1.2 液体滑动轴承在轧辊磨床上的应用

1.2.1 液体静压轴承在轧辊磨床上的应用

液体静压轴承的结构形式有很多，诸如有周向回油槽的静压轴承、无周向回油槽的静压轴承、内部节流静压轴承等^[4，9]。有周向回油槽的静压轴承由于油腔之间有回油槽隔开，相邻油腔之间没有内流，互不影响；无周向回油槽的静压轴承油腔之间没有回油槽，油腔间有内流，当轴在旋转时，有一定的动压效应；内部节流静压轴承将节流器直接制造在轴承中，主要适用于节流器安装有困难的场合。液体静压轴承的油腔主要有矩形油腔和油槽形油腔，两种油腔在同样轮廓尺寸下，只要四周的封油面尺寸相等，则油腔的有效承载面积相等^[4]。

轧辊磨床上应用的液体静压轴承主要是有周向回油槽的静压轴承和无周向回油槽的静压轴承，油腔的结构有的采用矩形油腔，有的采用油槽形油腔。图1-3所示的液体静压轴承是应用在国产 M84100B轧辊磨床上的静压轴承，该轴承属于无周向回油槽的静压轴承，油腔采用的是油槽形油腔^[7]。

如图1-3所示，在轴承的周向上开有四个油槽形油腔，主轴起动时，先启动供油系统使四个油槽形油腔中充满一定压力的润滑油液，从而使主轴浮起与轴瓦分开，实现全液体摩擦，避免了主轴和轴瓦在开机时的干摩擦。静压轴承的供油系统有恒流量供油系统和恒压供油系统，在轧辊磨床中常使用的是恒压供油系统。恒压供油系统要求在各油腔和供油系统之间必须分别接一个节流器。主轴运转时，因供油系统一直在供油，油腔中始终充满带有压力的润滑油液，在磨削力等外载荷的作用下，各油腔的间隙发生变化，导致各油腔所需流量发生变化，通过节流器的节流作用，各油腔压力发生变化，于是，油腔间便产生压力差，利用油腔间油液的静压力差来抵抗外载荷。主轴制动时，由于供油系统还在供油，油腔中仍充满压力油液，在油液的静压力作用下，轴和轴瓦不会发生金属的接触。

液体静压轴承因具有摩擦阻力小、使用寿命长、转速范围广等优点，在轧辊磨床上得到应用，但由于静压轴承须配备一套专用的较大功率的供油系统，对油液的过滤精度要求高，且噪声大。目前，随着高速磨削技术的发展，静压轴承在数控轧辊磨床上的应用日益减少。

图1-3 国产M84100B轧辊磨床所用的液体静压轴承

1.2.2 液体动压轴承在轧辊磨床上的应用

液体动压轴承是靠轴和轴瓦间高速相对运动在楔形间隙中形成的压力油膜来承受载荷的，其结构分为全圆轴承、剖分式全圆轴承和部分瓦轴承^[10]。磨床上应用的液体动压轴承常见的是部分瓦轴承，尤其是三块瓦和五块瓦动压轴承。图1-4为常见的五块瓦动压轴承结构图^[11]。

如图1-4所示，该轴承1号瓦和2号瓦为底瓦，不可调节，3～5号瓦为可调节瓦。该轴承在工作时，主要是利用主轴和瓦之间的油楔动压作用，因而，其供油系统的压力和功率相较于液体静压轴承的供油系统要小得多，但是，液体动压轴承在起动和停车时由于没有承载力，轴和轴瓦间会产生摩擦和磨损。

图1-4 五块瓦动压轴承结构图

液体动压轴承由于具有抗冲击能力强、承载力大、抗振性好、功耗小、速度范围广等优点，在轧辊磨床上得到了一定的应用。随着高精度磨削技术的不断发展，国外著名厂家的一些高精度磨床采用了液体动压轴承。

1.2.3 液体动静压轴承在轧辊磨床上的应用

液体动静压轴承是综合了液体静压轴承和液体动压轴承而发展起来的一种新型轴承，相较于纯静压轴承，由于利用了动压效应，从而提高了轴承的承载能力和刚性，降低了供油系统的功耗；相较于纯动压轴承，由于利用了静压作用，起动力矩小，起动和制动时因存在静压力从而避免了轴和轴瓦之间的干摩擦^[12-14]。液体动静压轴承代表着液体滑动轴承的发展方向^[4，5]。

目前，液体动静压轴承的结构形式亦有多种，但其本质上是在纯动压轴承的适当位置开设适当数量和大小的静压腔，在动压效应的基础上再增加静压作用；或者将纯静压轴承的深油腔变浅，利用阶梯浅腔的作用来增加动压效应；或者干脆将静压腔设计加工成曲线形油槽，利用楔形油槽的作用来增加动压效应。

轧辊磨床上应用的液体动静压轴承主要是阶梯浅腔式结构的动静压轴承。图1-5所示的液体动静压轴承是应用在国产MJK84160轧辊磨床上的动静压轴承^[7]。该轴承为“三静一动”型，即该轴承总共有4个油腔，上腔、下腔、前腔3个腔为静压腔，后腔为动压腔。3个静压腔是人工在轴承上加工出来的，后部动压腔是轴和轴瓦在相对运动过程中由于磨削力和重力共同作用而形成的。当主轴装配在轴承上时，要通过反复调试使主轴能用手比较轻松地转动，当主轴高速旋转时，该动压承载区便产生液体动压力来承载磨削负载。图1-5所示的液体动静压轴承在MJK84160等型号的轧辊磨床上运行良好，砂轮线速度能达到45m/s，是我国液体动静压轴承应用在轧辊磨床上的典型代表。

图1-5 国产轧辊磨床常用的动静压轴承

上面列举的各种液体滑动轴承是目前成熟的产品，应用于国内外各种典型的轧辊磨床上。这些轴承的性能良好，但有一个共同的缺点就是只能应用于砂轮线速度低于45m/s的普通轧辊磨床，而不能应用于高速精密轧辊磨床。由于液体动静压轴承代表着液体滑动轴承的发展方向，是应用于高速精密轧辊磨床上最适合的液体滑动轴承类型，为此，国内外很多学者曾经将图1-5所示的经典液体动静压轴承进行各种改进，拟用于高速精密轧辊磨床上，但最终效果均不好。