圓周2a配置的槽2b，槽2b和外圓周2a的表面粗糙度相等，并且加工痕跡排列在圓周方向。
根據(jù)本實(shí)施方案的軸2的制造方法，通過控制在要加工成流體動(dòng)力軸承的軸2的棒狀坯料5與加工坯料5的加工工具之間的相對(duì)振動(dòng)，能同時(shí)進(jìn)行加工具有希望的圓度和柱面性的軸2的加工過程以及在和圍繞軸2的外圓周2a形成槽2b的加工過程，這些加工過程是制造具有在和圍繞著外圓周2a形成的槽2b的用于流體動(dòng)力軸承的軸2所必須的。本方法不需要精加工過程來去除在形成槽2b的過程中產(chǎn)生的毛刺。本方法使得能夠一次形成數(shù)個(gè)槽2b，而不管槽2b的數(shù)目多少。
本實(shí)施方案的軸2僅作為具有在外圓周2a形成的槽2b的用于流體動(dòng)力軸承的軸2的一個(gè)例子，槽2b的數(shù)目并沒有被限制在此。還可使用水，油或粘滯阻力小于水的有機(jī)溶劑，其它氣體，如空氣和惰性氣體，作為填充本實(shí)施方案所示的流體動(dòng)力軸承裝置1的軸承3和軸2之間的縫隙4的流體。
現(xiàn)在，參考圖2至圖17說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的流體動(dòng)力軸承裝置1。對(duì)于與第一實(shí)施方案的流體動(dòng)力軸承裝置1中的那些部件有相同功能的部件使用相同的參考編號(hào)并且省略對(duì)其的說明。如圖12所示，流體動(dòng)力軸承裝置1有一個(gè)軸2和一個(gè)軸承3。軸2有外圓周2a，帶有大于3小于15的奇數(shù)個(gè)槽2b，在如圖13所示本實(shí)施方案中個(gè)數(shù)為5，有以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱在和圍繞著圓周形成。具體地，由于槽通過形成奇數(shù)個(gè)槽2b沒有配置在直徑方向的兩側(cè)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c的偏轉(zhuǎn)能被減到最小。每個(gè)槽2b在穿過與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c垂直的平面方向從軸2的一端2e連續(xù)延伸到另一端2f。
在這種情況下，希望槽2b以相等間距轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱地配置，并且平行延伸，使通過軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的流體動(dòng)力的分布沿軸2的外圓周周期性地改變。圖14示出軸2的外圓周2a輪廓。該輪廓在與外圓周2a接觸的外接圓展成一條直線的狀態(tài)下示出。在圖14所示的輪廓，在以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c為中心的徑向方向上的變化量是連續(xù)的。輪廓示出半徑沿軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向平滑連續(xù)地改變的形狀。
軸2外圓周的形狀(外圓周2a的輪廓)將更具體表示。如圖14所示，當(dāng)與圓周的形狀接觸的平均圓展成一條直線時(shí)，軸2的圓周形狀的輪廓f(θ)由下列多項(xiàng)式表示f(θ)=Σn=1∞Kn2sin(nθ)]]>其中，θ是對(duì)軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c的方位角(圖13和14)。
在這種情況下，應(yīng)該滿足下列條件0.1≤Kn2≤100[μm]]]>0≤Kn+1≤Kn2[μm]]]>D＝f(θ)MAX-f(θ)MIN在本實(shí)施方案中，槽2b的深度D(在以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的徑向方向上的變化量)示出比圖13以及其它圖中的實(shí)際深度要大，從而清楚地說明槽2b的形狀和位置。例如，當(dāng)空氣被用作流體動(dòng)力軸承裝置1的工作流體時(shí)，軸2的直徑(最大直徑)約為10mm，圖13中所示的槽2b的深度D在0.1-100μm。
軸承3有比外接軸2的外圓周2a的柱面大的內(nèi)圓周3a。有足夠尺寸來形成流體(在本實(shí)施方案中為空氣)薄膜的縫隙4形成在軸承3的內(nèi)圓周3a和軸2的外圓周2a之間。
在按上述制造的流體動(dòng)力軸承裝置1中，槽2b的截面形狀對(duì)圓周對(duì)稱。因此，當(dāng)軸2和軸承3相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)特性在任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上相同。因此，作用在轉(zhuǎn)動(dòng)開始和停止的負(fù)荷扭矩相同，軸2的外圓周2a和3的內(nèi)圓周3a在轉(zhuǎn)動(dòng)開始和停止時(shí)相互接觸，內(nèi)和外圓周的摩擦情況相同。因此，流體動(dòng)力軸承裝置1的耐久性在任何轉(zhuǎn)動(dòng)方向上沒有不同。根據(jù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)所需的時(shí)間和提供穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，流體動(dòng)力軸承的性能在任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上相同。
由于沿著外圓周2a圓周的輪廓是平滑連續(xù)的，因此在槽2b的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的上行部分在流體流中很難引發(fā)紊流，軸2的外圓周2a與軸承單元3的內(nèi)圓周3a之間的距離在此擴(kuò)大(具體地，部分A，當(dāng)軸2以圖13的箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí))。
