大型平面磨床主轴轴承的总体设计

研磨者

大型平面磨床主轴轴承的总体设计

作者:康俊远,徐进, 组合机床与自动化加工技术

0引言根据对表面节流式动静压轴承的研究结果,将这一轴承运用到大型(M3724)平面磨床磨 头轴承的改造之中。因为表面节流式深浅腔动静压轴承在轴不旋转时具有明显的静压轴承特性,这 是入口处孔式环面和浅腔节流作用的结果。当轴旋转时,则显示为油楔承载的动压效应,所以这是 一种合理的动静压轴承型式。1设计任务及轴承方案选择1.1工艺要求和基本数据1.1.1工 艺要求(1)可实现起动、停车、工作时均无机械摩擦和磨损。(2)刚度高,抗振性能好,转动 平衡,噪音低、功耗小,寿命长。(3)主轴的径向摆动为0.015mm,轴向窜动为0.01 5mm。精磨后工件厚度误差为每1000mm长为0.015mm,加工件的粗糙度达到Ra0 .8。1.1.2基本数据(1)磨头主轴直径D=80mm。(2)轴承孔直径?=190mm 。(3)前后轴承支承距离S=362mm。(4)磨头电动机功率W=28kW,轴转速ω=1 400转/分。1.2轴承方案选型根据对孔式环面深浅腔结构的动静压轴承的研究发现:这类轴 承具有良好的静压和动压特征,且刚度较大;采用阶梯腔结构型式,节流孔直接加工在轴瓦上,加 工较为方便;采用深腔结构对防止润滑油堵塞比较有利,可确保轴承的液体润滑效果和降低对润滑 油清洁度的要求。综前所述,并考虑到M3724平面磨床主轴直径较大,故拟采用四腔阶梯结构 的深浅腔进油结构型式如图1所示。图1阶梯腔孔式环面节流轴承图2磨头轴承组件其中[s:4]—主 轴直径;L—轴承长度;hL—浅腔深度;hd—深腔深度;b1—封油边长度;h0—半径间隙 ;d0—进油孔直径;1θ—深腔周向宽度;2θ—浅腔周向宽度;3θ—周向封油边宽度2轴承 结构设计2.1结构形式选择和尺寸设计采用四腔结构孔式环面节流结构,其中深浅腔设计为圆弧 状结构,以利于加工和防止润滑油堵塞。根据径向轴承的设计参考数据,结构尺寸对此类轴承的影 响的研究以及轴承运行工况的合理取值范围,以及加工和润滑条件对本轴承的基本结构尺寸和工况 运行参数选择如下[s:3]1)基本尺寸:1)油腔数N,N=42)长径比L,L=13)深腔比h d,hd=4.334)浅腔比hL,hL=2.05)轴向封油边b1,2b1/L=0.25 6)进油孔直径d0,d0=1mm7)深腔周向宽度1θ,1θ=10°8)浅腔周向宽度2θ ,2θ=60°9)周向封油边宽度3θ,3θ=20°(上下游各10°)(2)运行参数选择 1)轴承供油压力ps,ps=2MPa2)润滑油粘度η,η=1.72×10-3Pa·s( 3号主轴油)(3)半径间隙h0的选择前面研究说明h0的选取对轴承的刚度影响是较大的,根 据工程实践经验,对于主轴直径在50~100mm范围内的轴承,通常可在以下范围内选取h0 =(0.0003~0.0008)D/2取h0=15um,因此相应的深浅腔深度分别为:h d=0.065mm、hL=0.030mm。2.2磨头轴承组件的结构总图根据轴承的基本参 数和上述所选取的结构参数,并考虑加工条件和构造要求,设计出磨头轴承组件如图2所示。3轴 承性能校核计算3.1承载能力核算此类轴承的承载能力F为:F=FpsLD其中:F—无量纲 承载力,F=1KBLKB—承载力系数,对于径向轴承可取KB=3固本轴承的承载力约为:F =19.6×8×83×1=4180N3.2刚度核算经向轴承的刚度J为:J=2Fe本轴承 将控制ε≤0.6,因此e=0.6×0.015=0.009mm因此J=2×4180.00 9×103=910N/μm3.3耗油量的计算此类轴承的单腔的耗油量Q为[s:12]=Kcπd2 042(ps-p)ρ对于此类孔口节流流量系数:KC=0.6。对于此类孔口节流比:β=p sp=1.71,因此,p=ps1.71=1.71MPa。相应轴承的单腔的供油流量Q1为[s:12]1=0.6×3.14×(0.1)242(19.6-14.2)8.3×10-7=1.2625l/m in则总耗油量[s:12]=4Q1=5.05 l/m in4液压站的设计设计要求:确保轴承进油口处的压力恒定在ps=2MPa处,其压力脉动应<5%,轴承的供油流量不小于5 l/m in,轴承润滑油不得含机械杂质且清洁度应达到NA57级,需采用冷却和调温系统,以确保润滑 油油温保持在45±5℃的水平上,液压系统应放置压力指示,超压和低压报警以及系统失压保护 的措施。设计的液压站系统原理图如图3所示。图3液压原理图4.1油泵选择根据轴承供油压力ps和供油流量Q的要求,油泵的额定压力p0和额定流量Q0应满足:p0=ps+Δp=3·MPaQ0=KQ=6 l/m in故选用YB1—10型油泵,其额定压力为6.3MPa,额定流量为10 l/m in。原驱动功率:N=p0Q0tη取ηt=0.8,N=3×106×6×10-30.8×6 0=0.75kW4.2蓄能器的选择根据液压系统设计手册,吸收压力脉动的蓄能器其容量的计 算式为:V=K·qp0p111.4-p0p211.4其中:K—泵结构系数,叶片泵可取K =0.8,q—泵排量(l);p0—充气压力(Pa);p1—最低工作压力(Pa);p2— 最高压力(Pa)。5小结通过应用表面节流式深浅腔动静压轴承改造大型平面磨床(M3724 )磨头的成功,说明该类轴承不仅可用于小型磨床磨头的改造,而且对大型磨床磨头轴承的改造也 同样适用,同时为这类轴承的结构设计、运行参数的选取提供了一定的理论依据。大型平面磨床主轴轴承的总体设计@康俊远$广东轻工职业技术学院!广州510300
@徐进$广东轻工职业技术学院!广州510300在相关理论研究的基础上,将表面节流结构的动 静压轴承应用于M3724大型平面磨床磨头组件的改造中,完成了磨头组件及相应液压站的技术 设计。利用动静压轴承技术用于大型磨床的改造尝试,不仅对轴承技术发展有一定的充实作用,也可为其他大型设备的改造提供一个范例。

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