Проектування гідростатичних підшипників - Промисловість, виробництво

2.13 Проектування гідростатичних підшипників

Гідростатичні підшипники застосовують у верстатах будови, приладобудуванні, турбобудуванні та інших галузях промисловості. Внаслідок того, що обертова поверхня завжди відокремлена від шару мастильної рідини, що не обертається, вони забезпечують високу точність обертання, практично необмежену довговічність, дуже високу навантажувальну здатність при будь-якій швидкості, в металорізальних верстатах дозволяють отримати високу якість поверхні оброблюваного виробу. Висока демпфуюча здатність гідростатичних підшипників значно підвищує вібростійкість верстата та його продуктивність. Гідростатичні підшипники використовують як датчики, в приводах мікропереміщень, в системах адаптивного управління. Усе це визначає перспективність їхнього подальшого використання у машинобудуванні.

2.13.1 Принцип роботи гідростатичних підшипників

Гідростатичний підшипник - це підшипник ковзання, тиск у робочому шарі мастильної рідини якого створюється джерелами живлення, розташованими поза підшипником і працюючими незалежно від нього.

З усіх типів гідростатичних підшипників можна виділити два основних: циліндричні (радіальні) і завзяті підшипники (підп'ятники).

Циліндричні підшипники виконують з рівномірно розташованими по колу кишенями, у кожний з яких від джерела живлення через пристрій, що дроселює, подається мастильна рідина під тиском, за рахунок чого утворюється підйомна сила, і вал спливає.

Під дією зовнішнього навантаження F вал займає ексцентричне положення щодо втулки. Утворюється різниця в величинах робочих зазорів, через які витікає мастильна рідина зрізних кишень, змінюються та гідравлічні опори на виході. Це призводить за наявності гідравлічних опорів (дроселів) на вході до зміни тиску в кожній кишені; результуючий тиск сприймає зовнішнє навантаження і повертає вал у центральне вихідне положення.

У гідростатичні підшипники без дроселюючих пристроїв мастильна рідина в кожну кишеню підводиться від власного джерела живлення (система «насос-кишеня»). Таку систему застосовують у великогабаритних підшипниках,

Для розвантаження валів застосовують незамкнуті гідростатичні підшипники, в яких втулка з кишенями, що несуть, не охоплює вал з усіх боків.

Рис.8. Розподіл тисків у радіальному гідростатичному підшипнику.

У гідростатичних підшипниках відсутній контакт валу і втулки, так як в режимах пуску та зупинки вал спливає до початку обертання, а опускається після зупинки.

2.13.2Розрахунок гідростатичних підшипників

Задня опора є замкнутий радіальний гідростатичний підшипник.

Рис.9. Гідростатичний підшипник.

Розрахунок підшипників задньої опори.

Діаметр шийки шпинделя D=120 мм.

Довжина підшипника L=100 мм.

Розмір перемичок, що обмежують кишеню в осьовому наплавленні l0=10 мм.

Розмір перемичок між кишенями lк=14 мм.

Число кишень z=4.

Жорсткість підшипника j=500*10 3 н/мм.

Мастильна рідина-масло І-5А з µ=7 МПа*с при температурі 30˚С.

Максимально допустиме значення усунення шпинделя е=0,01 мм.

Максимальна швидкість коливань шпинделя V=0.2 мм/с

Частота обертання шпинделя n=1600 об/хв.

1. Знайдемо ефективну площу підшипника:

2. Знайдемо первісне значеннядіаметрального зазору:

мм.

3. Тиск джерела живлення:

4. Енергетичні втрати у підшипнику:

5. Оптимальне значення діаметрального зазору за мінімумом енергетичних витрат:

Оскільки отримане значення Δопт не значно відрізняється від Δ0, можна не коригувати значення рН і РЕ. Остаточно приймаємо

6. Перевіряємо максимальне значення щодо ексцентриситету:

ε=2е/Δ=2*0,01/0,091=0,22 3 /4=21.5*10 3 мм 3 /с.

2.13.3 Розрахунок підшипників передньої опори

Діаметр шийки шпинделя D=160 мм.

Довжина підшипника L=120 мм.

Розмір перемичок, що обмежують кишеню в осьовому наплавленні l0=12 мм.

Розмір перемичок між кишенями lк=15 мм.