动静压轴承技术的一种应用
发布时间：2013-06-06 浏览次数：741
姜连志
（长春汽车集团公司）
一、加工零件的要求
发动机活塞销孔（见图1），由两个内孔组成，销孔内径
，粗糙度Ra0.2μm，圆柱度0.006mm。由于销孔长度较长，决定了镗刀杆长度在130-140mm之间。多年来，我厂一直采用JL6镗床加工。其主轴系统由静压轴承系统支承。由于多年的磨损，四个腔的油压不平衡，机床工作不稳定，零件的圆柱度和粗糙度严重超差，产品合格率仅在70％左右，且均处于公差边缘。针对这一情况，在北京环岛新特机电设备有限公司支持配合下，成功地对我厂JL6镗床主轴进行了改造，效果令人满意。圆柱度由原来的0.006mm提高到0.002mm。
二、动静压轴承的技术要点
动静压混合轴承是从静压轴承基础上发展起来的一种新型结构。它保留了静压轴承原有的优点，同时利用动压轴承的附加动压效应，采用浅腔节流和孔式环面节流代替原有节流器，使故障大大地降低。
动压轴承的油楔动压效应，使之在设计转速下，承载能力大、系统刚性好。但在启动、停车时不能形成油膜润滑，易磨损，精度、寿命受限制；而静压轴承有承载力不受转速的限制的特性，但节流器结构复杂、易堵塞、安全可靠性差。动静压混合轴承在结构上同时实现了两种轴承的功效，相互弥补不足。
1.油腔结构
各种形状的浅腔动静压混合轴承都是由雷利阶梯滑块演变而来的。在静压轴承油腔结构的基础上。经过严格的几何形状及尺寸参数配比，在轴承上开出与间隙为同一数量级的浅腔，使其既能满足静压支撑的节流要求，又具备产生动压效应的基本条件，主轴启动后产生动压承载力。油腔个数对轴承的承载能力及载荷方向有直接影响。三个油腔结构的轴承对载荷方向的敏感性Z大。为减小承载力方向的敏感性多采用四个油腔。如结构允许，可增加油腔的数量。
2.浅腔表面缝隙自然节流
阶梯动静压轴承可利用运动副表面形成的浅腔缝隙自然节流，在不转动时产生一定支撑能力。如阶梯油腔，外供油从浅腔一侧流入，在浅腔中流动时因摩擦损失而产生压力降，从而起到自然节流的作用。图2的扇形多腔止推轴承，其端面开有多个动静压浅腔。油液以一定压力从中心供油，沿径向经浅腔和外封油边流出。当支撑方向受力产生一微小位移e，轴承的间隙由h减小至（h-e）如图3所示。浅腔外边缘处的压力相应升高。压力分布曲线所包容的面积表示轴承承载能力。图中的阴影面积即为支撑能力的变化量。由于支撑中浅腔处的间隙大于封油边处的间隙，当支撑间隙发生变化时，封油边处的液阻变化率大于浅腔处的节流液阻变化率，所以对于浅腔压力的调节相当于静压支撑中节流器的作用，称为自然节流。
3.动静压轴承的二次节流
若在图2所示的止推轴承进油口前再增加节流器（如小孔节流器），使润滑油经节流器一次节流后供给轴承。这时，浅腔节流对轴承压力的补偿过程仍如前所述，但中心供油压力随轴承间隙改变而变化。当轴承的间隙由h变为（h-e）时。其出油量减小，润滑油经节油器前、后的压差自然相应减小，即轴承的中心压力增大，轴承压力分布曲线下包容的面积大于只有浅腔节流的面积。因此，有节流器的加浅腔节流动静压轴承的静压承载能力高于单纯浅腔节流的动静压轴承，称为二次节流。改造时采用的孔式环面节流是利用轴承进油孔与主轴表面形成的环行缝隙产生节流效应。实践证明，这类轴承节流结构简单，有一定的承载能力且安全可靠。
4.浅腔的动压效应
阶梯浅腔的动压效应与雷利滑块基本一致，所不同的是在上游（浅腔中速度流的入口处）增加了上游封油边，致使轴承间隙在浅腔上游局部形成发散油楔，有可能导致局部压力降低甚至会产生“空化”现象，因此，应尽量减小上游封油边的宽度，但设计上常受结构和流量等因素限制。下游封油边宽度对动压效应有较大的影响。通常下游封油边的宽度和深腔宽度比存在Z佳值，而且根据其结构形状不同Z佳值也不相同。在浅腔结构设计上。经过反复多次试验计算，较好地解决了动静压轴承的“空化”现象，使其性能更为提高。
来源：《机械工艺师》2001年05期
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