軸2由圖5所示的第一實(shí)施方案的無心磨床10貫穿進(jìn)給磨削的。因此，軸2的外圓周2a的表面粗糙度是一樣的，并且加工痕跡排列在圓周方向。本說明中提到的加工痕跡是指由切削加工形成的明顯條紋。當(dāng)流體動(dòng)力軸承裝置1的軸2相對(duì)于軸承3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在軸2的外圓周2a和槽2b與軸承3的內(nèi)圓周3a之間的流體沿加工痕跡流動(dòng)。因此，在軸2和軸承3之間很難引發(fā)紊流，在下行側(cè)很難引發(fā)流體流的分離。因而，相對(duì)于軸2和軸承3的相對(duì)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心2c在從轉(zhuǎn)速慢的低頻范圍到轉(zhuǎn)速快的高頻范圍的很大范圍內(nèi)易于穩(wěn)定。
為了降低重量，軸2和軸承3中的至少一個(gè)是由氧化鋁、氮化硅、氧化鋯、氮化鋁、滲碳鋼、彈簧鋼、合金工具鋼、馬氏體時(shí)效鋼、鈦合金、鋁、不銹鋼制造，或者用通過用電鍍或噴涂涂覆些材料的基底金屬制造的材料中的至少一種來制造的。
優(yōu)選將這些材料應(yīng)用到至少是轉(zhuǎn)動(dòng)件，特別是有利于流體動(dòng)力軸承裝置1的加速和減速的元件。合金工具鋼是一種與按日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分類的SKD和SKS合金工具鋼材料相對(duì)應(yīng)的材料。
我們已做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來選擇適當(dāng)?shù)姆秶?，假設(shè)槽2b的深度D的平均尺寸為DAVE，外接外圓周2a的柱面的直徑(以下稱為外徑)為Φ，柱面和內(nèi)圓周31之間直徑間隙的平均尺寸為C。結(jié)果如圖15到圖17所示。
在該實(shí)驗(yàn)中，軸2是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件，軸承3是一個(gè)固定件。用于本實(shí)驗(yàn)的軸2外徑Φ為8mm，槽的數(shù)目n為5。使用的兩或多個(gè)軸承3有約5μm的平均尺寸C在軸2的外徑Φ和內(nèi)圓周3a的直徑(以下稱內(nèi)徑)之間。對(duì)于每種情況，在24000rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率測量流體動(dòng)力。在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率增加到24000rpm后，停止供應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，然后在軸2減速并與軸承3接觸時(shí)測量接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。
如圖15所示，當(dāng)間隙C變小時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心略微偏轉(zhuǎn)，軸2與軸承3接觸，并且接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率增加。當(dāng)間隙C增加到一定值以上時(shí)，軸2和軸承3之間的流體動(dòng)力減小，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心可能偏轉(zhuǎn)，并且接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率增加。
槽2b的深度D用tanξ2nD/πΦ表示，其中tanξ是外圓周2a的徑向方向上的變化率，Φ是軸2的外徑，和n是槽的數(shù)目。在槽2b在其變淺的下行部分B，當(dāng)tanξ值增加時(shí)，軸2和軸承3之間的壓力增加。在槽2b在其在變深方向變化的上行部分A，當(dāng)tanξ值增加時(shí)，軸2和軸承3之間的壓力減小。另外，在上行部分A，當(dāng)tanξ值超過某些值時(shí)，在軸2和軸承3之間的流體流中引發(fā)紊流，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心周圍的壓力分布變得不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心偏轉(zhuǎn)，和軸2變得容易與軸承3接觸。因此，接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率在變化率tanξ從零增加時(shí)減小，圖16所示，在某些值達(dá)到最小，然后逐漸增加。
因此，接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，通過在軸2和軸承3之間產(chǎn)生的流體動(dòng)力的分布作為軸2的穩(wěn)定性的指數(shù)，用間隙C和變化率tanξ來表示，或者用把槽2b的平均深度DAVE看作一個(gè)變量的函數(shù)來表示。
平均深度DAVE和間隙C設(shè)定到{DAVE+(C/2)}/Φ，接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率被繪出，如圖17所示。它示出當(dāng)有關(guān)系式{DAVE+(C/2)}/Φ≤7.5×10-4時(shí)，接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率減小到小于3000rpm。作為實(shí)驗(yàn)的一個(gè)結(jié)果，該關(guān)系式在100-100000rpm的軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍內(nèi)成立。
