一種用于重型軋輥磨床砂輪主軸的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承的制作方法
【專利摘要】一種用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，包括五個(gè)靜壓腔、弧形淺腔、三個(gè)軸向回油槽，上、下靜壓腔為一對(duì)置油腔，位于軸承垂直線上；前靜壓腔中心位于軸承水平線右邊并靠近磨削工件；前靜壓腔同左側(cè)后靜壓腔及右側(cè)后靜壓腔對(duì)置且其水平中線在一個(gè)水平面上，左側(cè)后靜壓腔和右側(cè)后靜壓腔沿軸承寬度中心對(duì)稱分布；動(dòng)壓腔為動(dòng)壓封油面除去左側(cè)后靜壓腔和右側(cè)后靜壓腔的部分；三個(gè)軸向回油槽分別設(shè)在前靜壓腔上、下兩端及上靜壓腔左側(cè)，所述五個(gè)靜壓油腔分別同相應(yīng)進(jìn)油(7)連通；弧形淺腔設(shè)在下靜壓腔與動(dòng)壓腔之間。毛細(xì)管節(jié)流器尺寸選擇有要求。它不但保證主軸在高速下具有很高的承載能力和較低的溫升，而且還具有抗主軸傾斜能力。
【專利說明】一種用于重型軋輥磨床砂輪主軸的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軸承，進(jìn)一步是指用于重型軋輥磨床砂輪主軸的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，該軸承利用了靜壓、動(dòng)壓油膜混合效應(yīng)的原理，所設(shè)計(jì)出的動(dòng)靜壓混合軸承在高速下具有高的承載能力、剛度、回轉(zhuǎn)精度和較低的溫升，還具有一定的抗主軸傾斜能力。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，軋輥磨床砂輪主軸中采用動(dòng)靜壓軸承越來越多。隨著軋輥磨床向高效、重載、高速、高精度方向逐步發(fā)展，要求其砂輪主軸中動(dòng)靜壓軸承承載能力高剛度高、軸承性能受潤(rùn)滑油溫升影響小、抗主軸傾斜能力強(qiáng)。目前軋輥磨床砂輪主軸動(dòng)靜壓軸承結(jié)構(gòu)如專利號(hào)為ZL200520074843.2，開設(shè)了 3個(gè)靜壓腔和I個(gè)動(dòng)壓腔，主軸在啟動(dòng)和工作時(shí)靠上述油腔共同作用來承受外載荷，充分利用了靜壓和動(dòng)壓混合效應(yīng)，軸承油膜剛性較高。但是這種結(jié)構(gòu)軸承在工作狀態(tài)下承載能力不大，軸承潤(rùn)滑油溫升較高且性能受溫升影響較大，抗主軸傾斜能力較低；這可能會(huì)導(dǎo)致軸承軸向邊緣與主軸發(fā)生接觸碰撞磨損。
[0003]綜上所述，怎樣在保證軸承的性能受潤(rùn)滑油溫升影響小，充分利用動(dòng)靜壓混合效應(yīng)來提高軸承的承載能力，能在一定程度上提高主軸的抗傾斜能力，這些都是設(shè)計(jì)高速高效重型軋輥磨床砂輪主軸軸承時(shí)迫切需要解決的難點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，為了克服上述技術(shù)上的不足，提出一種用于重型軋輥磨床砂輪主軸的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，它不但可以保證在高速下具有較高的承載能力和較低的溫升，而且還具有一定的抗主軸傾斜能力。
[0005]本發(fā)明所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在軸承腔壁設(shè)有上靜壓腔、前靜壓腔、下靜壓腔、左側(cè)后靜壓腔和右側(cè)后靜壓腔、弧形淺腔、動(dòng)壓腔、三個(gè)軸向回油槽、進(jìn)油孔；所述上靜壓腔與下靜壓腔為一對(duì)置油腔，該兩個(gè)油腔中心位于軸承垂直線上；前靜壓腔2中心位于軸承水平線的右邊，且該靜壓腔靠近磨削工件；前靜壓腔同左側(cè)后靜壓腔及右側(cè)后靜壓腔對(duì)置且其水平中線在一個(gè)水平面上，左側(cè)后靜壓腔和右側(cè)后靜壓腔沿軸承寬度中心對(duì)稱分布；位于前靜壓腔對(duì)面的動(dòng)壓腔為動(dòng)壓封油面除去左側(cè)后靜壓腔和右側(cè)后靜壓腔的部分；三個(gè)軸向回油槽分別設(shè)在前靜壓腔上、下兩端及上靜壓腔I左側(cè)，所述五個(gè)靜壓油腔分別同相應(yīng)進(jìn)油孔連通；弧形淺腔開在下靜壓腔與動(dòng)壓腔之間。
[0006]以下對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
