高速轧辊磨床主轴系统液体动静压轴承的研究

高速磨削能大幅提高磨削效率，且能显著改善磨削质量，本项目开展砂轮线速度为80m/s的高速轧辊磨床主轴系统液体动静压轴承的研究对开发国产高速轧辊磨床具有重要的意义。本项目突破45m/s普通轧辊磨床液体动静压轴承的等温计算理论，考虑热效应对80m/s高速轧辊磨床液体动静压轴承的影响，提出80m/s高速轧辊磨床液体动静压轴承的非等温计算方法及理论。基于此，分别从轴承结构有限元分析与优化设计、轴承温升及散热机理、轴承油膜流场数值分析及其动力学、轴承动态特性四个方面开展对80m/s高速轧辊磨床主轴系统液体动静压轴承的研究，从而揭示出45m/s普通轧辊磨床和80m/s高速轧辊磨床液体动静压轴承在结构设计、油膜特性以及轴承动态性能等方面的异同，最终形成一套完整的砂轮线速度为80m/s的高速轧辊磨床主轴系统液体动静压轴承的研究资料，为国产高速轧辊磨床的开发提供理论资料和技术支持。

本项目针对我国目前对高速轧辊磨床依赖进口的现实，开展砂轮线速度为80m/s的高速轧辊磨床主轴系统液体动静压轴承的研究对促进高速轧辊磨床的国产化具有重要的意义。本项目的研究结果如下：（1）突破国内目前应用于轧辊磨床上液体滑动轴承的结构局限，设计出了一种可调式高速轧辊磨床主轴系统的液体动静压轴承，并对其机械性能进行了分析，得知该轴承的强度和刚度能满足高速工况的要求；在此基础上，采用遗传算法对该轴承的结构进行了优化设计，优化后，不仅该轴承的结构尺寸得到减小，刚度得到提高，而且其流量减少了约27.7%，功耗降低了约16.2%。（2）研发了与该液体动静压轴承配套的润滑供油系统，此系统可为该液体动静压轴承提供稳定的5MPa压力，其压力波动范围为±0.03MPa，能满足轴承运行的需要；在此基础上，对该轴承的油膜流场性能进行了深入的研究，揭示了该轴承在高速运行工况下的油膜压力分布性能和流动性能，确认了该轴承适宜的转速范围为1500r/min至2000r/min。（3）对该液体动静压轴承的油膜热力学性能开展研究，揭示了在不同转速下该轴承油膜的温升性能，得知该轴承在1500r/min至2000r/min的转速范围内，其油膜最高温度约为41摄氏度，平均温度约为29摄氏度，其温升性能良好；在此基础上，对轴承本体机械结构的温升性能进行了研究，得知其在此工况下的热性能满足高速轧辊磨削的要求。（4）对该液体动静压轴承的动态性能进行了研究，研究从模态性能和谐响应性能两方面开展，针对模态性能，计算出了该轴承的前六阶固有频率及其模态振型，揭示了该轴承振动的薄弱环节，确知该轴承的易激振频率区为2300Hz-3000Hz；针对谐响应性能，分析了该轴承在激振频率范围内的频响性能，揭示了其持续动力响应特性，得知2700Hz是其危险激振频率，在分析此危险激振频率下轴承应力的基础上，确定了该轴承的安全激励频率范围。