鑒于安裝軸和軸承的精度限制，實(shí)際制造范圍內(nèi)平均深度DAVE和間隙C的限制在0.1μm的亞微米級(jí)。鑒于存在于軸和軸承之間的軸支撐介質(zhì)的量的減小，可轉(zhuǎn)換為流體動(dòng)力的能量量在間隙C非常小的范圍內(nèi)極度減小。類似地，即使平均深度DAVE增加而間隙C很小時(shí)，間隙方向的流速級(jí)別增加，并且沒有有效地產(chǎn)生流體動(dòng)力。因此，如圖18所示，作為軸支承力的軸承剛性僅能取某些值，例如，即使{DAVE+(C/2)}/Φ成為小于0.25。
如果軸承剛性為常量，軸和軸承之間的接觸狀態(tài)僅與間隙的值有關(guān)系。在靜態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，可由不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)體引起的某些渦流被引發(fā)。如果間隙比渦流小，軸和軸承相互接觸。結(jié)果，在{DAVE+(C/2)}/Φ是小的范圍內(nèi)，接觸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率大概會(huì)增加。
間隙C的上和下限由圖15設(shè)定。基于間隙C的上和下限，槽2b的深度D的上和下限從圖16確定?；谏疃菵和圖16，與軸2的外徑Φ相對(duì)應(yīng)的槽2b的個(gè)數(shù)n被確定。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于流體動(dòng)力軸承的軸，槽在和圍繞外圓周配置，槽和外圓周的表面粗糙度相同，加工痕跡排列在圓周方向。因此，當(dāng)該軸用于流體動(dòng)力軸承裝置時(shí)，軸相對(duì)于流體動(dòng)力軸承裝置的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，軸和軸承之間產(chǎn)生的流體流沿加工痕跡前進(jìn)，紊流很難引發(fā)。流體動(dòng)力軸承裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心易于穩(wěn)定，并且轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的偏轉(zhuǎn)在流體動(dòng)力軸承裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為高(轉(zhuǎn)速快)的狀態(tài)下能減到最小。本發(fā)明的有該軸的流體動(dòng)力軸承裝置提供與上述相同的效果。
在本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承裝置的軸中，由于槽在至少一部分軸上連續(xù)形成，軸通過流體的流體動(dòng)力在很大范圍內(nèi)沿著軸的中心被保持，并且轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心易于穩(wěn)定。對(duì)于具有在外圍方向以相等間距配置的槽的軸，在空間中作用到軸承內(nèi)圓周的流體動(dòng)力能同樣地被作用于軸上。對(duì)于具有平行于軸的中心形成的槽的軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的外圍偏轉(zhuǎn)能被控制到很小。對(duì)于具有的槽其在以軸為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的相位沿軸的中心變化的軸，在空間中作用到軸承的流體動(dòng)力在軸的中心方向是均勻的，并且轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的總偏轉(zhuǎn)能被控制到很小。對(duì)于具有的槽被制成使外圓周在沿圓周在徑向方向上平滑和周期性地變化的軸，外圓周和槽是平滑連續(xù)的，在從外圓周到槽的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的下行側(cè)在流體流中很難引發(fā)紊流，軸和軸承之間的縫隙在此擴(kuò)大，并且流體流的分離很難由槽中的流體流引起。因此，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心在從快到慢的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)易于穩(wěn)定。
在本發(fā)明的軸的制造方法中，通過控制在要加工成流體動(dòng)力軸承裝置的軸的坯料與加工坯料外圓周的加工工具之間的產(chǎn)生的振動(dòng)，流體動(dòng)力軸承裝置的軸有在和圍繞著外圓周形成的槽。因此，能同時(shí)進(jìn)行加工具有希望圓度和柱面性的軸的步驟，在軸的外圓周上形成槽的步驟，以及去除在形成槽的過程中產(chǎn)生的毛刺的精加工步驟。由于能同時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)上分開的步驟，所以能降低加工成本。另外，由于數(shù)個(gè)槽能一次形成，而不管槽的數(shù)目多少，所以加工成本并沒有增加。
在根據(jù)本發(fā)明的流體動(dòng)力軸承裝置的軸，高壓區(qū)產(chǎn)生在從槽到外圓周上的部分，半徑在此增大，低壓區(qū)產(chǎn)生在從外圓周到槽的部分，半徑在此減小。也就是說，流體動(dòng)力在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生，高壓區(qū)和低壓區(qū)在軸的外圓周在固定位置交替出現(xiàn)。軸在軸的外圍方向有意地產(chǎn)生壓力分布，由此控制半渦流。
