防止半球变形的半球支承装置

摘要

一种半球支承装置,其中的半球轴承可同时支承轴向载荷和径向载荷,在半球的中部有一轴的插孔,当轴压入该插孔中时,该装置能防止半球发生变形,其包括:在隔离套筒两边压入一固定轴上并彼此相对的一对半球,远离隔离套筒处有一第一截面,与隔离套筒接触处有一第二截面;在第一截面上围绕固定轴预定距离处形成有防止半球变形的第一防变形部;在第二截面上围绕固定轴预定距离处形成有防止半球变形的第二防变形部。

说明书

本发明涉及半球支承装置，特别是这样一种半球支承装置，当转轴推入开在半球轴承中心处的转轴插入孔时，半球不会发生变形，该半球轴承既可支承推力载荷，同时又能支承径向载荷。

近年来，随着计算机产业的发展，在查询、存贮和读取数据时，要求转轴精度高，无窜动和振动，以及对许多设备中的电机的高速转动性能提出了要求，这些电机有：激光打印机中的多棱镜驱动电机、硬盘驱动器主轴电机以及录像机的磁头驱动电机等等，这已经成为一种趋势。目前，通过减轻转轴的窜动和振动而可使转轴高速稳定旋转的电机以及多种可使驱动电机的转轴旋转的流体动压支承装置已被研制成功。

这种流体动压支承装置开有一动压槽，用于支承轴向载荷。还开有另一动压槽，用于支承和轴向垂直的径向载荷。然而，最近研制的半球支承装置中，只开有一动压槽，它既可支承轴向载荷，也可支承径向载荷。

下面对普通半球支承装置进行说明。

在普通半球支承装置中，表面彼此正对的一对半球和一固定轴为过盈配合。这对半球的表面上开有预定深度的螺旋形动压槽。半球贴装在圆柱形轴套上挖出的半球形槽内，轴套旋转时，由于半球的动压槽产生动压，轴套不和半球发生接触。

为使半球表面和轴套的半球形槽之间保持几个μm的间隙，在半球之间准确地设置一隔离套筒。电机安装在轴套的外表面上。电机旋转时，在动压槽产生的流体压力作用下，半球和轴套旋转时，半球的表面和半球形槽彼此不会发生接触。

但是，上述普通半球支承装置存在许多问题。

如果半球与转轴的装配位置发生变化，则半球的表面和轴套的半球形槽的间隙也发生变化，从而大大地降低了支承性能，因此要将半球和转轴过盈配合在一起。在上述情形下，由于半球上的轴孔直径小于转轴，半球和转轴为过盈配合，故会产生内部应力而使高精度的半球(球面度为0.05μm)产生变形。如图1所示，半球的表面30c、30d变形后，半球30、35和半球形槽30a、30b之间的间隙变得不均匀，半球和半球形槽之间的流体压力分布不均匀会导致转动性能变差。另外，由于半球和半球形表面局部接触，会使半球受磨损，从而降低了半球轴承的寿命。

本发明旨在提供一可防止半球变形的半球支承装置，它可明显地克服因现有技术的局限性和不足而产生的这样那样的问题。

本发明的一个目的是提供一种可防止半球变形的半球支承装置，其中用于吸收应力的防变形部分和半球上的转轴插入孔隔开一预定距离，以便当半球和转轴过盈配合时防止发生变形。

下面的描述中给出了本发明的其它特征和优点。从描述中或通过实施本发明可了解部分特征和优点。利用说明书、权利要求及附图所特别指出的具体结构，可以实现上述目的和其它优点。

为实现上述和其它优点，按照本发明的目的，概括地说，本发明的用于防止半球变形的半球支承装置包括：一固定转轴；本固定转轴上插入的一隔离套筒；一对半球，它们和固定转轴装配在一起并在隔离套筒旁彼此面对，半球具有第一和第二截面，第一截面远离隔离套筒，第二截面则和隔离套筒相接触；以及第一防变形部，它形成在第一截面上，并和固定转轴离开某一预定距离，用于防止半球变形。

另一方面，为防止半球变形，在第二截面上和固定转轴相距某一预定距离处形成第二防变形部。在本发明的优选实施例中，第一防变形部包括开在第一截面上的第一环形槽，它具有第一深度和第一宽度。

第二防变形部包括开在第二截面上的第二环形槽，它具有第二深度和第二宽度。形成第二环形槽是为了安装固定轴。第一环形槽和第二环形槽的深度之和等于半球的高度。第一槽和第二槽彼此不连通，因而第一槽和固定转轴的距离要大于第二槽和固定转轴的距离。第二深度随第一深度而定，并和半球的高度相对应。

可以理解，上面的概略描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，目的是对由权利要求书限定的本发明作进一步解释。

附图作为说明书的组成部分，示出了本发明的实施例，这有助于理解本发明，并和说明书一起用于对本发明的原理进行描述。附图中：

图1为一剖面图，示出的是当一对半球和固定转轴为过盈配合时半球发生变形的情况；

图2为一剖面图，示出的是用在激光扫描装置上的本发明的半球支承装置；

图3为一剖面图，示出的是采取过盈配合的具有防变形部和固定转轴的本发明的半球。

下面对由附图示出的本发明的实施例进行详细描述。

图2为一剖面图，示出的是用在激光打印机的多棱镜驱动装置上的本发明的半球支承装置。

激光打印机的多棱镜驱动装置包括：用于将激光束反射到光敏鼓(未示)上的多棱镜10；半球支承装置20，30，35和40，用于使多棱镜10以最小的摩擦高速旋转；旋转电机50，55，它和半球支承装置一起用于产生旋转；以及一下部壳体，用以安装上述各组成部件。

