[发明专利]一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法

说明书

本发明公开了一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法，为解决机床领域静压支撑技术易出现润滑失效的问题，提高静压轴承运行的可靠性，本发明通过针对不同尺寸的静压轴承单个斜面油垫，推导了静压轴承的动压承载方程，将液体动、静压轴承相结合，充分利用了二者的优点。步骤A、确定了斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域；步骤B、推导了斜面式双矩形腔静压推力轴承动压公式。本发明适用于重型机床领域确定斜面式油垫动压效应的计算方法。

技术领域

本发明涉及斜面式静压推力轴承动压效应的计算方法，尤其涉及一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法，属于重型机床技术领域。

背景技术

随着“中国制造2025”计划的提出，我国先进制造业得到了迅猛的发展，尤其高速加工技术及重型数控加工设备在包括军工、航天等诸多领域中得到了日益广泛的应用。其中重型静压推力轴承作为其核心部件，由于其结构尺寸大(直径D≥5米)运行时线速度较高，在高速、重载等极端工况下，会出现间隙润滑油膜温度骤升、润滑油粘度急剧下降、油膜迅速变薄、局部出现边界润滑或干摩擦，极易发生润滑失效的现象，而机床运行寿命的长短和加个精度的高低是由静压支撑油膜性能所决定的。因此探究如何补偿这一静压损失成为重型静压支撑性能研究的关键和目前亟待解决的问题。针对此难题，以斜面式双矩形腔静压支撑为研究对象，依据动压理论计算楔形油膜的承载力，进而获得动压效应的计算方法。

发明内容

本发明为解决上述关键问题，针对一种斜面式静压推力轴承，提出了一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法，从而有效利用其楔形油膜形成的动压来补偿润滑油的静压损失。

一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法按以下步骤实现：

步骤A、确定斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域，将单个油垫封油边分割成8个区域，包括油垫内外两油腔周向左右两侧四个封油边、径向上下两侧四个封油边，当工作台高速旋转时分别研究8个楔形油膜区域的承载情况。

步骤B、推导斜面式双矩形腔静压推力轴承动压公式如下：

首先，根据楔形动压理论，分别推导8个承载区的动压公式如下：

式中：μ为动力粘度；h为油垫整体楔形油膜最小厚度；ω为转台旋转角速度；θ为油膜楔形角度；r₁～r₈分别为8个楔形油膜区域中心到静压轴承中心的距离，其中r₁＝r₃为油垫外侧油腔周向左右两侧封油边中心到静压回转中心的距离，r₂＝r₄为油垫内侧油腔周向左右两侧封油边中心到静压回转中心的距离，r₅＜r₆＜r₇＜r₈其数值分别为油垫内外两油腔径向上下两侧封油边中心到静压回转中心的距离，L为楔形油膜长度，l₁为左右两侧封油边宽度；

其次，对以上公式进行简化，令K₁为油垫内外两油腔周向左侧封油边处结构尺寸参数；K₂为油垫内外两油腔周向右侧封油边处结构尺寸参数；K₃为油垫内外两油腔径向上下封油边处结构尺寸参数；其表达式分别如下：

则简化后8个区域的动压效应表达式分别为：