由于借助徑向方向上變化量的放大被展成在直線上的沿外圍方向的輪廓形成在徑向方向上逐漸地周期性地變化，因此在從外圓周到槽的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的下行側(cè)在流體流中很難產(chǎn)生紊流。另外，由于槽從軸的一端到另一端在穿過與轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直的平面的方向連續(xù)地形成，因此沒有引發(fā)紊流和軸中分離層的因素。
因此，在本發(fā)明的具有軸的流體動(dòng)力軸承裝置的結(jié)構(gòu)中，在軸和軸承之間產(chǎn)生的流體動(dòng)力分別在轉(zhuǎn)速慢和高的低到高的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍內(nèi)易于穩(wěn)定。
也就是說，由于流體動(dòng)力軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心穩(wěn)定，和在軸和軸承之間在接觸開始的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率減小，因此減小了在流體動(dòng)力軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)開始和停止在軸和軸承之間發(fā)生的碰撞次數(shù)的數(shù)目，并且改進(jìn)了流體動(dòng)力軸承的耐久性。
權(quán)利要求
1.一種用于流體動(dòng)力軸承的軸，有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
2.如權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述的數(shù)個(gè)槽在所述軸的至少一部分連續(xù)形成。
3.如權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述的數(shù)個(gè)槽以相等間距在和圍繞圓周配置。
4.如權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述的數(shù)個(gè)槽制造成與所述軸的中心平行。
5.如權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述的數(shù)個(gè)槽制造成使以所述軸為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的相位沿所述軸的中心變化。
6.如權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述的數(shù)個(gè)槽制造成使所述外圓周沿圓周在徑向方向變化到正弦波。
7.一種流體動(dòng)力軸承裝置，其特征在于該裝置包括軸，有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向；和軸承，有圍繞所述軸的外圓周的圓柱形內(nèi)圓周。
8.一種軸的制造方法，通過控制在要加工成所述軸的棒狀坯料與加工所述坯料外圓周的工具之間的相對(duì)振動(dòng)，制造出用于流體動(dòng)力軸承的軸，該軸有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
9.一種軸的制造方法，通過控制在要加工成所述軸的棒狀坯料與加工所述坯料外圓周的工具之間產(chǎn)生的自激振動(dòng)，制造出用于流體動(dòng)力軸承的軸，該軸有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
10.一種軸的制造方法，通過控制在一個(gè)有加工要加工成所述軸的棒狀坯料外圓周的工具的機(jī)器中產(chǎn)生的受迫振動(dòng)，制成用于流體動(dòng)力軸承的軸，該軸有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
11.一種軸的制造方法，通過在加工過程中用自激振動(dòng)來振動(dòng)坯料，制成數(shù)個(gè)槽，配置在和圍繞著要由無心磨床加工成用于流體動(dòng)力軸承的軸的棒狀壞料的外圓周。
12.如權(quán)利要求11所述的軸的制造方法，其特征在于所述的數(shù)個(gè)槽以相等間距在和圍繞所述外圓周配置，并且平滑地延續(xù)地到所述外圓周。
13.如權(quán)利要求11所述的軸的制造方法，其特征在于所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸通過改變無心磨床磨削條件中的至少一個(gè)被制成在所述槽的數(shù)目和深度中的至少一個(gè)不同，所述的磨削條件是調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)輪的硬度，磨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，磨輪的粒度，磨輪粘結(jié)劑的硬度，磨輪的顆粒密度，刀的頂角，坯料的中心高，對(duì)磨輪的中心高度角，對(duì)調(diào)節(jié)輪的中心高度角，調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心對(duì)坯料的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的傾角，和磨輪對(duì)坯料的切削深度。
14.如權(quán)利要求13所述的軸的制造方法，其特征在于無心磨床的調(diào)節(jié)輪和磨輪中的至少一個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率在加工過程中被改變。
15.如權(quán)利要求13所述的軸的制造方法，其特征在于無心磨床磨削條件的所述坯料的中心高在加工過程中被改變。
