Гидростатические опоры шпинделя. Особенности конструкции и расчета.

Принцип работы гидростатических подшипников. Гидростатический подшипник является опорой жидкостного трения, в которой давление в слое смазочного материала, разделяющем вал и втулку, создается за счет внешнего источника и не зависит от скорости вращения вала. Радиальная нагрузка на шпиндель воспринимается радиальным, а осевая — упорным гидростатическими подшипниками.

Во втулке радиального подшипника изготавливают карманы, в которые масло от насоса подводится через радиальные отверстия. Далее оно вытекает через перемычки и по шейке вала. В карманах и в области перемычек возникают симметричные поля давлений, удерживающие ненагруженный шпиндель в среднем положении с зазором между ними и втулкой. Если на шпиндель действует внешняя сила, например направленная вертикально сила резания, ось шпинделя смещается на величину эксцентриситета. Таким образом у верхнего кармана зазор увеличивается, а давление снижается, у нижнего наоборот - зазор уменьшается, а давление возрастает. В результате силы давления масла и внешняя нагрузка приходят в состояние равновесия. Для этого необходимы два условия: давление в карманах становится неодинаковым, расход масла через различные карманы остается приближенно постоянным. Первое условие выполняется благодаря разделению поверхности скольжения втулки на карманы с перемычками, второе обеспечивается дросселями на входе в карманы, пропускающими в них постоянный объем масла независимо от нагрузки.

Конструкцию и эксплуатационные свойства подшипника в значительной степени определяет применяемый дроссель. Благодаря ему обеспечиваются стабильное положение оси шпинделя, хорошее демпфирование, независимость нагрузочной способности и жесткости опоры от вязкости масла, изменяющейся при его нагревании. Применяют дроссели и регуляторы расхода. Капиллярный дроссель представляет собой набор шайб, на торцах которых изготовлены каналы для масла. В щелевом дросселе 24 Продолжение регулируют ширину щели. С целью повышения жесткости гидростатических опор, что особенно необходимо в прецизионных станках, вместо постоянных дросселей применяют регуляторы расхода.

На гидростатических подшипниках устанавливают шпиндели шлифовальных, расточных и высокоточных токарно-винторезных станков, а также шпиндели бабок агрегатных станков. Применение таких опор наиболее целесообразно в тяжелых станках.

Гидростатические опоры обладают высокой жесткостью. Благодаря слою смазочного

материала погрешности изготовления вала и отверстия меньше влияют на точность вращения шпинделя. Демпфирование в слое смазочного материала способствует снижению

вибраций шпинделя. Однако, применяя гидростатические подшипники, приходится использовать сложные системы питания их маслом.

Масло для системы выбирают по вязкости, от которой зависят потери на трение в подшипнике и трубах. Для шпиндельных узлов легких и средних прецизионных станков берут масло вазелиновое и велосит, для тяжелонагруженных шпинделей — индустриальное.

Расчет гидростатических подшипников. Цель расчета подшипника заключается в определении его размеров в зависимости от заданной нагрузочной способности и жесткости опоры. Кроме того, определяют требуемую подачу масла и мощность для его прокачивания, а также параметры дросселей.