36. Конструкции гидростатических опор.

Гидростатические опоры обеспечивают высокую точность вра­щения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значи­тельно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют прак­тически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную спо­собность при любой частоте вращения шпинделя. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений.

Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источ­ника через зазоры (щели) между сопряженными поверхностями в за­зоре, образуется несущий масляный слой, исключающий непосред­ственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе (рис. 13.10).

Рис. 1.23. Гидростатические осевые а) и радиальные б) споры.

В радиальных подшипниках равномерно по окружности делают полости-карманы, куда через дроссели подается под давле­нием масло от источника питания (насоса). При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в под шипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления р масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнивания давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создает результирующую силу F_c, воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника,

36. иногда и через дренажные кана­вки, выполненные на перемы­чках между карманами.

Конструктивные параметры радиальных гидростатических подшипников выбирают в зави­симости от диаметра шейки шпинделя D, рассчитанного по формуле (1.14) для обеспечения требуемой жесткости шпиндель­ного узла или выбранного кон­структивно с учетом диаметров стандартного переднего конца шпинделя. При этом обычно длина подшипника L = D, размеры перемычек, ограничи­вающих карманы l₀ = l_k = = 0,1D, диаметральный зазор  = (0,0008…….0,001) D, мм.

Число карманов, как пра­вило, принимают равным че­тырем.

В качестве рабочих жидкостей применяют мине­ральные масла с вязкостью = {110)*10-³ Па с; для вы­сокоскоростных шпинделей для уменьшения потерь на трение применяют масла с минимальной вязкостью, для повышения дем­пфирующей способности применяют солее вязкие масла. Параметры капиллярных или щелевых дросселей, обеспечивающих ламинарное течение смазочного матери­ала, при малых эксцентриситетах е рассчитывают таким образом, чтобы выполнялось условие р_к = 0,5/?_н, где р_к — давление в кар­мане; р_а — давление, создаваемое насосом. Параметры гидростати­ческих подшипников могут быть оптимизированы исходя из получе­ния максимальной жесткости или минимальных потерь на трение.

Применение гидростатических опор требует сложной системы питания и сбора масла, что является их недостатком.

36. Шу с гидродинамическими опорами. Принцип работы подшипников.

Гидродинамическое смазывание. В гидродинамических подшипниках несущий масляный слой образуется при вращении вала. Масло затягивается в клиновой зазор между рабочими поверхностями вала и вкладыша (рис. 4.24а), в результате появляется указанный слой.

Избыточное давление р появляется в начале сужения зазора и заканчивается за точкой минимального зазора hmin в его расширяющейся части. Давление наибольшей величины возникает на некотором расстоянии перед точкой минимального зазора (см. рис.4.24a). По длине вала давление распределяется по закону, который близок к параболическому. Так как в подшипнике имеется один несущий слой, то его называют одноклиновым. Такие подшипники не обеспечивают достаточной жесткости и стабильного положения вала при больших скоростях скольжения и малых нагрузках. Поэтому в шпиндельных узлах их не применяют. Этих недостатков не имеют многоклиновые подшипники (рис. 4.24б). Клиновой зазор в них создается за счет фасонного растачивания рабочих поверхностей вкладышей (см. рис.4.25а), упругого деформирования втулок или самоустановки вкладышей при вращении шпинделя. В многоклиновом подшипнике обеспечивается высокая жесткость несущих масляных слоев и, за счет этого, стабильность шпинделя при работе как под нагрузкой, так и без нее. В гидродинамических подшипниках используют минеральные масла вязкостью от 5 до 500 МПа·с.

Работоспособность и надежность шпиндельных подшипников снижается из-за отклонений от параллельности поверхностей вала и вкладыша, обусловленных как погрешностью изготовления корпусных деталей или вкладышей, так и изгибными деформациями шпинделя под действием внешней нагрузки. Это вызывает неравномерное распределение давления по длине цапфы подшипника. У кромок вкладышей давления резко возрастают (кромочные давления), при этом толщина несущего масляного слоя уменьшается. Слой у кромок практически отсутствует, а трущиеся поверхности разделяет всего лишь тонкая пленка смазочного материала. При эксплуатации подшипника эта пленка быстро перегревается. В результате она теряет свои смазочные свойства. Это приводит к появлению контакта трущихся поверхностей и вызывает их износ и схватывание. Предотвращение кромочных давлений обеспечивается самоустановкой вклады­шей в плоскости оси вращения шпинделя.

Рис.4.24. Схемы гидродинамических подшипников: а - одноклинового; б-многоклинового; F— нагрузка на вал; V— скорость вращения; D - диаметр подшипника; е - смещение вала; h0,h1,L- параметры клинообразного зазора