16.一種軸的制造方法，通過相對(duì)于坯料強(qiáng)行振動(dòng)無心磨床磨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，制成數(shù)個(gè)在和圍繞著要加工成用于流體動(dòng)力軸承的軸的棒狀坯料的外圓周配置的槽。
17.一種軸的制造方法，通過在要加工成軸的棒狀坯料和有磨削坯料外圓周的磨輪的外圓磨床之間產(chǎn)生震顫，制成用于流體動(dòng)力軸承的軸，所述軸有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
18.一種軸的制造方法，通過在要加工成軸的棒狀坯料和有切削坯料外圓周的刀的切削磨床之間產(chǎn)生震顫，制成用于流體動(dòng)力軸承的軸，所述軸有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周配置的槽，所述槽和外圓周的表面有相同的粗糙度，和表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
19.如權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述軸的外接圓的直徑Φ在1-50mm的范圍。
20.一種用于流體動(dòng)力軸承的軸，所述軸在外圓周上有數(shù)個(gè)槽，當(dāng)相對(duì)于外插在以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的所述軸上的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生流體動(dòng)力，其特征在于，所述槽在外圓周上在沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的方向延伸一定長度，所述軸的半徑沿圓周逐漸變化，和所述槽的深度D，作為半徑的最大值和最小值之間的尺寸差，在0.1-100μm的范圍。
21.如權(quán)利要求20所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于，假設(shè)外接輪廓的平均圓展成一條直線，沿垂直穿過轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的方向的外圓周的輪廓f(θ)用下式表示f(θ)=Σn=1∞Kn2sin(nθ)]]>其中θ為方位角，并且滿足下列條件0.1≤Kn2≤100---[μm]]]>0<Kn+1≤Kn2---[μm]]]>D＝f(θ)MAX-f(θ)MIN。
22.一種用于流體動(dòng)力軸承的軸，其中，沿圓周的外形具有奇數(shù)個(gè)槽，在穿過與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心垂直的平面方向從一端到另一端連續(xù)延伸，配置成以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱；和被展成擴(kuò)大在以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的徑向方向上的變化量的沿圓周的輪廓制成象正弦波。
23.如權(quán)利要求20-22所述的用于流體動(dòng)力軸承的軸，其特征在于所述槽的數(shù)目是從3到15中選取的一個(gè)奇數(shù)。
24.一種流體動(dòng)力軸承裝置，有一個(gè)軸和一個(gè)外插在所述軸上的軸承，其特征在于，所述軸在外圓周有數(shù)個(gè)槽；所述槽在相對(duì)于以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為中心的所述軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生流體動(dòng)力；所述槽在外圓周上在沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的方向上延伸一定長度；所述軸的半徑沿圓周逐漸變化；和所述槽的深度D，作為半徑的最大值和最小值之間的尺寸差，在0.1-100μm的范圍。
25.如權(quán)利要求24所述的流體動(dòng)力軸承裝置，其特征在于所述軸承是固定的，所述軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的。
26.如權(quán)利要求24所述的流體動(dòng)力軸承裝置，其特征在于外接所述軸的柱面的直徑，作為從所述柱面到外圓周在徑向方向上最大尺寸的平均值的平均深度，以及所述軸承的內(nèi)圓周和所述柱面之間直徑間隙的平均尺寸有下述關(guān)系，假設(shè)直徑為Φ，平均深度為DAVE，直徑間隙的平均尺寸為C，則{DAVE+(C/2)}/Φ≤7.5×10-4。
27.如權(quán)利要求24所述的流體動(dòng)力軸承裝置，其特征在于所述軸和軸承中的至少一個(gè)是用氧化鋁、氮化硅、氧化鋯、氮化鋁、滲碳鋼、彈簧鋼、合金工具鋼、馬氏體時(shí)效鋼、鈦合金、鋁、不銹鋼制造，或者用通過用電鍍或噴涂涂覆這些材料的基底金屬制造的材料中的至少一種來制造。
全文摘要
一種用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸2的制造方法，通過控制要加工成用于流體動(dòng)力軸承的軸2的棒狀坯料5與磨削坯料5的外圓周5a的磨輪(加工工具)11的相對(duì)振動(dòng)，制造出軸2，它有數(shù)個(gè)在和圍繞外圓周2a配置的槽2b，槽2b和外圓周2a的表面有相同的粗糙度，并且表面上的加工痕跡排列在圓周方向。
文檔編號(hào)F16C33/10GK1697937SQ20048000010
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月4日
發(fā)明者古田英次郎, 香山賢治, 增田享哉 申請(qǐng)人:日本發(fā)條株式會(huì)社