[0007]本發(fā)明中，當(dāng)軋輥磨床砂輪主軸在啟動(dòng)前，所述五個(gè)毛細(xì)管節(jié)流靜壓油腔通入壓力油，在各靜壓油腔的靜壓作用下砂輪主軸浮起，可以使砂輪主軸與動(dòng)靜壓混合軸承不發(fā)生接觸，這避免了主軸與軸承之間發(fā)生碰撞刮擦。隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大，動(dòng)壓腔5以及弧形淺腔4的動(dòng)壓效應(yīng)明顯增大，與所述五個(gè)毛細(xì)管節(jié)流靜壓油腔結(jié)合起來共同來承載。鑒于軋輥磨床受力的特殊性(由前靜壓腔指向動(dòng)壓面方向的力可達(dá)上萬牛頓，上、下靜壓腔承受的力相對(duì)較??；而且受力方向保持不變)，實(shí)際上主要的外載荷還是由動(dòng)壓腔5以及弧形淺腔4在砂輪主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的動(dòng)壓效應(yīng)來承受；正是由于動(dòng)壓腔5以及弧形淺腔4的動(dòng)壓效應(yīng)，大大的提高了油膜的承載力以及剛度。但是高速軸承的潤(rùn)滑油溫升較高；動(dòng)靜壓軸承的動(dòng)壓腔溫升高而靜壓腔溫升相對(duì)較低，溫度變化較大。但是弧形淺腔軸承在高速下溫升低于階梯淺腔軸承。同時(shí)，毛細(xì)管節(jié)流靜壓軸承的載荷和剛度與潤(rùn)滑油的粘度及溫升無關(guān)，軸承容許間隙的制造誤差大一些，容許軸承的工作溫度變化大，這很適合該動(dòng)靜壓軸承潤(rùn)滑油溫升變化大的情況。
[0008]左側(cè)后靜壓腔8和右側(cè)后靜壓腔9這兩靜壓腔，還具有一定的抗主軸傾斜的能力，這樣也可以在一定程度上降低由于主軸的傾斜而與軸承發(fā)生刮擦的可能性。此外，靜壓油膜還能起到均化軸承的制造誤差的作用。
[0009]本發(fā)明中，由于所述軸承用在重型軋輥磨床主軸上，其受力很大而且方向保持不變從前腔指向后腔。砂輪主軸靜止?fàn)顟B(tài)下的軸承受力主要由所述五個(gè)毛細(xì)管節(jié)流靜壓油腔共同來承受；當(dāng)砂輪主軸高速工作旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承絕大部分承載力由動(dòng)壓面產(chǎn)生的流體動(dòng)壓力來承受，即該軸承在砂輪主軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下主要靠動(dòng)壓腔5同該主軸之間的間隙形成的流體動(dòng)壓潤(rùn)滑力來承載。正因?yàn)樵撦S承受力的特殊性，其所述五個(gè)靜壓腔所成毛細(xì)管節(jié)流器尺寸參數(shù)(包括長(zhǎng)度和內(nèi)徑)最好采用一定原則進(jìn)行選擇。
[0010]所述五個(gè)靜壓油腔的毛細(xì)管節(jié)流器尺寸參數(shù)的具體優(yōu)化選擇原則為:設(shè)計(jì)載荷(空載)狀態(tài)下保證前靜壓腔2的油壓為軸承供油壓力的1/4倍大小，而上靜壓腔I與下靜壓腔3的油壓為軸承供油壓力的1/2倍大小，這樣就可以根據(jù)設(shè)計(jì)載荷(空載)下的壓力關(guān)系再結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)理論公式(軸承流量平衡方程)定好軸承上靜壓腔1、下靜壓腔3以及前靜壓腔2的毛細(xì)管節(jié)流器尺寸參數(shù)，左側(cè)后靜壓腔8和右側(cè)后靜壓腔9的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)可參照上靜壓腔1、下靜壓腔3的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)來進(jìn)行選擇。
[0011]所述五個(gè)靜壓油腔的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)的具體設(shè)計(jì)過程如下:
[0012]在空載且軸承與主軸同心條件下，根據(jù)軸承流量平衡方程(通過毛細(xì)管節(jié)



流器流入油腔的流量&等于從油腔內(nèi)流出的流量Q。)，即:
【權(quán)利要求】
