靜壓主軸
基本介紹
編輯主軸的滑動軸承,按其產(chǎn)生油膜壓強(qiáng)的方式,可分為動壓軸承和靜壓軸承兩類。電主軸維修動壓軸承是靠軸的轉(zhuǎn)動形成油膜而具有承載能力的。承載能力與滑動速度成正比,低速時,承載能力低。靜壓軸承油膜較厚,對軸頸和軸瓦的圓度誤差能起均化作用(圖1)故靜壓軸承還用于精度要求較高的主軸。靜壓軸承需要一套供油設(shè)備(液壓泵、電動機(jī)、油箱)對油的潔凈度要求也較高。所以能用動壓軸承應(yīng)盡量用動壓軸承,只有動壓軸承不能滿足要求(如低速,轉(zhuǎn)速變化大,高精度)時才用靜壓軸承 [1]
1862年,法國的L.D.吉拉爾發(fā)明液體靜壓軸承,指出摩擦系數(shù)可小至1/500。1917年,英國科學(xué)家瑞利發(fā)表求解液體靜壓推力軸承的承載能力、流量和摩擦力矩方程。1938年,美國在大型天文望遠(yuǎn)鏡上應(yīng)用液體靜壓軸承,承載總重量500噸,每晝夜轉(zhuǎn)動一周,驅(qū)動功率僅1/12馬力。1948年法國開始把液體靜壓軸承用于磨床上?,F(xiàn)代液體靜壓軸承已成功地用于重型、精密、高效率的機(jī)器和設(shè)備上。
分類
編輯(2)液體靜壓軸承還可分成:徑向軸承、推力軸承和徑向推力軸承(如圖2所示) 。它有供油壓力恒定和供油流量恒定兩種系統(tǒng)。供油壓力恒定系統(tǒng)較為常用。
作用原理
編輯供油壓力恒定系統(tǒng)的液體靜壓軸承和軸瓦的構(gòu)造。外部供給的壓力油通過補(bǔ)償元件后從供油壓力降至油腔壓力,再通過封油面與軸頸間的間隙從油腔壓力降至環(huán)境壓力。多數(shù)軸承在軸不受外力時,軸頸與軸承孔同心,各油腔的間隙、流量、壓力均相等,這稱為設(shè)計(jì)狀態(tài)。當(dāng)軸受外力時軸頸位移,各油腔的平均間隙、流量、壓力均發(fā)生變化,主軸維修這時軸承外力與各油腔油膜力的向量和相平衡。補(bǔ)償元件起自動調(diào)節(jié)油腔壓力和補(bǔ)償流量的作用,其補(bǔ)償性能會影響軸承的承載能力、油膜剛度等。供油壓力恒定系統(tǒng)中的補(bǔ)償元件稱為節(jié)流器,常見的有毛細(xì)管節(jié)流器、小孔節(jié)流器、滑閥節(jié)流器、薄膜節(jié)流器等多種。供油流量恒定系統(tǒng)中的補(bǔ)償元件有定量泵和定量閥。補(bǔ)償元件不同,軸承載荷-位移性能也不同。由于軸的旋轉(zhuǎn),在軸承封油面上有液體動壓力產(chǎn)生,有利于提高軸承的承載能力。這種現(xiàn)象稱為動壓效應(yīng),速度越高,動壓效應(yīng)也越顯著。
設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
編輯設(shè)計(jì)液體靜壓軸承時應(yīng)根據(jù)要求性能進(jìn)行優(yōu)化,如要求承載能力最大,油膜剛度最大,位移最小,功耗最少等。為增大軸承的動壓效應(yīng)和減少流量,液體靜壓軸承的封油面宜適當(dāng)取寬些;為提高軸承的油膜剛度,軸承間隙宜適當(dāng)取小些;軸承的溫升、流量與供油壓力成正比,泵功耗與供油壓力的平方成正比,故在滿足承載能力的前提下供油壓力不宜過高。設(shè)計(jì)狀態(tài)下的油腔壓力與供油壓力之比稱為壓力比。它是影響軸承性能的重要參數(shù),可根據(jù)對承載能力、油膜剛度和位移等不同要求選取。按設(shè)計(jì)狀態(tài)下油膜剛度最大的原則選取時,壓力比為:毛細(xì)管節(jié)流器0.5,小孔節(jié)流器 0.586。潤滑油粘度應(yīng)根據(jù)軸承的摩擦功耗和泵功耗之和為最小的原則選取。對于中等以下速度的軸承,摩擦功耗與泵功耗之比為1~3時,總功耗為最小。
技術(shù)的發(fā)展
編輯隨著機(jī)器向高效、精密的方向發(fā)展,靜壓軸承技術(shù)也面臨挑戰(zhàn)。
(1)對于靜壓軸承,溫度的影響嚴(yán)重地存在。要采取降溫措施。設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮由于材料熱膨脹系數(shù)的差異引起軸承間隙的變化。
(2)進(jìn)一步地完善磨床主軸結(jié)構(gòu),采用合適的油腔數(shù)目、參數(shù),磨削精度可以進(jìn)一步提高。
(3)為進(jìn)一步提高軸系的動態(tài)剛性,目前機(jī)床靜壓軸承正向提高供油壓力方向發(fā)展,以適用于粗精加工的需要。
(4)在高速、重載的下工作的靜壓主軸,要綜合考慮動壓效應(yīng)、熱效應(yīng)、擠壓膜效應(yīng)、油可壓縮性效應(yīng),以及軸與軸承彈性變形的影響。
(5)靜壓軸承的標(biāo)準(zhǔn)化,系列化設(shè)計(jì)和作為通用零件出售,是靜壓技術(shù)成熟的標(biāo)志。磨床靜壓主軸標(biāo)準(zhǔn)化,系列化設(shè)計(jì)等。這些都標(biāo)志著我國靜壓技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個新階段。
(6)盡管靜壓軸承的制造已不困難,但軸承和主軸的制造工藝還有很大的改進(jìn)失地。其基本要求是如何保證和提高前、后徑向軸承的同心度和推力軸承與徑向軸承內(nèi)孔的垂直度。
(7)靜壓軸承供油系統(tǒng)中,過濾器還有進(jìn)一步改進(jìn)研制的必要。過濾器精度如能控制在5微米以下,就能確保靜壓主軸的性能和使用壽命。
(8)還應(yīng)從事應(yīng)用靜壓主軸改進(jìn)現(xiàn)有制造工藝的研究,如要獲得與一般主軸相同的制造精度,對于砂輪主軸可采用大粒度砂輪,維修電主軸快速修正來提高效率,也可用CBN砂輪;可以合并工序,減少磨削工序,在產(chǎn)品質(zhì)量允許的情況下,實(shí)現(xiàn)粗精一次裝夾磨出:甚至實(shí)現(xiàn)以磨代車或以磨代超等工藝。以提高效率 [1] 。