节流比实时可调平面矩形环缝隙节流器的制作方法

本发明涉及液体静压支承用的节流器领域，尤其涉及用于超精密机床中恒压式液体静压支承用的节流比实时可调平面矩形环缝隙节流器。

背景技术：

液体静压支承因具有高运动精度、低摩擦阻力、高服役寿命以及良好的抗振性能等优点，在超精密机床和超精密测量仪器中都有着广泛的应用。

节流器是恒压供油液体静压支承系统中不可或缺的关键元件，它能够自动调节油腔压力，使恒压供油静压支承系统具有相应的油膜承载力和油膜刚度。固定节流器作为一种常见的节流器，具有特定的功能和应用场合，比如，毛细管类固定节流器在中小型精密机床或载荷变化不大的大型机床有着重要的应用，小孔固定节流器主要应用在速度较高的中小型精密机床。然而，这些固定节流器虽然结构简单，但是节流比不可调整，严重影响了固定节流器方式下液体静压支承系统的调试效率。

中国专利CN201310190449(柱面环形缝隙节流比可调节流器)和中国专利CN201310190936(锥面环形缝隙节流比可调节流器)实现了固定节流器内部液阻和节流比的调整功能，整个静压支承系统可使用单一尺寸形式的节流器，不需要更换不同尺寸的固定节流器来调试静压支承系统，尽管如此，调整此种节流器的节流比时，必须首先关闭供油系统，再进行调整，再开启供油系统，再调整，直至达到预设效果。中国专利CN201611223543(节流比连续可调平面缝隙节流器)进一步提升了固定节流器方式下液体静压支承系统的调试效率，实现了无需关闭供油系统即可调整节流比的功能，然而，该节流器通过改变平面缝隙的面积来改变节流比，节流方式较单一，并且该节流器设计状态的内部液阻等相关计算公式不易推导得到，此外，构件数量也较多，单一构件的结构也较复杂，使用操作时还需要先后调整防松螺母等。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供节流比实时可调平面矩形环缝隙节流器，具有构件数量简少，单一构件结构特征简单，使用操作简易，布局更加紧凑，不易堵塞等特点，并且整个液体静压支承系统可使用单一尺寸形式的节流器，不需要关闭供油系统，可以实时调整节流器的内部液阻和节流比，大大提高固定节流器方式下液体静压支承系统的调试效率，具有重要的工程应用价值。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

节流比实时可调平面矩形环缝隙节流器，包括上阀体、下阀体和阀芯；所述上阀体和下阀体之间密封装配连接；

所述上阀体开设有进油孔、出油孔、节流器腔室和矩形环凸台，节流器腔室设于上阀体的内部中央且下端面开口，进油孔设于上阀体的侧面且与节流器腔室连通，矩形环凸台朝下设于节流器腔室的顶部中央，出油孔开设于矩形环凸台的顶部中央；

所述下阀体从上至下开设有密封孔和进给孔，进给孔、密封孔和节流器腔室为同轴心的阶梯孔；

所述阀芯装设于上阀体和下阀体装配形成的阀芯腔室内，阀芯腔室为节流器腔室、密封孔和进给孔共同构成的腔室；所述阀芯为阶梯轴结构，阀芯包括从上到下依次设置的节流段、密封段和进给段；节流段的顶端面大于矩形环凸台的底端面，以使节流段与矩形环凸台对应配合形成平面矩形环缝隙，密封段和进给段分别对应下阀体的密封孔和进给孔。

