Конструирование мехатронных модулей

Расчет параметров упорного 
гидростатического подшипника

Для модернизации главного движения металлорежущих станков предлагается использовать мотор-шпиндели с упорными гидростатическими подшипниками.

В шпиндельных узлах (ШУ) с гидростатическими опорами, работающих при небольших осевых нагрузках (например, в станках для врезного шлифования), часто применяют упорные гидростатические подшипники (УГП).

Положение шпинделя, определяемое осевым зазором h (рисунок 2, а) в УГП, устанавливается автоматически (при подаче масла под давлением р_н в систему питания опор) вследствие действия постоянной осевой силы со стороны кармана 2. Это позволяет выбрать общий осевой зазор на порядок больше рабочего зазора h и тем самым снизить трудоемкость изготовления и сборки ШУ.
    Рисунок 2 – Упорный гидростатический подшипник для шпиндельного узла типа шпиндель-поршень: а - входные дроссели размещены во втулках радиальных подшипников (схема I); б - входные дроссели размешены вне радиальных подшипников (схема II); в – электрическая модель при статической нагрузке (н и с - узловые точки (нагнетание и слив), разность потенциалов между которыми соответствует давлению р_н в системе питания опоры).

В ШУ, изображенном на рисунке 2, а (схема I) масло от насоса под давлением р_н поступает в кольцевые камеры, а затем в карманы 1 и 2 УГП через кольцевые щели с высотой, равной зазору h_r в радиальном подшипнике, и длиной, равной ширине перемычки l₁(l₂). Эти щели являются дросселями трения, так как при h_r >> l₁(l₂) течение жидкости в них ламинарное.

Таким же дросселем является и щель на сливе масла из кармана 2, потому что h_с<<l_с. При любом осевом положении шпинделя в кармане 2 будет избыточное давление, зависящее только от соотношения гидравлических сопротивлений указанных дросселей. Из кармана 1 масло сливается через щель между торцевыми поверхностями бурта, отделяющего этот карман от дренажной полости (в данном случае атмосферы), и ступени на шпинделе.

В отличие от рассмотренной схемы в схеме II (рисунок 2, б) масло в карманы 1 и 2 подается через автономные дроссели, обычно капиллярного типа в виде каналов круглого или треугольного сечения.

Конструктивные схемы I и II различаются расположением входных дросселей трения и их геометрическими характеристиками.

Размещение дросселей по схеме I целесообразно, когда в радиальной опоре применен подшипник с внутренним дросселированием и для подвода масла к обоим подшипникам ШУ можно ограничиться одной обшей кольцевой камерой с давлением р_н.

При выборе конструктивных параметров данного УГП оценивают их влияние на основные характеристики подшипника, к которым при статических расчетах относят: жесткость и несущую способность, геометрические параметры дросселей трения и расход масла, а также потери мощности источника питания гидросистемы (на прокачку масла) и привода вращения шпинделя (на жидкостное трение).

Скачать поный расчет архиве в формате MS Word