淺析高精度重載靜壓中心架優(yōu)化設(shè)計

王偉順 陳棟梁 運同樹 吳 鵬

（齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

一 、靜壓中心架的特點

靜壓中心架與液體靜壓徑向軸承在設(shè)計、原理及性能等諸多方面有類似之處，具有如下的特點：

（1）摩擦阻力小。靜壓中心架為純液體潤滑，摩擦僅由壓力潤滑油層的粘性引起。潤滑油的粘性阻力遠遠小于干摩擦、半干摩擦產(chǎn)生的阻力和滾動摩擦的阻力，故工件和軸瓦接觸表面之間的摩擦阻力小，在中低轉(zhuǎn)速下由摩擦阻力引起的功率消耗小，傳動效率高。

（2）使用壽命長。工件和軸瓦由一層潤滑油膜將接觸表面隔開，摩擦副表面間不會直接接觸，因此無論是長期工作或頻繁的啟動、停止，摩擦副表面都不會發(fā)生磨損，故能長時間保證精度。

（3）轉(zhuǎn)速范圍廣。靜壓中心架在各種相對運動速度下都能保持液體潤滑作用和承載能力，油膜剛度受相對運動速度的變化影響較小。無論工件從低速至高速下以正向或反向轉(zhuǎn)動，支承均能獲得良好的性能。

（4）抗振性能好。靜壓中心架油腔內(nèi)的潤滑油層具有良好的吸振能力，使工件轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。

（5）工件回轉(zhuǎn)精度高。潤滑油膜具有平均誤差的作用，從而能減少工件和軸瓦制造不精確產(chǎn)生誤差造成的不良影響。

（6）適應(yīng)性好。通過適當(dāng)?shù)倪x擇油腔、封油邊的尺寸結(jié)構(gòu)和供油流量，能使靜壓中心架的承載能力達到所需要的指標(biāo)。利用油膜厚度的大小來控制工作狀態(tài)，使之能工作在最合理的條件下，實現(xiàn)高加工精度的要求。

圖1

圖2

圖3

二、靜壓中心架工作原理與結(jié)構(gòu)計

1 靜壓中心架的支承原理

本課題研究的靜壓中心架采用的是恒流量供油系統(tǒng)。使用這種供油方式不需要使用節(jié)油器，但每一個油腔都需要有一個流量相同的油泵。如圖1所示，油泵將恒定流量的潤滑油直接送入靜壓中心架各個油腔中。

壓力油在流動過程中會受到工件與軸瓦的微小間隙中產(chǎn)生的液阻作用。理論和實踐證明：油路中的壓力、流量、和液阻三者間的關(guān)系同電路中電壓、電流和電阻三者的關(guān)系相同，這樣就可以利用電路中的規(guī)律來研究油路系統(tǒng)。與電路中的歐姆定律類似有如下關(guān)系：

在油腔間隙的液阻作用下潤滑油在各油腔形成的液壓力，即承載力，將軸類零件浮起并處于靜壓中心架的中心位置，此時，工件和軸瓦之間各處的間隙相同均為h0，各油腔的壓力均為P0，工件受到各油腔的承載力互相平衡。

根據(jù)液體流動連續(xù)性方程可知，任何時候從油泵輸出的潤滑油流入靜壓中心架一個油腔的流量，恒等于靜壓中心架一個油腔往外流出的流量。因此當(dāng)工件和軸瓦之間的間隙h變小，出油液阻隨之變大，油腔壓力也會相應(yīng)變大，反之當(dāng)間隙h變大，油腔壓力則變小。油腔壓力是隨著載荷和工件重量的增減而變化的。

2 靜壓中心架的結(jié)構(gòu)設(shè)計

靜壓中心架結(jié)構(gòu)如圖2所示。每套中心架采用上下分體式結(jié)構(gòu)，上下體的連接通過螺栓和定位鍵實現(xiàn)。本靜壓中心架用于HT630X120/120L-NC機床，可支承的工件直徑范圍為 ，對應(yīng)不同直徑的工件需要選擇不同半徑的軸瓦支承塊進行支承。

每套靜壓中心架有三個支承，每個支承上有一個支承塊，工件的重量主要由靜壓中心架的中間支承塊支承，兩側(cè)支承塊主要起調(diào)整工件中心位和輔助工件定位的作用，中間支承塊為靜壓瓦，兩側(cè)支承塊為卸荷滑動瓦。中間支承塊下面有一球面瓦，可以自動調(diào)整支承塊實現(xiàn)360°任意方向的擺動，以適應(yīng)工件中心線因工件重量引起的撓度變化以及切削力引起的前后左右方向的變形。中間支承塊高低調(diào)整靠中間套筒下面的油缸驅(qū)動實現(xiàn)，油缸外裝有鎖緊螺母，由電機驅(qū)動鎖緊螺母將中間套筒鎖緊。為了適應(yīng)大型工件中心調(diào)整的準(zhǔn)確性，在三個支承瓦的調(diào)整上設(shè)有手動微調(diào)機構(gòu)。

3 中間支承塊的油腔結(jié)構(gòu)

單油腔靜壓支承不能抵抗偏載荷，靜壓支承一般都是多油腔設(shè)計。根據(jù)油腔間是否相通可以分為：多油墊靜壓支承和多油腔支承。油腔間有回油槽的支撐叫做多油墊靜壓支承，油腔之間沒有回油槽的支撐叫做多油腔支承。為了便于加工、裝配和維修，油腔通常開在固定件上，通常靜壓支承油腔結(jié)構(gòu)形式包括如下幾種：

（1）等深度油腔，這種結(jié)構(gòu)形式油腔摩擦功率小，軸承溫升低，多用于轉(zhuǎn)速高，主軸系統(tǒng)自重較小的中小型車床。

（2）圓弧形油腔，圓弧矩形油腔加工比較方便，通常用于小型車床。

（3）油槽形油腔，這種形式的油腔靜止時接觸面積大，抗振性好，但摩擦功率大，通常用于主軸自重大且轉(zhuǎn)速較低的車床。

（4）平底深油腔，這種油腔結(jié)構(gòu)加工較槽式油腔容易，能支承重載荷，軸承溫升較低，通常用于重型車床。

靜壓中心架應(yīng)用場合為重型數(shù)控鏜車床，工件重量大，采用的是平底深油腔的四油墊結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式可以實現(xiàn)在水平和垂直兩個方向上有效的支承，承載能力大大加強，最大可承載有效載荷150噸的工件。

結(jié)語

國家重大專項產(chǎn)品HT630X120/120L-NC主要用于大型轉(zhuǎn)子等軸類零件的加工，筆者公司為其配備了4套靜壓中心架，目前使用狀態(tài)良好，該項技術(shù)的成功運用，徹底打破了發(fā)達國家在該項技術(shù)上的壟斷，為我國造船、核電、運功等領(lǐng)域的高速發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。

[1]機床設(shè)計手冊組.機床設(shè)計手冊第三冊第二章“液體靜壓導(dǎo)軌”[M].北京：機械工業(yè)出版社.1986.

[2]唐金松.簡明機械設(shè)計手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社第三版，2009.

[3]聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.