恒流环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度特性
第３８卷第１２期
２０１７年１２月哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３８№．１２Ｄｅｃ．２０１７
恒流环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度特性
于晓东，耿磊，郑小军，王梓璇，张艳芹
（哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）
摘 要：油膜刚度影响静压推力轴承振动幅值和承载能力，严重时将导致静压推力轴承摩擦副接触失效，影响立式
数控装备的加工精度和运行稳定性。为了避免此现象发生，本文根据润滑理论和摩擦学原理对恒流环形腔多油垫
静压推力轴承油膜刚度进行研究，分析润滑油粘度、工作台旋转速度和承载重量等因素对油膜刚度的影响规律，并
进行了实验验证。结果表明：润滑油粘度对油膜刚度有一定的影响，考虑粘度变化时油膜刚度大，计算结果相对精
确。空载和承载工况条件下，随着旋转工作台转速增加，间隙油膜变薄，油膜刚度变大。相同旋转速度条件下，承
载时油膜厚度小于空载时油膜厚度，承载时油膜刚度大于空载时油膜刚度。理论计算结果与实验值吻合较好，所
得结论可为静压推力轴承油膜厚度控制系统设计提供理论依据，提高立式数控加工装备运行稳定性。
关键词：油膜刚度特性；恒流环形腔多油垫；静压推力轴承；高速重载特性；理论分析；实验研究ＤＯＩ：１０．１１９９０／ｊｈｅｕ．２０１６０７０６３
网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．ｕ．２０１７０９２８．０７０１．００２．ｈｔｍｌ
中图分类号：ＴＨ１３３．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６-７０４３（２０１７）１２-１９５１-０６
Ｏｉｌｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｆｌｕｉｄｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈａｎｎｕｌａｒｃａｖｉｔｙｍｕｌｔｉ-ｐａｄｓ
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（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｏｉｌｆｉｌｍａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇ．ＴｈｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｌｅａｄｓｔｏｃｏｎｔａｃｔｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｕｎｄｅｒｓｅｒｉｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｖｅｒｔｉｃａｌＣＮＣｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｏｉｌ-ｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｆｌｕｉｄｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈａｎｎｕｌａｒｃａｖｉｔｙｍｕｌｔｉ-ｐａｄｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒｉｂｏｌｏｇｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｗｏｒｋｔａｂｌｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ，ａｎｄｌｏａｄｗｅｉｇｈｔｏｎｏｉｌ-ｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｃｈａｎｇｅｏｆｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｈａｓａｃｅｒｔａｉｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｏｉｌ-ｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓ．Ａｓｔｈｅｏｉｌ-ｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓｌａｒｇｅｒｗｈｅｎｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｃｈａｎｇｅｓ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙａｃｃｕｒａｔｅ．Ｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｏｆｏｉｌｆｉｌｍｂｅｃｏｍｅｓｔｈｉｎａｎｄｏｉｌ-ｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｎ-ｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｆａｓｔｅｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｗｏｒｋｂｅｎｃｈｕｎｄｅｒｎｏｎ-ｌｏａｄａｎｄｏｎ-ｌｏａｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｏｉｌ-ｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｏｎ-ｌｏａｄｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆｎｏｎ-ｌｏａｄ，ａｎｄｏｉｌｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｏｎ-ｌｏａｄｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｎｏｎ-ｌｏａｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｏｉｌ-ｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｖｅｒｔｉｃａｌＣＮＣｍａｃｈｉｎｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｉｌｆｉｌｍ；ｃｏｎｓｔａｎｔｆｌｕｉｄａｎｎｕｌａｒｃａｖｉｔｙｍｕｌｔｉ-ｐａｄｓ；ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇ；ｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄａｎｄｈｅａｖｙ-ｌｏａｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ
收稿日期：２０１６-０７-２３．网络出版日期：２０１７-０９-２８．
基金项目：国家自然科学基金项目（５１３７５１２３）；黑龙江省自然科学基
金项目（Ｅ２０１６０４０）．
作者简介：于晓东（１９７１-），男，教授；
耿磊（１９９２-），男，硕士研究生．通信作者：于晓东，Ｅ-ｍａｉｌ：ｈｕｓｔｙｕｘｉａｏｄｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ． 间隙油膜刚度影响静压推力轴承振动幅值和
承载能力，立式数控装备的加工精度和运行稳定
性下降，油膜刚度不足将出现静压支承摩擦副边界润滑或干摩擦，严重时导致静压推力轴承摩擦失效，致使立式数控加工装备无法正常工作，所以油膜刚度是衡量液体静压推力轴承润滑性能优劣的重要指标。对生产实际中应用最广的环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度特性进行深入研究，探明其油膜刚度的变化规律及其影响因素，避免万方数据