一种改善液体静压轴承油膜压力场分布均匀性的方法与流程

1.本发明涉及一种改善液体静压轴承油膜压力场分布均匀性的方法


背景技术：

2.液体静压轴承具有较好的误差均化效应，其回转精度远高于滚动轴承，同时具有高刚度、高阻尼抗振、长寿命等特性，其作为核心功能部件广泛应用于各类超精密加工机床。相比于其他类型轴承，液体静压轴承的一个重要结构特征是采用压力油膜作为工作介质，油膜压力特性对于轴承综合性能具有重要影响，一定程度上决定了轴承的静动态特性。轴承油膜压力场的均匀性直接影响了轴承刚度、承载能力，同时也影响回转精度。但从一定方向看(比如从节流孔出口处至排油边界的方向)，油膜压力场往往存在诸如骤降或分布不均匀不对称等现象，导致压力波动，即使在较好的油膜误差均化效应情况下也无法避免，从而无法确保回转精度的稳定性甚至导致轴承承载性能恶化。因此，改善油膜压力均匀性是提升液体静压轴承性能的重要途径，尤其是能在不改变轴承结构和设计参数的情况下进一步通过改善油膜压力场均匀性而提升轴承性能，这对于提升超精密液体静压轴承的开发水平和实际使用性能具有重要的意义。为此，本发明利用亲疏油性复合表面微纳结构提出一种改善液体静压轴承油膜压力场分布均匀性的方法，从而在一定程度上提升液体静压轴承的工作性能。


