一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承。所述轴承其包括呈对称布置的上静压腔和下静压腔；所述上静压腔和下静压腔连有外部进油孔，通过油路与双面薄膜节流器连接；其还包括前静压腔和后动压腔；所述前静压腔连有外部进油孔，通过油路与单面薄膜节流器连通。本发明解决了轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承设计难题。相比传统的毛细管节流动静压轴承而言，薄膜节流动静压轴承在启动的静压条件下具有很高的刚度；同时在主轴高速旋转动静压混合条件下薄膜节流动静压轴承具有高的承载能力、较高刚度和低温升，符合现代轧辊磨床发展的高效率、高刚性、高精度等要求。
【专利说明】一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承
【技术领域】
[0001]本发明涉及轧辊磨床砂轮主轴轴承领域，特别涉及一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承。
【背景技术】
[0002]目前，对于轧辊磨床砂轮主轴动静压混合轴承而言，多采用固定节流中毛细管节流器。主要原因在于毛细管节流器具有以下优点:一是制造简单；二是毛细管节流静压轴承的载荷和刚度与润滑油的粘度及温升无关；三是轴承容许间隙的制造误差大一些，容许轴承的工作温度变化大。但设计出来的轴承存在以下问题:一是油膜刚度不是很大，这样砂轮主轴加工精度不能提高；二是轴承高速条件下油膜温度还比较高，这样轴承会由于温度分布的不均而产生很大的热变形，进而影响到主轴轴承间的间隙，最后影响到机床的加工精度。
[0003]因此，对于轧辊磨床砂轮主轴动静压轴承而言，能否在保证优化轴承结构的基础上还能进一步通过采用好的节流方式来达到增大轴承的刚度、提高精度以及降低温升和能耗等目的，这是一直需要解决的难点和重点。
[0004]薄膜式节流器是一种新型节流器，其具有毛细管节流器所有的优点，即轴承的间隙、承载力和刚度也与油的粘度无关，且不受环境温度变化的影响；此外，轴承高速下可以获得更高的轴承油膜刚度与相对较低的温升和功耗。但是薄膜节流器以前都用在结构对称的静压轴承上，在动静压轴承和结构不对称的静压轴承上没有设计先例，行业内存在技术偏见。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是，提供一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承，以期使动静压轴承获得获得更高的轴承油膜刚度与相对较低的温升和功耗。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承，包括对置的上静压腔和下静压腔，以及位于上静压腔和下静压腔之间，相对设置的前静压腔和后动压腔，上静压腔、下静压腔和前静压腔均设有连通油孔，双面薄膜节流器的两个端口分别同上静压腔和下静压腔的连通油孔对应连通；单面薄膜节流器的端口同前静压腔的连通油孔相连通。
[0007]本发明在保证优化轧辊磨床砂轮主轴动静压轴承结构参数的基础上，进一步通过采用新的混合薄膜式节流器来提高该轴承的刚度、精度还能降低温升和能耗。该薄膜节流动静压轴承从结构上来说有上面、下面和前面3个静压油腔以及一个动压油腔(即封油面)。鉴于该轴承结构上的特殊性，采用两个传统静压轴承的双面薄膜节流器显然不合适，因为一个双面薄膜节流器必须要连接2个对置静压油腔。考虑到该轴承仅有3个静压油腔，因此可以采用一种新的混合薄膜节流方式来进行节流，即上、下静压油腔采用一个双面薄膜节流器；前静压腔采用一个单面薄膜节流器。[0008]双面薄膜节流器有两个油路入口，一般应用于结构对称的静压轴承；单面薄膜节流器更是从未有过应用于动静压轴承上的先例。因此本发明这种非对称式的轴承结构设计难度极大，几乎没有技术人员尝试。
[0009]对此，本发明克服技术偏见，采用了一种分块后叠加的轴承设计方法，即首先分别设计这两个薄膜节流器和对应的3个静压油腔的结构参数，再分析动压油腔的性能，然后通过叠加法来计算出整个动静压轴承的性能参数。
[0010]设计中具体的轴承分块原则为:上、下对置静压油腔为轴承第一块，该块连接一个双面薄膜节流器；前腔为轴承第二块，该块连接一个单面薄膜节流器；动压油腔为轴承第三块。
[0011]对于轴承第一块，可以参照业内通用的双面薄膜节流动静压轴承原理，采用MATLAB软件来编写设计程序，设计出双面薄膜节流器的设计参数和上、下静压油腔的性能参数。
[0012]对于轴承第二块，根据轴承前静压腔等设计参数，再结合单面薄膜式节流器，采用MATLAB软件来编写设计程序，来设计好前腔对应的单面薄膜式节流器(基于轴承无穷大刚度)。在此要确定轴承承载后的轴承半径间隙h、薄膜厚度δ、承载后的薄膜节流器的节流间隙h。、薄膜变形系数K等参数；之后还要计算出前腔的承载力W、前静压油腔所对应的流量Q、摩擦功耗Nf、泵功耗Np、前腔温升T等性能参数值，
轴承第二块中，具体的前静压腔和单面薄膜节流器的参数设计确定方法包括以下步
骤:
所述前静压腔为矩形，该矩形前静压腔的有效承载面积由以下方法确定:
a.通过单面薄膜节流矩形前静压腔的液阻比公式
【权利要求】
1.一种轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承，包括对置的上静压腔(I)和下静压腔(2)，以及位于上静压腔(I)和下静压腔(2)之间，相对设置的前静压腔(3)和后动压腔(4)，上静压腔(I)、下静压腔(2 )和前静压腔(3 )均设有连通油孔，其特征在于:双面薄膜节流器(5 )的两个端口分别同上静压腔(I)和下静压腔(2 )的连通油孔对应连通；单面薄膜节流器(6)的端口同前静压腔(3)的连通油孔相连通。
2.根据权利要求1所述轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承，其特征是，所述前静压腔(3)为矩形，该矩形前静压腔的有效承载面积由以下方法确定:a.通过单面薄膜节流矩形前静压腔的液阻比公式
3.根据权利要求1所述轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承，其特征是，所述单面薄膜节流器(6)中薄膜厚度由以下方法确定: a.通过公式
4.根据权利要求2所述轧辊磨床砂轮主轴薄膜节流动静压轴承，其特征是，所述前静压腔(3)的工作参数由以下方法确定: a.根据前静压腔承载力公式:
【文档编号】F16C32/06GK103909469SQ201410170181
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】郭力, 胡靖 , 曹姗 申请人:湖大海捷(湖南)工程技术研究有限公司