1.2 液體滑動軸承在軋輥磨床上的應用

1.2.1 液體靜壓軸承在軋輥磨床上的應用

液體靜壓軸承的結構形式有很多，諸如有周向回油槽的靜壓軸承、無周向回油槽的靜壓軸承、內部節流靜壓軸承等^[4，9]。有周向回油槽的靜壓軸承由于油腔之間有回油槽隔開，相鄰油腔之間沒有內流，互不影響；無周向回油槽的靜壓軸承油腔之間沒有回油槽，油腔間有內流，當軸在旋轉時，有一定的動壓效應；內部節流靜壓軸承將節流器直接制造在軸承中，主要適用于節流器安裝有困難的場合。液體靜壓軸承的油腔主要有矩形油腔和油槽形油腔，兩種油腔在同樣輪廓尺寸下，只要四周的封油面尺寸相等，則油腔的有效承載面積相等^[4]。

軋輥磨床上應用的液體靜壓軸承主要是有周向回油槽的靜壓軸承和無周向回油槽的靜壓軸承，油腔的結構有的采用矩形油腔，有的采用油槽形油腔。圖1-3所示的液體靜壓軸承是應用在國產 M84100B軋輥磨床上的靜壓軸承，該軸承屬于無周向回油槽的靜壓軸承，油腔采用的是油槽形油腔^[7]。

如圖1-3所示，在軸承的周向上開有四個油槽形油腔，主軸起動時，先啟動供油系統使四個油槽形油腔中充滿一定壓力的潤滑油液，從而使主軸浮起與軸瓦分開，實現全液體摩擦，避免了主軸和軸瓦在開機時的干摩擦。靜壓軸承的供油系統有恒流量供油系統和恒壓供油系統，在軋輥磨床中常使用的是恒壓供油系統。恒壓供油系統要求在各油腔和供油系統之間必須分別接一個節流器。主軸運轉時，因供油系統一直在供油，油腔中始終充滿帶有壓力的潤滑油液，在磨削力等外載荷的作用下，各油腔的間隙發生變化，導致各油腔所需流量發生變化，通過節流器的節流作用，各油腔壓力發生變化，于是，油腔間便產生壓力差，利用油腔間油液的靜壓力差來抵抗外載荷。主軸制動時，由于供油系統還在供油，油腔中仍充滿壓力油液，在油液的靜壓力作用下，軸和軸瓦不會發生金屬的接觸。

液體靜壓軸承因具有摩擦阻力小、使用壽命長、轉速范圍廣等優點，在軋輥磨床上得到應用，但由于靜壓軸承須配備一套專用的較大功率的供油系統，對油液的過濾精度要求高，且噪聲大。目前，隨著高速磨削技術的發展，靜壓軸承在數控軋輥磨床上的應用日益減少。

1.2.2 液體動壓軸承在軋輥磨床上的應用

液體動壓軸承是靠軸和軸瓦間高速相對運動在楔形間隙中形成的壓力油膜來承受載荷的，其結構分為全圓軸承、剖分式全圓軸承和部分瓦軸承^[10]。磨床上應用的液體動壓軸承常見的是部分瓦軸承，尤其是三塊瓦和五塊瓦動壓軸承。圖1-4為常見的五塊瓦動壓軸承結構圖^[11]。

如圖1-4所示，該軸承1號瓦和2號瓦為底瓦，不可調節，3～5號瓦為可調節瓦。該軸承在工作時，主要是利用主軸和瓦之間的油楔動壓作用，因而，其供油系統的壓力和功率相較于液體靜壓軸承的供油系統要小得多，但是，液體動壓軸承在起動和停車時由于沒有承載力，軸和軸瓦間會產生摩擦和磨損。

液體動壓軸承由于具有抗沖擊能力強、承載力大、抗振性好、功耗小、速度范圍廣等優點，在軋輥磨床上得到了一定的應用。隨著高精度磨削技術的不斷發展，國外著名廠家的一些高精度磨床采用了液體動壓軸承。

1.2.3 液體動靜壓軸承在軋輥磨床上的應用

液體動靜壓軸承是綜合了液體靜壓軸承和液體動壓軸承而發展起來的一種新型軸承，相較于純靜壓軸承，由于利用了動壓效應，從而提高了軸承的承載能力和剛性，降低了供油系統的功耗；相較于純動壓軸承，由于利用了靜壓作用，起動力矩小，起動和制動時因存在靜壓力從而避免了軸和軸瓦之間的干摩擦^[12-14]。液體動靜壓軸承代表著液體滑動軸承的發展方向^[4，5]。

目前，液體動靜壓軸承的結構形式亦有多種，但其本質上是在純動壓軸承的適當位置開設適當數量和大小的靜壓腔，在動壓效應的基礎上再增加靜壓作用；或者將純靜壓軸承的深油腔變淺，利用階梯淺腔的作用來增加動壓效應；或者干脆將靜壓腔設計加工成曲線形油槽，利用楔形油槽的作用來增加動壓效應。

軋輥磨床上應用的液體動靜壓軸承主要是階梯淺腔式結構的動靜壓軸承。圖1-5所示的液體動靜壓軸承是應用在國產MJK84160軋輥磨床上的動靜壓軸承^[7]。該軸承為“三靜一動”型，即該軸承總共有4個油腔，上腔、下腔、前腔3個腔為靜壓腔，后腔為動壓腔。3個靜壓腔是人工在軸承上加工出來的，后部動壓腔是軸和軸瓦在相對運動過程中由于磨削力和重力共同作用而形成的。當主軸裝配在軸承上時，要通過反復調試使主軸能用手比較輕松地轉動，當主軸高速旋轉時，該動壓承載區便產生液體動壓力來承載磨削負載。圖1-5所示的液體動靜壓軸承在MJK84160等型號的軋輥磨床上運行良好，砂輪線速度能達到45m/s，是我國液體動靜壓軸承應用在軋輥磨床上的典型代表。

上面列舉的各種液體滑動軸承是目前成熟的產品，應用于國內外各種典型的軋輥磨床上。這些軸承的性能良好，但有一個共同的缺點就是只能應用于砂輪線速度低于45m/s的普通軋輥磨床，而不能應用于高速精密軋輥磨床。由于液體動靜壓軸承代表著液體滑動軸承的發展方向，是應用于高速精密軋輥磨床上最適合的液體滑動軸承類型，為此，國內外很多學者曾經將圖1-5所示的經典液體動靜壓軸承進行各種改進，擬用于高速精密軋輥磨床上，但最終效果均不好。