1.一種用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，在軸承腔壁設(shè)有上靜壓腔(I)、前靜壓腔(2)、下靜壓腔(3)、左側(cè)后靜壓腔(8)和右側(cè)后靜壓腔(9)、弧形淺腔(4)、動(dòng)壓腔(5)、三個(gè)軸向回油槽(6)、進(jìn)油孔(7);所述上靜壓腔(I)與下靜壓腔(3)為一對(duì)置油腔，該兩個(gè)油腔中心位于軸承垂直線a上；前靜壓腔(2)中心位于軸承水平線b的右邊，且前靜壓腔(2)靠近磨削工件；前靜壓腔(2)同左側(cè)后靜壓腔(8)及右側(cè)后靜壓腔(9)對(duì)置且其水平中線在一個(gè)水平面上，左側(cè)后靜壓腔(8)和右側(cè)后靜壓腔(9)沿軸承寬度中心對(duì)稱分布；位于前靜壓腔(2)對(duì)面的動(dòng)壓腔(5)為動(dòng)壓封油面除去左側(cè)后靜壓腔(8)和右側(cè)后靜壓腔(9)的部分；三個(gè)軸向回油槽(6)分別設(shè)在前靜壓腔(2)上、下兩端及上靜壓腔(I)左側(cè)，所述五個(gè)靜壓油腔分別同相應(yīng)進(jìn)油孔(7)連通；弧形淺腔(4)設(shè)在下靜壓腔(3)與動(dòng)壓腔(5)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，所述弧形淺腔(4)為矩形腔，該腔最深處深度與砂輪主軸和軸承配合間隙為同一數(shù)量級(jí)，該弧形淺腔(4)深度隨著潤(rùn)滑油流動(dòng)的方向逐漸減小，最后與軸承動(dòng)壓封油面平齊；弧形淺腔(4)軸向長(zhǎng)度與上靜壓腔(I)或前靜壓腔(2)或下靜壓腔(3)的軸向長(zhǎng)度取值大小相同；上靜壓腔(I)、前靜壓腔(2)、下靜壓腔(3)的軸向長(zhǎng)度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，所述三個(gè)軸向回油槽出)的深度相同，所述上靜壓腔(I)、前靜壓腔(2)、下靜壓腔(3)、左側(cè)后靜壓腔(8)、右側(cè)后靜壓腔(9)的深度相同，所述回油槽(6)的深度與所述靜壓油腔的深度相同，對(duì)應(yīng)進(jìn)油孔(7)分別開在所述五個(gè)靜壓油腔的中心位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，所述前靜壓腔(2)上、下兩端的兩個(gè)回油槽寬度為上靜壓腔(I)左側(cè)回油槽的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，所述左側(cè)后靜壓腔(8)和右側(cè)后靜壓腔(9)都為矩形腔，其深度取砂輪主軸與軸承配合間隙的50~100倍，其寬度取1/4~1/3倍的軸向封油邊長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，所述上靜壓腔(I)、前靜壓腔(2)與下靜壓腔(3)的任一腔的毛細(xì)管節(jié)流器尺寸參數(shù)采用以下方法確定: 設(shè)計(jì)載荷(空載)狀態(tài)下保證前靜壓腔(2)的油壓為軸承供油壓力的1/4倍，而上靜壓腔(I)與下靜壓腔(3)的油壓為軸承供油壓力的1/2倍，由此根據(jù)設(shè)計(jì)載荷(空載)下的壓力關(guān)系運(yùn)用軸承流量平衡方程確定軸承上靜壓腔(I)、下靜壓腔(3)以及前靜壓腔(2)的毛細(xì)管節(jié)流器尺寸參數(shù)，左側(cè)后靜壓腔(8)和右側(cè)后靜壓腔(9)的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)按照上靜壓腔(I)、下靜壓腔(3)的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于重型軋輥磨床砂輪主軸上的毛細(xì)管節(jié)流動(dòng)靜壓混合軸承，其特征是，所述軸承流量平衡方程確定所述毛細(xì)管節(jié)流器尺寸參數(shù)過程是: 在空載且軸承與主軸同心條件下，設(shè)通過毛細(xì)管節(jié)流器流入油腔的流量Qm等于從油腔內(nèi)流出的流量Q。，即Q。。= Q。，而:Q - —(— + 26*, )^,
6/;/, Rb'
_ KdcUA --Pii) _ 一—128"/ ，， 式中:R為軸承半徑；Η為潤(rùn)滑油粘度；1工為軸承軸向封油邊長(zhǎng)度；1為軸承油腔長(zhǎng)度；匕為軸承周向封油邊長(zhǎng)度；PS為軸承供油壓力；匕為軸承油腔壓力；Θ i為軸承油腔張角之半；dc為毛細(xì)管節(jié)流器內(nèi)徑；1。為毛細(xì)管節(jié)流器長(zhǎng)度為軸承半徑間隙。 左后側(cè)靜壓油腔和右后側(cè)靜壓油腔的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)與上、下靜壓腔的毛細(xì)管節(jié)流器參數(shù)取值相同。
【文檔編號(hào)】B24B41/04GK103962948SQ201410171752
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】郭力, 胡靖 , 曹姍 申請(qǐng)人:湖大海捷(湖南)工程技術(shù)研究有限公司