所述节流段的直径r1、密封段的直径r2和进给段的直径r3依次减小；下阀体密封孔的直径大于进给孔的直径。

所述进给孔的内壁开设有内螺纹，进给段开设有与进给孔内螺纹匹配啮合的外螺纹。

所述下阀体的上端面开设有O型圈槽，O型圈槽位于密封孔的外周且O型圈槽内安装有O型圈。

所述密封段的外壁开设有环状的矩形沟槽，矩形沟槽设有至少一条；矩形沟槽内安装有密封圈。

所述上阀体的下端开设有螺钉孔，下阀体的上端开设有与所述螺钉孔一一对应的沉头通孔，以使沉头内六角螺栓连接上阀体和下阀体。

所述进给段的下端部开设有内六角螺丝头结构，以通过内六角螺丝头结构调节阀芯的轴向位置。

所述上阀体进油孔的进油端和出油孔的出油端的内壁设有螺纹。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明不需要关闭供油系统就可以通过调整阀芯在阀芯腔室内的轴向位置从而实时调整节流器的内部液阻和节流比，大大提高固定节流器方式下液体静压支承系统的调试效率，具有重要的工程应用价值。

2、本发明将上阀体、下阀体和阀芯匹配组装，单一构件结构特征简单，而且使得构件数量简少，布局更加紧凑，使用操作简易，不易堵塞。

3、本发明采用单一尺寸形式的平面矩形环缝隙节流器就可以满足整个液体静压支承系统的需求。

4、本发明的平面矩形环缝隙为规则形状，相应设计状态时的液阻计算公式容易给出，为合理设计提供理论依据。

5、本发明稳定性好、可靠性高，当调整好预设的节流比后，基于自生的螺纹预紧力，阀芯在节流器内部的相对位置稳定，内部液阻和节流比也稳定不变。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为上阀体的结构示意图；

图4为下阀体的结构示意图；

图5为下阀体的剖视示意图；

图6为阀芯的结构示意图；

图7为本发明的整体剖视示意图；

图8为本发明液阻图；

图9为配有本发明的四油腔开式工作台无载荷水平位置示意图；

图10为配有本发明的四油腔开式工作台有载荷非水平位置示意图；

图11为配有本发明的四油腔开式工作台有载荷水平位置示意图。

附图标记：1上阀体，2下阀体，3阀芯，4沉头内六角螺栓，1-1进油孔，1-2出油孔，1-3节流器腔室，1-4矩形环凸台，1-5螺钉孔，2-1密封孔，2-2进给孔，2-3O型圈槽，2-4沉头通孔，3-1节流段，3-2密封段，3-3进给段，3-4内六角螺丝头结构，3-5矩形沟槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1～7所示，本发明包括上阀体1、下阀体2和阀芯3；所述上阀体1和下阀体2之间密封装配连接。

如图2～3和图7所示，所述上阀体1开设有进油孔1-1、出油孔1-2、节流器腔室1-3和矩形环凸台1-4，节流器腔室1-3设于上阀体1的内部中央且下端面开口，进油孔1-1设于上阀体1的侧面且与节流器腔室1-3连通，矩形环凸台1-4朝下设于节流器腔室1-3的顶部中央，出油孔1-2开设于矩形环凸台1-4的顶部中央；所述上阀体1进油孔1-1的进油端和出油孔1-2的出油端还可以根据实际工况开设内螺纹，或用以油管的连接，或便于节流器安装使用前的有效性检验。

如图4～5和图7所示，所述下阀体2从上至下开设有密封孔2-1和进给孔2-2，进给孔2-2、密封孔2-1和节流器腔室1-3为同轴心的阶梯孔；密封孔2-1的直径大于进给孔2-2的直径。

如图1和图3～4所示，所述上阀体1、下阀体2通过螺纹连接，具体的，上阀体1的下端开设的螺钉孔1-5与下阀体2的上端开设的沉头通孔2-4一一对应，通过沉头内六角螺栓4连接上阀体1和下阀体2。如图4和图7所示，下阀体2的上端面开设有O型圈槽2-3，O型圈槽2-3位于密封孔2-1的外周且O型圈槽2-3内安装有O型圈，防止节流器腔室1-3的压力油从上阀体1和下阀体2之间泄漏。

