靜壓主軸
2016-07-27
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主軸的滑動軸承，按其產生油膜壓強的方式，可分為動壓軸承和靜壓軸承兩類。電主軸維修動壓軸承是靠軸的轉動形成油膜而具有承載能力的。承載能力與滑動速度成正比，低速時，承載能力低。靜壓軸承油膜較厚，對軸頸和軸瓦的圓度誤差能起均化作用(圖1)故靜壓軸承還用于精度要求較高的主軸。靜壓軸承需要一套供油設備(液壓泵、電動機、油箱)對油的潔凈度要求也較高。所以能用動壓軸承應盡量用動壓軸承，只有動壓軸承不能滿足要求(如低速，轉速變化大，高精度)時才用靜壓軸承 [1]
1862年，法國的L.D.吉拉爾發明液體靜壓軸承，指出摩擦系數可小至1/500。1917年，英國科學家瑞利發表求解液體靜壓推力軸承的承載能力、流量和摩擦力矩方程。1938年，美國在大型天文望遠鏡上應用液體靜壓軸承，承載總重量500噸,每晝夜轉動一周，驅動功率僅1/12馬力。1948年法國開始把液體靜壓軸承用于磨床上?，F代液體靜壓軸承已成功地用于重型、精密、高效率的機器和設備上。
（1）液體靜壓軸承按回油方式分：有周向回油，無周向回油，腔內孔式回油。
（2）液體靜壓軸承還可分成：徑向軸承、推力軸承和徑向推力軸承（如圖2所示） 。它有供油壓力恒定和供油流量恒定兩種系統。供油壓力恒定系統較為常用。
供油壓力恒定系統的液體靜壓軸承和軸瓦的構造。外部供給的壓力油通過補償元件后從供油壓力降至油腔壓力，再通過封油面與軸頸間的間隙從油腔壓力降至環境壓力。多數軸承在軸不受外力時，軸頸與軸承孔同心,各油腔的間隙、流量、壓力均相等，這稱為設計狀態。當軸受外力時軸頸位移，各油腔的平均間隙、流量、壓力均發生變化，主軸維修這時軸承外力與各油腔油膜力的向量和相平衡。補償元件起自動調節油腔壓力和補償流量的作用，其補償性能會影響軸承的承載能力、油膜剛度等。供油壓力恒定系統中的補償元件稱為節流器，常見的有毛細管節流器、小孔節流器、滑閥節流器、薄膜節流器等多種。供油流量恒定系統中的補償元件有定量泵和定量閥。補償元件不同，軸承載荷-位移性能也不同。由于軸的旋轉，在軸承封油面上有液體動壓力產生，有利于提高軸承的承載能力。這種現象稱為動壓效應，速度越高，動壓效應也越顯著。
設計液體靜壓軸承時應根據要求性能進行優化，如要求承載能力Z大，油膜剛度Z大，位移Z小,功耗Z少等。為增大軸承的動壓效應和減少流量,液體靜壓軸承的封油面宜適當取寬些；為提高軸承的油膜剛度，軸承間隙宜適當取小些；軸承的溫升、流量與供油壓力成正比，泵功耗與供油壓力的平方成正比，故在滿足承載能力的前提下供油壓力不宜過高。設計狀態下的油腔壓力與供油壓力之比稱為壓力比。它是影響軸承性能的重要參數，可根據對承載能力、油膜剛度和位移等不同要求選取。按設計狀態下油膜剛度Z大的原則選取時,壓力比為：毛細管節流器0.5，小孔節流器 0.586。潤滑油粘度應根據軸承的摩擦功耗和泵功耗之和為Z小的原則選取。對于中等以下速度的軸承，摩擦功耗與泵功耗之比為1～3時，總功耗為Z小。
隨著機器向高效、精密的方向發展，靜壓軸承技術也面臨挑戰。
（1）對于靜壓軸承，溫度的影響嚴重地存在。要采取降溫措施。設計時應考慮由于材料熱膨脹系數的差異引起軸承間隙的變化。
（2）進一步地完善磨床主軸結構，采用合適的油腔數目、參數，磨削精度可以進一步提高。
（3）為進一步提高軸系的動態剛性，目前機床靜壓軸承正向提高供油壓力方向發展，以適用于粗精加工的需要。
（4）在高速、重載的下工作的靜壓主軸，要綜合考慮動壓效應、熱效應、擠壓膜效應、油可壓縮性效應，以及軸與軸承彈性變形的影響。
（5）靜壓軸承的標準化，系列化設計和作為通用零件出售，是靜壓技術成熟的標志。磨床靜壓主軸標準化，系列化設計等。這些都標志著我國靜壓技術發展進入了一個新階段。
（6）盡管靜壓軸承的制造已不困難，但軸承和主軸的制造工藝還有很大的改進失地。其基本要求是如何保證和提高前、后徑向軸承的同心度和推力軸承與徑向軸承內孔的垂直度。
（7）靜壓軸承供油系統中，過濾器還有進一步改進研制的必要。過濾器精度如能控制在5微米以下，就能確保靜壓主軸的性能和使用壽命。
（8）還應從事應用靜壓主軸改進現有制造工藝的研究，如要獲得與一般主軸相同的制造精度，對于砂輪主軸可采用大粒度砂輪，維修電主軸快速修正來提高效率，也可用CBN砂輪；可以合并工序，減少磨削工序，在產品質量允許的情況下，實現粗精一次裝夾磨出:甚至實現以磨代車或以磨代超等工藝。以提高效率 [1] 。
