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液体静压轴承的节流方式及其特点

2021.10.28

液体静压主轴回转精度的高低,直接受液体静压轴承刚度的制约。通常情况下,液体静压轴承的刚度越高,主轴旋转过程中抵抗动不平衡力、切削载荷和外界扰动的能力越强,其回转精度也越高。

对于同样结构尺寸、油膜间隙、供油压力和润滑介质的液体静压轴承来说,影响轴承刚度最大的因素是节流方式及其节流参数。

目前,液体静压轴承采用的节流方式主要可分为固定节流、可变节流和可控节流三类。

其中固定节流又包括毛细管节流、小孔节流、缝隙节流和多孔质节流,可变节流包括薄膜反馈节流、PM节流、滑阀反馈节流和表面反馈节流(腔内/腔外、三线槽/平台)等。

固定节流器和可变节流器的设计大都遵循“最佳节流比”原则,即通过优化节流器和液体静压轴承的参数获得最佳刚度。但“最佳节流比”仅在特定转速范围和小偏心率范围内有效,一旦转速范围扩大导致油膜动压效应显著变化,或载荷变化引起偏心导致的封油边液阻变化,“最佳节流比”就不再成立,所预期的“最佳刚度”就难以保证。

可变节流虽能够实现比固定节流更高的油膜刚度,但仍存在着与固定节流共同的缺点,即节流特性“可变”但不“可控”。节流器一旦安装到主轴上,其节流特性就不能人为调节控制,只能被动地随轴承油腔压力变化。

可控节流是针对固定节流和可变节流的不足,在可变节流的基础上引入控制油腔压力主动控制来实现不同载荷工况下均能实现刚度最大化的节流方法。工作时,进入节流器的润滑油分为两路,一路为工作油路,经环面节流缝隙进入轴承油腔;另一路为控制油路,经固定节流进入节流器端部的控制油腔。当油腔压力增大时,阶梯节流柱向上移动,环面节流间隙长度减小,节流液阻减小,进入轴承油腔的润滑油流量增加;当油腔压力减小时,反之。

可控节流不仅克服了传统固定节流方式节流比固定、不可控的缺陷,而且由于载荷分级控制对可控环节的动态响应时间要求不高,避免了在线主动节流控制中控制系统动态响应滞后于静压轴承本身的动态响应的局限性。