第2章 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的設計及參數計算

2.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的結構設計方案

圖1-5所示的“三靜一動”型動靜壓軸承目前廣泛應用于國產軋輥磨床上，該軸承的三個靜壓腔是人工加工出來的，一個動壓腔是在運行過程中因磨削力和重力共同作用而自然形成的。此種類型的動靜壓軸承已被驗證只能應用于砂輪線速度為45m/s以下的工況，即只能應用于普通磨削領域，一旦超出此領域，極易發生抱軸和燒軸的現象。為了研發出能應用于砂輪線速度45m/s以上的高速精密軋輥磨床的動靜壓軸承，應突破此軸承的結構局限。為此，參考國外進口高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的結構并根據高速精密軋輥磨床上液體動靜壓軸承的運行特點，設計出了一種可調式動靜壓軸承的結構方案，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相配合的結構方案，其中，軸承本體4的三維結構如圖2-2所示，軸承套3的三維結構如圖2-3所示。軸承本體4上設計有四個矩形肋板和四個錐度為15°的錐形肋板，其中，四個錐形肋板與同錐度的軸承套3過盈配合，在配合過程中，通過軸承套3的擠壓，軸承本體4在四個錐形肋板處便會發生變形，從而在軸承內壁與主軸間強制形成了八個楔形動壓腔。

為了使該軸承可根據不同的轉速和載荷情況來調節運行情況，采用了調節機構來調節軸承本體與軸承套錐度配合的面積。如圖2-1所示，該調節機構主要由前調節蓋1、前調節推板2、后調節蓋7和后調節推板5組成，當同時向左擰動前調節蓋1和后調節蓋7時，強迫后調節推板5向左移動，從而推動軸承本體4和前調節推板2均向左移動，加強了軸承本體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，改變了動壓腔的形狀，增加了其面積；當要減小軸承本體4的凹陷變形量時，向相反的方向擰動前調節蓋1和后調節蓋7即可。為了防止潤滑油液泄漏，在前調節推板2和后調節推板5分別設計有密封圈6。

如圖2-2所示，該軸承共有4個靜壓腔，分別開在軸承本體上與4個肋板對應的內壁位置，并且在每個靜壓腔之間開設有一條導油槽。當軸承剛開始工作時，在4個靜壓腔潤滑油的壓力作用下，主軸浮在軸承中間；隨著主軸轉速的提高，8個楔形動壓腔的動壓效應便凸顯出來了，此時，在靜壓效應和動壓效應的共同作用下，軸承抵抗外負載。由此可見，該軸承屬于動靜壓聯合效應軸承，其4個靜壓腔是人工主動加工出來的，而其8個楔形動壓腔是在裝配過程中強制擠壓形成的。相較于圖1-5所示的“三靜一動”型動靜壓軸承，這種強制擠壓形成的8個楔形動壓腔突破了其依靠磨削力和重力而形成動壓腔的結構，而且此8個楔形動壓腔具有油膜均化作用強、散熱性能好以及油膜剛度好等優點。

為了顯示出該高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的裝配效果，設計出了其三維裝配圖，如圖2-4所示。為了更清晰地顯示該軸承的各部分結構，特給出了其三維裝配展開圖，如圖2-5所示。

根據國內企業研發高速精密軋輥磨床結構尺寸的總體要求，圖2-5所示的動靜壓軸承的主要結構尺寸要求為：軸承本體的內徑 D=100mm，軸承套外徑D₀=200mm，軸承裝配后總長度L₀≤220mm。基于此動靜壓軸承的這些基本結構尺寸的要求，該軸承的其余結構尺寸需要進行設計和計算，下面對直接決定該軸承性能的油腔及導油槽等關鍵部位進行設計，并對其一些主要的結構和工作參數進行計算。