Гидродинамические опоры шпинделя. Особенности конструкции и расчета.

Гидродинамический подшипник представляет собой опору жидкостного трения. Эти подшипники бывают радиальными и упорными. Радиальный подшипник имеет три или четыре сегмента (башмака).

С помощью гидравлической системы опора заполняется маслом. Под действием силы тяжести невращающийся шпиндель опускается на сегменты. Когда шпиндель приводится во вращение, он своей шероховатой поверхностью увлекает масло в зазоры между ним к сегментами. Конструкция сегмента, в частности смещенное положение его опоры относительно оси симметрии, позволяет ему поворачиваться под действием давления масла, в результате чего образуется клиновый зазор, сужающийся в направлении вращения шпинделя. В этом зазоре возникает гидродинамическое давление, удерживающее шпиндель во взвешенном положении. Если шпиндель вращается на многоклиновых подшипниках с самоустанавливающимися сегментами, охватывающими его равномерно по окружности, незначительное смещение его из среднего положения под действием внешней нагрузки приводит к перераспределению давления в клиновом зазоре и возникновению результирующей гидродинамической силы, уравновешивающей внешнюю нагрузку.

Гидродинамические опоры рекомендуется применять для шпинделей, вращающихся с высокой постоянной или мало изменяющейся частотой и воспринимающих небольшую нагрузку, например для шпинделей шлифовальных станков. Достоинства гидродинамических подшипников заключаются в высокой точности и долговечности (смешанное трение только в моменты пусков и остановов), недостатки — в сложности конструкции системы питания опор маслом, в изменении положения оси шпинделя при изменении частоты его вращения.

Масло для гидродинамических подшипников. Обычно применяют минеральное масло марки велосит.

Конструктивные исполнения радиальных гидродинамических подшипников. Сегменты подшипников должны иметь возможность самостоятельно изменять свое положение как в плоскости, перпендикулярной к оси шпинделя, так и в плоскости, проходящей через ось. Последнее избавляет от возможных высоких кромочных давлений в опоре, сопровождаемых перегревом масла в тонкой граничной пленке и потерей его смазочных свойств. Имеется ряд конструкций подшипников,у которых зазор между валом и сегментами автоматически изменяется в зависимости от нагрузки и частоты вращения шпинделя.

Одна из конструкций - ЛОН. Подшипник выполнен в виде отдельного блока, состоящего из двух колец 2, трех сегментов 1 и проставочного кольца 3, Наружная торцовая поверхность сегментов находится в двухточечном контакте с коническими по верхностями колец, вследствие чего сегменты имеют возможность устанавливаться вдоль оси шпинделя и в направлении его вращения. Проставочное коль- цо своими выступами препятствует смещению сегментов по окружности. Изменяя толщину проставочного кольца, можно регулировать рабочий зазор в подшипнике.

Расчет гидродинамических радиальных подшипников. Расчет выполняется с целью определить размеры подшипника в зависимости от заданной нагрузочной способности опоры и ее жесткости. Кроме того, определяют потери на трение в опоре и температуры несущего масляного слоя.