第2章 高速精密軋輥磨床動(dòng)靜壓軸承的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算

2.1 高速精密軋輥磨床動(dòng)靜壓軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

圖1-5所示的“三靜一動(dòng)”型動(dòng)靜壓軸承目前廣泛應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)軋輥磨床上，該軸承的三個(gè)靜壓腔是人工加工出來(lái)的，一個(gè)動(dòng)壓腔是在運(yùn)行過(guò)程中因磨削力和重力共同作用而自然形成的。此種類型的動(dòng)靜壓軸承已被驗(yàn)證只能應(yīng)用于砂輪線速度為45m/s以下的工況，即只能應(yīng)用于普通磨削領(lǐng)域，一旦超出此領(lǐng)域，極易發(fā)生抱軸和燒軸的現(xiàn)象。為了研發(fā)出能應(yīng)用于砂輪線速度45m/s以上的高速精密軋輥磨床的動(dòng)靜壓軸承，應(yīng)突破此軸承的結(jié)構(gòu)局限。為此，參考國(guó)外進(jìn)口高速精密軋輥磨床動(dòng)靜壓軸承的結(jié)構(gòu)并根據(jù)高速精密軋輥磨床上液體動(dòng)靜壓軸承的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種可調(diào)式動(dòng)靜壓軸承的結(jié)構(gòu)方案，如圖2-1所示。

如圖2-1所示，該軸承采用了軸承本體4和軸承套3相配合的結(jié)構(gòu)方案，其中，軸承本體4的三維結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，軸承套3的三維結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。軸承本體4上設(shè)計(jì)有四個(gè)矩形肋板和四個(gè)錐度為15°的錐形肋板，其中，四個(gè)錐形肋板與同錐度的軸承套3過(guò)盈配合，在配合過(guò)程中，通過(guò)軸承套3的擠壓，軸承本體4在四個(gè)錐形肋板處便會(huì)發(fā)生變形，從而在軸承內(nèi)壁與主軸間強(qiáng)制形成了八個(gè)楔形動(dòng)壓腔。

為了使該軸承可根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速和載荷情況來(lái)調(diào)節(jié)運(yùn)行情況，采用了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)軸承本體與軸承套錐度配合的面積。如圖2-1所示，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由前調(diào)節(jié)蓋1、前調(diào)節(jié)推板2、后調(diào)節(jié)蓋7和后調(diào)節(jié)推板5組成，當(dāng)同時(shí)向左擰動(dòng)前調(diào)節(jié)蓋1和后調(diào)節(jié)蓋7時(shí)，強(qiáng)迫后調(diào)節(jié)推板5向左移動(dòng)，從而推動(dòng)軸承本體4和前調(diào)節(jié)推板2均向左移動(dòng)，加強(qiáng)了軸承本體4和軸承套3之間的錐形配合程度，使軸承本體4的凹陷變形量加大，改變了動(dòng)壓腔的形狀，增加了其面積；當(dāng)要減小軸承本體4的凹陷變形量時(shí)，向相反的方向擰動(dòng)前調(diào)節(jié)蓋1和后調(diào)節(jié)蓋7即可。為了防止?jié)櫥鸵盒孤谇罢{(diào)節(jié)推板2和后調(diào)節(jié)推板5分別設(shè)計(jì)有密封圈6。

如圖2-2所示，該軸承共有4個(gè)靜壓腔，分別開在軸承本體上與4個(gè)肋板對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁位置，并且在每個(gè)靜壓腔之間開設(shè)有一條導(dǎo)油槽。當(dāng)軸承剛開始工作時(shí)，在4個(gè)靜壓腔潤(rùn)滑油的壓力作用下，主軸浮在軸承中間；隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，8個(gè)楔形動(dòng)壓腔的動(dòng)壓效應(yīng)便凸顯出來(lái)了，此時(shí)，在靜壓效應(yīng)和動(dòng)壓效應(yīng)的共同作用下，軸承抵抗外負(fù)載。由此可見，該軸承屬于動(dòng)靜壓聯(lián)合效應(yīng)軸承，其4個(gè)靜壓腔是人工主動(dòng)加工出來(lái)的，而其8個(gè)楔形動(dòng)壓腔是在裝配過(guò)程中強(qiáng)制擠壓形成的。相較于圖1-5所示的“三靜一動(dòng)”型動(dòng)靜壓軸承，這種強(qiáng)制擠壓形成的8個(gè)楔形動(dòng)壓腔突破了其依靠磨削力和重力而形成動(dòng)壓腔的結(jié)構(gòu)，而且此8個(gè)楔形動(dòng)壓腔具有油膜均化作用強(qiáng)、散熱性能好以及油膜剛度好等優(yōu)點(diǎn)。

為了顯示出該高速精密軋輥磨床動(dòng)靜壓軸承的裝配效果，設(shè)計(jì)出了其三維裝配圖，如圖2-4所示。為了更清晰地顯示該軸承的各部分結(jié)構(gòu)，特給出了其三維裝配展開圖，如圖2-5所示。

根據(jù)國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)高速精密軋輥磨床結(jié)構(gòu)尺寸的總體要求，圖2-5所示的動(dòng)靜壓軸承的主要結(jié)構(gòu)尺寸要求為：軸承本體的內(nèi)徑 D=100mm，軸承套外徑D₀=200mm，軸承裝配后總長(zhǎng)度L₀≤220mm。基于此動(dòng)靜壓軸承的這些基本結(jié)構(gòu)尺寸的要求，該軸承的其余結(jié)構(gòu)尺寸需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，下面對(duì)直接決定該軸承性能的油腔及導(dǎo)油槽等關(guān)鍵部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其一些主要的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。