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工程设计学报
工程设计学报  2024, Vol. 31 Issue (5): 634-640    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2024.04.120
摩擦学与表面/界面技术     
缝隙节流液体静压轴承油膜刚度系数的研究
田助新1,3(),齐思田1,程春彦2,鹿怀庆2,3()
1.三峡大学 机械与动力学院，湖北 宜昌 443002
2.黄河水利职业技术学院 机械工程学院，河南 开封 475004
3.华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074
Research on oil film stiffness coefficient of slot throttling hydrostatic bearing
Zhuxin TIAN1,3(),Sitian QI1,Chunyan CHENG2,Huaiqing LU2,3()
1.College of Mechanical and Power Engineering, China Three Gorges University, Yichang 443002, China
2.School of Mechanical Engineering, Yellow River Conservancy Technical Institute, Kaifeng 475004, China
3.State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
 全文: PDF(1707 KB)   HTML
摘要：

油膜刚度系数是液体静压轴承的关键性能参数之一。针对缝隙节流液体静压轴承，推导了其油膜承载力的解析表达式，并在此基础上进一步推导了油膜刚度系数的解析表达式。相比于传统经验公式，采用该表达式的计算结果与实验结果更吻合。通过分析应用案例可知：油膜承载力与节流参数、主轴离心率均呈正相关关系；油膜正向刚度系数随着离心率的增大而减小，油膜交叉刚度系数随着离心率的增大而增大，并且正向刚度系数明显大于交叉刚度系数。利用该轴承油膜刚度系数的表达式，可以通过测量轴承运行过程中的轴心位置，实时得到轴承油膜刚度系数，从而对缝隙节流液体静压轴承的运行进行有效监控。
关键词： 液体静压轴承;  缝隙节流;  油膜刚度系数;  油膜承载力;  轴心位置    
Abstract:

Oil film stiffness coefficient is one of the key performance parameters of hydrostatic bearing. In the context of slot throttling hydrostatic bearing, the analytical expression for the oil film load capacity was deduced, and the analytical expression for the oil film stiffness coefficient was further derived on this basis. Compared with conventional empirical formula, the calculated results from this expression were in better agreement with the experimental results. Through the analysis of application cases, it could be seen that the oil film load capacity was positively correlated with throttling parameters and spindle eccentricity. The positive oil film stiffness coefficient decreased with the increase of eccentricity, whereas the cross oil film stiffness coefficient increased with the increase of eccentricity, and the positive stiffness coefficient was obviously greater than the cross stiffness coefficient. By using the expression for oil film stiffness coefficient of bearing, the oil film stiffness coefficient can be obtained in real time by measuring the bearing shaft center position in the running process of the bearing, and the operation of the slot throttling hydrostatic bearing can be effectively monitored.
Key words: hydrostatic bearing    slot throttling    oil film stiffness coefficient    oil film load capacity    journal center position
收稿日期: 2024-03-04 出版日期: 2024-10-30
CLC:  TH 117  
基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2020YFB2007600)
通讯作者: 鹿怀庆     E-mail: zhuxintian1987@sina.com;huaiqinglu@163.com
作者简介: 田助新（1987—），男，副教授，硕士生导师，博士，从事流体静压及动压支承系统研究，E-mail:zhuxintian1987@sina.com, https://orcid.org/0000-0002-5286-5714
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田助新
齐思田
程春彦
鹿怀庆

引用本文:

田助新,齐思田,程春彦,鹿怀庆. 缝隙节流液体静压轴承油膜刚度系数的研究[J]. 工程设计学报, 2024, 31(5): 634-640.

Zhuxin TIAN,Sitian QI,Chunyan CHENG,Huaiqing LU. Research on oil film stiffness coefficient of slot throttling hydrostatic bearing[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2024, 31(5): 634-640.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2024.04.120    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2024/V31/I5/634

图1  液体静压轴承结构示意图
图2  油垫上润滑剂流出示意图
图3  油垫结构尺寸示意图
图4  油腔压力和油膜刚度系数随供油压力的变化曲线
参数数值
轴承半径r/mm50
轴承长度l/mm100
半径间隙c/mm0.5
供油压力ps/MPa2
轴向封油边长度a/mm10
周向封油面的包角θ2/(o)12
油腔区域的包角θ1/(o)60
油腔数量/个4
油腔形状矩形
节流器类型缝隙节流
节流参数δs10, 20, 30, 40
轴承转速n/(r/min)1 500
轴承偏位角φ/(o)30
润滑剂黏度η/(Pa·s)0.008 7
润滑剂密度ρ/(kg/m3)870
表1  液体静压轴承的相关参数
图5  不同节流参数下油膜承载力随主轴离心率的变化曲线
图6  不同节流参数下油膜刚度系数随主轴离心率的变化曲线
图7  轴承轴心位置测量示意图
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