??? 現(xiàn)代制造技術的發(fā)展對機床的切割速度和精度要求越來越高。動態(tài)性能對適應高速旋轉主軸的動壓滑動軸承有很大影響。首先,動壓滑動軸承為主軸系統(tǒng)提供了足夠的阻尼,以確保主軸的穩(wěn)定運行;其次,軸承彈性降低了主軸的實際臨界速度,交叉剛度是導致系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要因素之一。因此,動壓滑動軸承的動態(tài)性能分析和計算是設計具有良好動態(tài)性能的機床主軸系統(tǒng)的必要條件。
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??? 根據(jù)潤滑劑的不同,動壓滑動軸承分為液壓滑動軸承和氣壓滑動軸承。多油楔液壓滑動軸承常用于機床主軸。
??? 動壓滑動軸承以足夠高的角度依靠主軸ω旋轉,將一定粘度的潤滑劑帶入收斂的多油楔中,形成壓力油膜承載荷。油膜的厚度取決于油楔的形狀。油楔的形狀是在軸瓦的內壁上加工曲線油槽,固定瓦有阿基米德曲線油槽(圖)1(a)),有偏心園弧曲線油槽(圖)1(b)),活動瓦撓支點B擺動能自動調節(jié)間隙,形成油楔(圖1(c)).潤滑劑在收斂的楔形間隙中流動。由于油層之間的剪切應力,流體動力產生,相對運動的兩個表面被油膜隔離,形成純液體摩擦。
??? 動壓滑動軸承具有結構簡單、運行平穩(wěn)、抗振性好、噪聲低、主軸系統(tǒng)強度剛度高、軸承可靠性高、承載能力高等特點。因此,動壓滑動軸承廣泛應用于機床主軸等行業(yè)的機械設備中。
??? 2 動壓滑動軸承動態(tài)工作狀態(tài)分析
??? 圖2是機床主軸固定三油楔動壓滑動軸承的原理圖。在軸頸上作用外部載荷F,使軸頸中心O產生偏離至Oj,偏心率常用于偏離位置ε和偏位角θ表示:Oj(θε),其中,ε=e/h0,e――偏心距,h0――軸承與軸頸的半徑間隙,h0=Rr。
????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖2
??? 若外載荷F穩(wěn)定載荷不隨時間變化,軸頸中心Oj軸承的位置保持不變,并處于一定的偏心率ε和偏位角θ上,軸承油膜力P給軸頸和外載荷施加F這個位置相平衡Oj(ε、θ)稱為靜平衡位置。
??? 如果軸頸在靜平衡位置撓動(如切削材料硬度不均勻或主軸重量不均勻產生離心力等。),軸頸中心Ojo(下角標“o表示靜平衡位置上的值,下同)將在靜平衡位置作為微小位移,如圖3所示,軸頸中心Ojo位移到Od,Od用于瞬時中心Δx和Δy表示,Od偏離Ojo距離稱為動態(tài)位移,Od是軸頸的動態(tài)瞬時中心。
?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖3
??? 將油膜力置于靜平衡位置Δx和Δy泰勒的動態(tài)位移(Taylor)位移后的油膜力為:
??? 式中:Px、Py――軸頸中心位移后的油膜力;Pxj、Pyj――平衡位置的油膜力。八個系數(shù)定義為
??? 式中:Kij――軸承剛度系數(shù),i.j=x.y
??? Cij――軸承的阻尼系數(shù),i.j=x.y;
??? Kij?Cij――稱為軸承的動態(tài)特性系數(shù)。
??? 從上面可以看出,滑動軸承的動態(tài)特性系數(shù)是靜平衡位置的函數(shù),即偏心率ε和偏離角θ的函數(shù)。
??? 水平方向和垂直方向動態(tài)位移相對靜平衡位置的油膜力和增量的重量為:
??? ΔPx=Px-Pxj
??? ΔPy=Py-Pyj (3)
??? 由式(1)和式(2)得
?? (4)式中是多油楔動壓滑動軸承中任一油楔油膜力增量表達式。式中下角標“i表示任何固定的油楔。
??? 有固定瓦S軸承油膜力的增量為:
???? 式中:
??? 型(5)和型(6)分別是多油楔動壓滑軸承油膜力增量和動態(tài)特性系數(shù)的表達式。
??? 3
圖4
?? 從圖4可以看出,作用于軸頸的油膜力沿線OA和OB方向的重量是
??? 式中,P―平衡位置的油膜力(N/m2),靜態(tài)平衡方程可以解決。
??? 油膜力合力為:
???油膜力在靜平衡位置上P與外載荷F平衡,PA、PB、F
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?圖5
??? 三者形成封閉關系圖5
??? tgθ=PA/PB (9)
??? 動態(tài)特性系數(shù)相似(2),定義極坐標系AOB為:
??? 極坐標中油膜力增量AOB下可表示為:
???? 結 論
??? 1.動壓滑動軸承的動態(tài)特征系數(shù)是靜態(tài)位置的函數(shù),即偏心率ε和偏位角θ的函數(shù)。
??? 2.交叉剛度是刺激系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要因素之一。當外部阻尼為零時,系統(tǒng)的特征值實際上大于零,因此交叉剛度刺激系統(tǒng)不穩(wěn)定。
??? 3.保證主軸軸承系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是系統(tǒng)的所有特性值必須小于零。