?引 言

  

??? 现代制造技术的发展对机床的切割速度和精度要求越来越高。动态性能对适应高速旋转主轴的动压滑动轴承有很大影响。首先，动压滑动轴承为主轴系统提供了足够的阻尼，以确保主轴的稳定运行；其次，轴承弹性降低了主轴的实际临界速度，交叉刚度是导致系统不稳定的主要因素之一。因此，动压滑动轴承的动态性能分析和计算是设计具有良好动态性能的机床主轴系统的必要条件。

  

???

  

??? 根据润滑剂的不同，动压滑动轴承分为液压滑动轴承和气压滑动轴承。多油楔液压滑动轴承常用于机床主轴。

  

  

??? 动压滑动轴承以足够高的角度依靠主轴ω旋转，将一定粘度的润滑剂带入收敛的多油楔中，形成压力油膜承载荷。油膜的厚度取决于油楔的形状。油楔的形状是在轴瓦的内壁上加工曲线油槽，固定瓦有阿基米德曲线油槽（图）1(a))，有偏心园弧曲线油槽(图)1(b))，活动瓦挠支点B摆动能自动调节间隙，形成油楔(图1(c)).润滑剂在收敛的楔形间隙中流动。由于油层之间的剪切应力，流体动力产生，相对运动的两个表面被油膜隔离，形成纯液体摩擦。

  

??? 动压滑动轴承具有结构简单、运行平稳、抗振性好、噪声低、主轴系统强度刚度高、轴承可靠性高、承载能力高等特点。因此，动压滑动轴承广泛应用于机床主轴等行业的机械设备中。

  

??? 2 动压滑动轴承动态工作状态分析

  

??? 图2是机床主轴固定三油楔动压滑动轴承的原理图。在轴颈上作用外部载荷F，使轴颈中心O产生偏离至Oj，偏心率常用于偏离位置ε和偏位角θ表示：Oj(θε)，其中，ε=e/h0，e――偏心距，h0――轴承与轴颈的半径间隙，h0=Rr。

  

  

????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图2

  

??? 若外载荷F稳定载荷不随时间变化，轴颈中心Oj轴承的位置保持不变，并处于一定的偏心率ε和偏位角θ上，轴承油膜力P给轴颈和外载荷施加F这个位置相平衡Oj(ε、θ)称为静平衡位置。

  

??? 如果轴颈在静平衡位置挠动(如切削材料硬度不均匀或主轴重量不均匀产生离心力等。)，轴颈中心Ojo(下角标“o表示静平衡位置上的值，下同)将在静平衡位置作为微小位移，如图3所示，轴颈中心Ojo位移到Od，Od用于瞬时中心Δx和Δy表示，Od偏离Ojo距离称为动态位移，Od是轴颈的动态瞬时中心。

  

  

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图3

  

??? 将油膜力置于静平衡位置Δx和Δy泰勒的动态位移(Taylor)位移后的油膜力为:

  

  

??? 式中：Px、Py――轴颈中心位移后的油膜力；Pxj、Pyj――平衡位置的油膜力。八个系数定义为

  

  

??? 式中：Kij――轴承刚度系数，i.j=x.y

  

??? Cij――轴承的阻尼系数，i.j=x.y；

  

??? Kij?Cij――称为轴承的动态特性系数。

  

??? 从上面可以看出，滑动轴承的动态特性系数是静平衡位置的函数，即偏心率ε和偏离角θ的函数。

  

??? 水平方向和垂直方向动态位移相对静平衡位置的油膜力和增量的重量为：

  

??? ΔPx=Px-Pxj

  

??? ΔPy=Py-Pyj (3)

  

??? 由式(1)和式(2)得

  

?? (4)式中是多油楔动压滑动轴承中任一油楔油膜力增量表达式。式中下角标“i表示任何固定的油楔。

  

??? 有固定瓦S轴承油膜力的增量为：

  

  

???? 式中：

  

  

??? 型(5)和型(6)分别是多油楔动压滑轴承油膜力增量和动态特性系数的表达式。

  

??? 3

  

  

图4

  

?? 从图4可以看出，作用于轴颈的油膜力沿线OA和OB方向的重量是

  

  

??? 式中，P―平衡位置的油膜力(N/m2)，静态平衡方程可以解决。

  

??? 油膜力合力为：

  

  

???油膜力在静平衡位置上P与外载荷F平衡，PA、PB、F

  

  

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?图5

  

??? 三者形成封闭关系图5

  

??? tgθ=PA/PB (9)

  

??? 动态特性系数相似(2)，定义极坐标系AOB为：

  

??? 极坐标中油膜力增量AOB下可表示为：

  

???? 结 论

  

??? 1.动压滑动轴承的动态特征系数是静态位置的函数，即偏心率ε和偏位角θ的函数。

  

??? 2.交叉刚度是刺激系统不稳定的主要因素之一。当外部阻尼为零时，系统的特征值实际上大于零，因此交叉刚度刺激系统不稳定。

  

??? 3.保证主轴轴承系统稳定的条件是系统的所有特性值必须小于零。