多棱镜10上开有一预定大小直径的通孔，多棱镜10的通孔中插入一芯毂60。芯毂60装在具有不同直径的空心圆柱60a，60b中和多棱镜10的通孔配合，直径较大的圆柱60a上开有一预定大小直径和深度的凹槽60c。

多棱镜10装入直径较小的圆柱60a之后，它位于大直径圆柱60b和小直径圆柱60a接合处的突出部，然后利用一板簧15使多棱镜10固定在该突出部上。

另外，轴套40和芯毂60的直径较大的圆柱60b上的凹槽60c为过盈配合。轴套40呈圆柱形，它具有预定高度。轴套40的直径也大于芯毂60的凹槽60c，从而轴套40和凹槽60c进行过盈配合。而且，在轴套40两端的中心部开出一使两端中心互连的通孔，通孔的直径大于转轴20的直径，转轴固定在下部壳体70上。

半球30，35的半球表面处于形成有通孔的轴套40的两端，从而两半球彼此面对。在轴套40上挖出两个半球形状的槽30a，30b。

由于轴套40上的半球形槽30a，30b的形状和压装到转轴20上的半球30，35的形状相同，故半球30，35可和轴套40上的半球形槽30a，30b紧密地贴合在一起。此时，在轴套40和半球30，35之间建立起流体压力。因此，旋转时，轴套40的半球形槽30a，30b将和半球30，35接触，这有损于流体轴承的功能。

因此，必须在轴套40和半球30，35之间形成预定间隙。将一预定高度的隔离套筒40a装在转轴20上。半球30，35的半球表面分别装在隔离套筒40a的两端并彼此面对。

转子50安装在轴套40的外表面上，定子55安装在下部壳体70上，并和转子隔开一距离。

图3为一剖面图，示出的是采取过盈配合的具有防变形部和固定转轴的本发明的半球。

将一预定直径的球一分为二而成为两个半球30，35。通过将半球30，35的表面比如用研磨工艺进行抛光而使之具有预定的球面度。然后，再用其它工艺进行处理，以便当半球30，35压装到转轴20上时其球面度的精度不会发生改变。

此外，将球一分为二可使半球30，35形成第一截面80，自半球顶部切去高度为t的一部分形成第二截面85并和隔离套筒40a相接。

当第二截面85和隔离套筒40a相接时，半球30，35上形成的通孔可供转轴20插入。在半球30，35的表面上形成预定深度为几个微米的螺旋形动压槽(未示出)。

假设转轴20的直径为D，半球30，35的高度为B，第一截面80的直径为L，在和第一截面80的通孔表面相距为n的部位形成宽度为m的第一环形槽，亦即第一半球防变形部100，其从第一截面80开始的深度为r。C部分由半球的第一防变形部100确定，此部分为半球固定部分，它将半球30，35大致固定住。

和第一截面80一样，在半球30，35的第二截面85上也开有一通孔以使转轴20插入。由于半球的第一防变形部100未伸到第二截面85，在半球30，35的未形成第一防变形部100的部位将发生变形。(若第一防变形部100伸至第二截面85，则固定部分C将自半球上脱离。)

为此，在第二截面85上镗出一个直径比转轴20大的通孔，开出的预定深度的半球第二防变形部110不和第一防变形部100重叠。这里通孔的直径P大于转轴的直径D。和第一防变形部一样，也可将第二防变形部110做成第二环形槽(未示)。

换言之，通孔的直径不大于n，半球第二防变形部的深度q等于半球30，35的整个垂直高度B减去第一防变形部的深度r，可表示为

                       r+q＝B

由此等式可见，第一防变形部100的第一槽的底部和第二防变形部110的顶部沿水平方向是等齐的，因而半球30，35和转轴20由半球固定部分C紧紧地装配在一起。

在如上所述的本发明半球支承装置中，半球30，35通过第一截面80上的通孔和直径较第二防变形部小但比通孔的直径大的转轴20相配合。此时，由于转轴20的直径比通孔直径大，半球固定部分C会产生应力。这样半球的变形量等于因应力产生的应变。

由于可吸收应力的半球的第一防变形部100位于转轴20周围的半球固定部分的外侧，该固定部分所产生的应变不会波及半球表面。

若半球30，35继续和转轴20过盈配合，转轴20将伸到第二防变形部110。此时，由于第二防变形部110的直径大于转轴20的直径，半球30，35和转轴20的过盈配合不会影响半球30，35的球面度，因此可以防止半球30，35发生变形，进而避免了因半球变形而带来的流体压力分布不均匀。

本领域的技术人员可以清楚地看出，在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下，可以对本发明的半球支承装置作出多种改进和变形。半球和转轴过盈配合时，为防止半球发生变形，可用本发明的方式使半球的第二防变形部的直径大于转轴的直径。此外，第二防变形部可由第二环形槽形成，该环形槽距与转轴过盈配合的通孔的内侧表面为某一预定距离。因此，本发明旨在覆盖这些改进和变形，只要它们落入所附权利要求限定的范围或是它们的等同结构即可。