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液體靜壓軸承的節(jié)流方式及其特點

2021.10.28

液體靜壓主軸回轉精度的高低,直接受液體靜壓軸承剛度的制約。通常情況下,液體靜壓軸承的剛度越高,主軸旋轉過程中抵抗動不平衡力、切削載荷和外界擾動的能力越強,其回轉精度也越高。

對于同樣結構尺寸、油膜間隙、供油壓力和潤滑介質的液體靜壓軸承來說,影響軸承剛度最大的因素是節(jié)流方式及其節(jié)流參數。

目前,液體靜壓軸承采用的節(jié)流方式主要可分為固定節(jié)流、可變節(jié)流和可控節(jié)流三類。

其中固定節(jié)流又包括毛細管節(jié)流、小孔節(jié)流、縫隙節(jié)流和多孔質節(jié)流,可變節(jié)流包括薄膜反饋節(jié)流、PM節(jié)流、滑閥反饋節(jié)流和表面反饋節(jié)流(腔內/腔外、三線槽/平臺)等。

固定節(jié)流器和可變節(jié)流器的設計大都遵循“最佳節(jié)流比”原則,即通過優(yōu)化節(jié)流器和液體靜壓軸承的參數獲得最佳剛度。但“最佳節(jié)流比”僅在特定轉速范圍和小偏心率范圍內有效,一旦轉速范圍擴大導致油膜動壓效應顯著變化,或載荷變化引起偏心導致的封油邊液阻變化,“最佳節(jié)流比”就不再成立,所預期的“最佳剛度”就難以保證。

可變節(jié)流雖能夠實現比固定節(jié)流更高的油膜剛度,但仍存在著與固定節(jié)流共同的缺點,即節(jié)流特性“可變”但不“可控”。節(jié)流器一旦安裝到主軸上,其節(jié)流特性就不能人為調節(jié)控制,只能被動地隨軸承油腔壓力變化。

可控節(jié)流是針對固定節(jié)流和可變節(jié)流的不足,在可變節(jié)流的基礎上引入控制油腔壓力主動控制來實現不同載荷工況下均能實現剛度最大化的節(jié)流方法。工作時,進入節(jié)流器的潤滑油分為兩路,一路為工作油路,經環(huán)面節(jié)流縫隙進入軸承油腔;另一路為控制油路,經固定節(jié)流進入節(jié)流器端部的控制油腔。當油腔壓力增大時,階梯節(jié)流柱向上移動,環(huán)面節(jié)流間隙長度減小,節(jié)流液阻減小,進入軸承油腔的潤滑油流量增加;當油腔壓力減小時,反之。

可控節(jié)流不僅克服了傳統固定節(jié)流方式節(jié)流比固定、不可控的缺陷,而且由于載荷分級控制對可控環(huán)節(jié)的動態(tài)響應時間要求不高,避免了在線主動節(jié)流控制中控制系統動態(tài)響應滯后于靜壓軸承本身的動態(tài)響應的局限性。