液体静压轴承作用原理

供油压力恒定系统的液体静压轴承和轴瓦的构造。外部供给的压力油通过补偿元件后从供油压力降至油腔压力，再通过封油面与轴颈间的间隙从油腔压力降至环境压力。多数轴承在轴不受外力时，轴颈与轴承孔同心,各油腔的间隙、流量、压力均相等，这称为设计状态。当轴受外力时轴颈位移，各油腔的平均间隙、流量、压力均发生变化，这时轴承外力与各油腔油膜力的向量和相平衡。补偿元件起自动调节油腔压力和补偿流量的作用，其补偿性能会影响轴承的承载能力、油膜刚度等。供油压力恒定系统中的补偿元件称为节流器，常见的有毛细管节流器、小孔节流器、滑阀节流器、薄膜节流器等多种。供油流量恒定系统中的补偿元件有定量泵和定量阀。补偿元件不同，轴承载荷-位移性能也不同。由于轴的旋转，在轴承封油面上有液体动压力产生，有利于提高轴承的承载能力。这种现象称为动压效应，速度越高，动压效应也越显著。

（1）液体静压轴承按回油方式分：有周向回油，无周向回油，腔内孔式回油。

（2）液体静压轴承还可分成：径向轴承、推力轴承和径向推力轴承（如图2所示） 。它有供油压力恒定和供油流量恒定两种系统。供油压力恒定系统较为常用。

主轴的滑动轴承，按其产生油膜压强的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。动压轴承是靠轴的转动形成油膜而具有承载能力的。承载能力与滑动速度成正比，低速时，承载能力低。静压轴承油膜较厚，对轴颈和轴瓦的圆度误差能起均化作用(图1)故静压轴承还用于精度要求较高的主轴。静压轴承需要一套供油设备(液压泵、电动机、油箱)对油的洁净度要求也较高。所以能用动压轴承应尽量用动压轴承，只有动压轴承不能满足要求(如低速，转速变化大，高精度)时才用静压轴承 。

1862年，法国的L.D.吉拉尔发明液体静压轴承，指出摩擦系数可小至1/500。1917年，英国科学家瑞利发表求解液体静压推力轴承的承载能力、流量和摩擦力矩方程。1938年，美国在大型天文望远镜上应用液体静压轴承，承载总重量500吨,每昼夜转动一周，驱动功率仅1/12马力。1948年法国开始把液体静压轴承用于磨床上。现代液体静压轴承已成功地用于重型、精密、高效率的机器和设备上。

随着机器向高效、精密的方向发展，静压轴承技术也面临挑战。

（1）对于静压轴承，温度的影响严重地存在。要采取降温措施。设计时应考虑由于材料热膨胀系数的差异引起轴承间隙的变化。

（2）进一步地完善磨床主轴结构，采用合适的油腔数目、参数，磨削精度可以进一步提高。

（3）为进一步提高轴系的动态刚性，目前机床静压轴承正向提高供油压力方向发展，以适用于粗精加工的需要。

（4）在高速、重载的下工作的静压主轴，要综合考虑动压效应、热效应、挤压膜效应、油可压缩性效应，以及轴与轴承弹性变形的影响。

（5）静压轴承的标准化，系列化设计和作为通用零件出售，是静压技术成熟的标志。磨床静压主轴标准化，系列化设计等。这些都标志着我国静压技术发展进入了一个新阶段。

（6）尽管静压轴承的制造已不困难，但轴承和主轴的制造工艺还有很大的改进失地。其基本要求是如何保证和提高前、后径向轴承的同心度和推力轴承与径向轴承内孔的垂直度。

（7）静压轴承供油系统中，过滤器还有进一步改进研制的必要。过滤器精度如能控制在5微米以下，就能确保静压主轴的性能和使用寿命。

（8）还应从事应用静压主轴改进现有制造工艺的研究，如要获得与一般主轴相同的制造精度，对于砂轮主轴可采用大粒度砂轮，快速修正来提高效率，也可用CBN砂轮；可以合并工序，减少磨削工序，在产品质量允许的情况下，实现粗精一次装夹磨出:甚至实现以磨代车或以磨代超等工艺。以提高效率 。2100433B

设计液体静压轴承时应根据要求性能进行优化，如要求承载能力最大，油膜刚度最大，位移最小,功耗最少等。为增大轴承的动压效应和减少流量,液体静压轴承的封油面宜适当取宽些；为提高轴承的油膜刚度，轴承间隙宜适当取小些；轴承的温升、流量与供油压力成正比，泵功耗与供油压力的平方成正比，故在满足承载能力的前提下供油压力不宜过高。设计状态下的油腔压力与供油压力之比称为压力比。它是影响轴承性能的重要参数，可根据对承载能力、油膜刚度和位移等不同要求选取。按设计状态下油膜刚度最大的原则选取时,压力比为：毛细管节流器0.5，小孔节流器 0.586。润滑油粘度应根据轴承的摩擦功耗和泵功耗之和为最小的原则选取。对于中等以下速度的轴承，摩擦功耗与泵功耗之比为1～3时，总功耗为最小。

液体静压轴承，即在轴承两个滑动表面之间输入足以平衡轧制力及轧辊自重的高压油，靠油的静压力使辊颈在轴承中浮起，无论何时均能实现液体摩擦。因为动压轴承的摩擦条件只有在一定转速条件下才能形成，启动之前不允许大负荷，而且其油膜厚度随轧制速度的变化而变化，直接对轧制精度有影响。故实际生产中若轧机存在经常启动制动和正反转时，就不易保持液体摩擦状态，而液体静压轴承克服了以上缺点。