如图6～7所示，所述阀芯3装设于上阀体1和下阀体2装配形成的阀芯腔室内，阀芯腔室为节流器腔室1-3、密封孔2-1和进给孔2-2共同构成的腔室；所述阀芯3为阶梯轴结构，阀芯3包括从上到下依次设置的节流段3-1、密封段3-2和进给段3-3，所述节流段3-1的直径r1、密封段3-2的直径r2和进给段3-3的直径r3依次减小；节流段3-1的顶端面大于矩形环凸台1-4的底端面，以使节流段3-1与矩形环凸台1-4对应配合形成平面矩形环缝隙，密封段3-2和进给段3-3分别对应下阀体2的密封孔2-1和进给孔2-2；

所述进给孔2-2的内壁开设有内螺纹，进给段3-3开设有与进给孔2-2内螺纹匹配啮合的外螺纹；进给段3-3的下端部开设有内六角螺丝头结构3-4，以便于通过内六角螺丝头结构3-4旋拧阀芯3，进而改变阀芯3在节流器内的轴向位置，以调节平面矩形环缝隙的大小，进而调整节流器的节流比和内部液阻；

所述阀芯3的密封段3-2对应下阀体2的密封孔2-1，密封段3-2开设的环状矩形沟槽3-5用以安装密封圈，防止节流器腔室1-3的压力油从密封段3-2与密封孔2-1之间泄漏；密封段3-2的环状矩形沟槽3-5可以设置多条。不论阀芯3的节流段3-1处于与上阀体1的矩形环凸台1-4直接接触的上极限位置，还是处于与下阀体2直接接触的下极限位置，嵌套于密封段3-2的矩形沟槽3-5内的密封圈应始终在下阀体2的密封孔2-1内移动。

本发明的工作原理如下：

1、阀芯3的节流段3-1与上阀体1的矩形环凸台1-4对应配合，两者共同形成了平面矩形环缝隙，该缝隙为本发明的节流工作区；压力油从进油孔1-1流入至节流器腔室1-3，然后通过平面矩形环缝隙进行节流，最后从出油孔1-2流出至工作油腔；通过旋拧阀芯3改变阀芯3的轴向位置，以调节平面矩形环缝隙大小，进而调整节流器的节流比和液阻大小。若矩形环凸台1-4的矩形外环的长和宽为A和B，矩形内环的长和宽为a和b，那么，本发明设计状态液阻R计算公式为：

其中，h为阀芯3节流段3-1端面与矩形环凸台1-4面的间距，η为压力油粘度。由公式可知，平面矩形环缝隙h越小，节流器内部液阻越大。

2、本发明本质属于固定节流器，即工作状态的节流器内部液阻和节流比为定值，一旦调试完毕确定了节流器的节流比以后，阀芯3在节流器内部的相对位置就不能改变，否则，若节流器的平面矩形环缝隙大小发生变化，则内部液阻和节流比也会变化，这就不是一种稳定工作的固定节流器，因此，阀芯3进给段3-3与下阀体2进给孔2-2应存在螺纹预紧力。本发明在正常工作状态即会产生螺纹预紧力，不需要增加额外元件施加螺纹预紧力，该螺纹预紧力来源于出油孔1-2处节流后的工作油腔压力Pr和节流器腔室1-3内的供油压力Ps共同对阀芯3的轴向作用，所以螺纹预紧力F计算公式为：

由公式可知，螺纹预紧力F的大小还与结构尺寸设计参数有关。

如图8为节流器的内部液阻图，R为节流器内部液阻。

如图9所示，四油腔开式工作台与四个节流器一一对应，通过对节流器内部液阻和节流比的调整，此时工作台为水平状态且不受外载荷作用。

如图10所示，在图9工作台和本发明已调参数基础上，由于工作台受到偏载，工作台不能维持水平状态而出现倾斜，具体的，工作台在油腔1和油腔2处出现下沉。

如图11所示，调整图9所示的节流器1和节流器2的内部液阻和节流比，可以使图10的偏载工作台重新位于水平位置。

本发明构件数量简少，单一构件特征简单，操作调整简易，无需关闭供油系统即可实现节流比的实时调整，容易达到预设效果，大大提高固定节流器方式下液体静压支承系统的调试效率。