技术实现要素：

3.本发明要克服液体静压轴承油膜压力场不均匀分布的问题，提出一种改善液体静压轴承油膜压力场分布均匀性的方法，以实现液体静压轴承工作性能的提升。
4.本发明所述的一种改善液体静压轴承油膜压力场分布均匀性的方法，进行简要说明，其特征在于：包括如下步骤：
5.1.安装液体静压轴承设备；
6.2.结合仿真与实验结果，寻找油膜压力偏低处和油膜压力偏高处；
7.3.通过设置不同区域壁面的亲油性、疏油性来增快或减缓润滑油在油膜各处的流速，控制各处的油膜压力。将油膜压力偏低处加工成亲油性微纳结构表面，油膜压力偏高处加工成疏油性微纳结构表面。
8.优选地，步骤1所述的液体静压轴承设备是液体静压轴承主轴(下面简称液体静压主轴)；液体静压主轴包括前止推盘、主轴转子、后止推盘、液体静压轴承，所述前止推盘、后止推盘分别与所述主轴转子的左、右端面连接，三者共同形成用于容纳轴承的凹腔；所述轴承套在所述主轴转子外部，所述轴承与主轴转子、前后止推盘之间的间隙作为油膜的容纳腔；所述轴承设有流道、轴向节流孔和径向节流孔，所述轴向节流孔和径向节流孔贯穿轴承流道与凹腔之间的壁面，使流道和油膜容纳腔相连通。液体静压主轴工作时，轴承处于静止状态，前止推盘、主轴转子、后止推盘处于旋转状态。液压泵将油液泵入轴承的进油孔，穿过节流孔至前止推盘、后止推盘、主轴转子和轴承之间形成油膜，从而使液体静压主轴保持稳
定。
9.或者，步骤1所述的液体静压轴承设备是液体静压轴承导轨(下面简称液体静压导轨)，包括动导轨和静导轨，动导轨与静导轨之间有油膜。
10.所述轴承与径向油膜、止推油膜接触的内表面经过激光刻蚀法进行处理，获得了湿润性可控的亲疏油性复合微纳结构表面。结合仿真与实验结果，将油膜压力偏低处加工成亲油性微纳结构表面，油膜压力偏高处加工成疏油性微纳结构表面。与未处理金属表面相比，润滑油流经亲油性微纳结构表面时，与表面形成较强的化学键，表现出高的表面能，对流体分子具有较强的吸附力，从而可使流体流速减缓；润滑油流经疏油性微纳表面时，与表面形成较弱的化学键，表现出低的表面能，对流体分子具有较弱的吸附力，从而可使流体流速增快。由伯努利效应可知，当流体速度减慢时，油膜的压力得到相应增大；当流体速度增快时，油膜的压力得到相应减小。所述轴承内表面将由亲油性微纳结构表面和疏油性微纳结构表面复合而成，通过设置不同区域壁面的亲疏油性来增快或减缓润滑油在油膜各处的流速即可在一定程度上控制各处的油膜压力，油膜压力过低处压力提升，油膜压力过高处压力下降，从而使液体静压轴承油膜压力场分布得到均匀化，轴承工作性能得到提升。
11.本发明的有益效果在于：
12.(1)可以改善压力场分布均匀性，有效提升液体静压轴承精度和承载能力；
13.(2)实现相对简单，无需对液体静压轴承进行结构改造或增加额外设施；
14.(3)可靠性高，维护方便。
附图说明
15.图1是实施例1液体静压主轴的结构示意图。
16.图2是实施例1结构部分放大图。
17.图3是实施例2液体静压导轨的结构示意图。
18.附图标记说明：图中01.主轴转子，02.前止推盘，03.液体静压轴承，031.流道，032.节流孔，033.进油孔，04.后止推盘，05.止推油腔，06.径向油腔，07.动导轨，071.节流孔，08.静导轨。
具体实施方式
19.下面结合附图进一步说明本发明
20.实施例1
21.参照附图1
‑
2：
22.本发明所述的一种改善液体静压轴承油膜压力场分布均匀性的方法，包括：
23.1.安装液体静压轴承设备；
24.2.结合仿真与实验结果，寻找油膜压力偏低处和油膜压力偏高处；
25.3.通过设置不同区域壁面的亲油性、疏油性来增快或减缓润滑油在油膜各处的流速，控制各处的油膜压力。将油膜压力偏低处加工成亲油性微纳结构表面，油膜压力偏高处加工成疏油性微纳结构表面。
26.步骤1所述的液体静压轴承设备是液体静压主轴；包括主轴转子01、前止推盘02、液体静压轴承03、后止推盘04，所述前止推盘02、后止推盘04分别与所述主轴转子01的左、
右端面连接，三者共同形成用于容纳液体静压轴承03的凹腔；所述液体静压轴承03套在所述主轴转子01外部，所述液体静压轴承03与主轴转子01、前止推盘02、后止推盘04之间的间隙作为油膜的容纳腔，包括止推油腔05和径向油腔06；所述液体静压轴承03设有流道031、节流孔032、进油孔033。
27.本发明的构思为：液体静压主轴工作时，液体静压轴承03处于静止状态，主轴转子01、前止推盘02、后止推盘04处于旋转状态。液压泵将油液泵入轴承的进油孔033，穿过节流孔032至前止推盘02、后推止盘04、主轴转子01和液体静压轴承03之间形成油膜，从而使液体静压主轴保持稳定。
28.图2所示的结构放大图可见高压润滑油从进油孔033被泵入液体静压轴承03的流道031中，再通过节流孔032进入轴承间隙形成油膜。所述液体静压轴承03与油膜接触的内表面经过激光刻蚀法制备，获得了亲疏油性复合微纳结构表面。两种场景可以使用本方法，一种是轴承设计研发阶段，采用仿真得到压力分布，找到压力场分布不均匀的区域，在后续制造过程中，对于油膜压力相对偏低的区域，采用亲油性微纳结构表面，对于油膜压力相对偏高的区域，采用疏油性微纳结构表面。第二种是轴承阶段性维护或再制造阶段，通过检测发现压力场分布不均匀的区域，需要将有关部件拆解后，对于油膜压力相对偏低的区域，采用亲油性微纳结构表面，对于油膜压力相对偏高的区域，采用疏油性微纳结构表面，从而改善油膜压力场均匀性。油膜压力场从节流孔出口处至排油边界的方向看，假设图中a区域存在油膜压力偏低现象，将该区域加工成亲油性微纳结构表面，亲油性微纳结构表面依靠高表面吸附力减慢润滑油的流速，从而在一定程度上提升该处油膜压力。另假设图中存在b区域的油膜压力偏高，将其加工成疏油性微纳结构表面，疏油性微纳结构表面依靠低表面吸附力加快润滑油的流速，从而在一定程度上降低该处油膜压力，使油膜压力场压力分布得到均匀化，轴承工作性能得到提升。
29.实施例2
30.参照附图3。
31.本实施例的所述的液体静压轴承设备是液体静压导轨。
32.在图3中，实施例2以液体静压导轨为例，所示的液体静压导轨包括动导轨07和静导轨08，液压泵将润滑油泵入动导轨07，经节流孔071进入轴承间隙形成油膜。从节流孔出口处至排油边界的方向看，假设油膜压力场存在压力偏低区域c，将此区域加工成亲油性复合微纳结构表面，同时存在油膜压力场压力偏高区域d，将其加工成疏油性复合微纳结构表面，更进一步地，可将静导轨和动导轨构成油膜的内表面均加工为亲疏油性复合微纳结构表面，从而使液体静压导轨油膜压力场均匀化，一定程度上提升液体静压导轨的工作性能。
33.本说明书实施例所述内容仅仅是对发明构思所实现形式的部分列举，本发明的保护范围不应当仅局限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围及于本领域技术人员根据本发明的技术构思所能想到的等同技术手段。