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標(biāo)題: 液體動壓軸承工作原理---請教 [打印本頁]

作者: easylife 時間: 2007-12-11 00:44
標(biāo)題: 液體動壓軸承工作原理---請教
對液體動壓徑向軸承的工作原理基本了解，
不知有沒有液體動壓軸向軸承？
因工作關(guān)系需研究硬盤主軸的液體動壓軸承，
從結(jié)構(gòu)分析個人認(rèn)為是液體動壓軸向軸承，
若存在這種軸承的話，
請大家告之工作原理，謝謝。

另有個問題，滾子球軸承工作時水平放置，滾珠間不加保持架的話可以么？
謝謝大家！

作者: 制造的困惑 時間: 2007-12-25 14:32
動壓軸承無論徑向還是軸向都有應(yīng)用的事例，原理上只要符合摩擦學(xué)中的動壓潤滑理論即可。硬盤主軸軸承不知道樓主打開硬盤看了沒有，如果使用液體動壓軸承，那么潤滑液體如何保證不影響盤面和讀寫頭的正常工作？熱變形，以及潤滑液的顆粒飛濺都會對硬盤片面運動的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。我記得好像一般硬盤軸承采用的是滾動軸承，預(yù)加一定量的微小變形。看到過有磁流體滑動軸承研究，能達(dá)到15000轉(zhuǎn)/分，不知道現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)沒有。
滾子軸承可以滿裝，不過速度不能高，否則滾子壽命降低太多，主要因為滾子滑動相對速度比一般的要高。

作者: easylife 時間: 2007-12-25 23:09
非常感謝版主的熱情解答！
摩擦學(xué)中的動壓潤滑理論成立有三個條件：其中之一是要形成楔形油膜。
我困惑的是軸向動壓軸承如何形成楔形油膜？
是否有相關(guān)資料供參考？現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上信息量太大，如大海撈針

硬盤主軸軸承我沒有能打開，是屬于整體外購，連比較詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖紙也沒有，提供技術(shù)指標(biāo)外協(xié)的。
液體密封是根據(jù)毛細(xì)原理，老大說的：浸潤的材料產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，不會泄露。。大意這樣，我不明白，問細(xì)了老大發(fā)火了。。。（此處省去100字）
以前的低轉(zhuǎn)速硬盤是采用的滾子軸承，現(xiàn)在的高速據(jù)我所見是動壓的了，抗沖擊，發(fā)熱量相對小些，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)噪音小。。。
磁流體滑動軸承研究沒聽說過，更沒見過，不清楚了，我是剛?cè)胄械男率郑埌咧窈透魑粠煾刀喽嘀附獭?br />
至于滾動軸承的保持架和潤滑油，我想對中高速軸承是必須的吧？找到相關(guān)參考圖紙了，確實有保持架和潤滑油。

作者: 制造的困惑 時間: 2007-12-26 12:35
資料如下：鄭林慶或者溫詩鑄的磨擦學(xué)原理，全永昕的工程摩擦學(xué)，或者bowden和tabor的 lubrication或tribology方面的文獻(xiàn)資料。
密封恐怕僅僅有毛細(xì)原理是難于實現(xiàn)的，比如在微小結(jié)構(gòu)高精度運動狀態(tài)下的毛細(xì)密封和普通的機床要求不一樣。根據(jù)樓上所言可能解釋：密封材料吸收潤滑油膨脹形成多孔結(jié)構(gòu)密封，這種材料的要求恐怕很高。磁流體可以實現(xiàn)無接觸密封，可以針對的是上面所講的問題。
硬盤的使用環(huán)境主要為潔凈環(huán)境，高精度要求，可能要求一般在0.幾微米以下，也就是數(shù)百甚至于數(shù)十納米，這對于提高硬盤單位存儲量是重要的。動壓軸承一般從運轉(zhuǎn)到穩(wěn)定需要一個過程，開始未形成動壓油膜的時候，如何保證精度可能會成為一個問題。另外，如果沒有循環(huán)系統(tǒng)，潤滑油將會產(chǎn)生熱累積，影響轉(zhuǎn)動精度。
可能靜壓軸承更適合樓主的工作，一點建議僅供參考。

作者: easylife 時間: 2007-12-26 22:29
謝謝版主提供的寶貴信息，
此結(jié)構(gòu)液體密封根據(jù)毛細(xì)原理的具體細(xì)節(jié)我暫時不清楚，磁流體的結(jié)構(gòu)及原理也是初次聽說，
等找到相關(guān)資料弄清楚再回復(fù)此問題。
您說的對，硬盤內(nèi)的潔凈度要求非常高，所以平常我們在非潔凈環(huán)境下拆開硬盤的話就基本報廢了。一般要求嚴(yán)格控制硬盤內(nèi)大于幾個微米級的雜質(zhì)顆粒的數(shù)量。因為工作時碟片和磁頭之間的距離即我們說的飛行高度只有幾個納米，要是在磁頭工作時碰到大的灰塵，那和小動物撞車差不多，而磁頭是很脆弱的，極易造成損壞。

對于：“動壓軸承一般從運轉(zhuǎn)到穩(wěn)定需要一個過程，開始未形成動壓油膜的時候，如何保證精度可能會成為一個問題。”
我這樣認(rèn)為的，硬盤接電啟動時，是碟片先轉(zhuǎn)動，應(yīng)該是穩(wěn)定后磁頭才從停泊位置（在受物理沖擊時保護磁頭）滑上磁碟，在碟面流動空氣流作用下浮起來，達(dá)到前面所說的飛行高度。所以避免了在軸承不穩(wěn)定狀態(tài)時工作的情況。
其實，即使軸承不穩(wěn)定也磁頭也可以尋道工作的，不過那樣會大大加重SERVO的工作量。硬盤里的SERVO控制是很重要的，它的工作效率直接影響到硬盤的讀寫性能。在碟片在高速旋轉(zhuǎn)下會不可避免的振顫，影響飛行高度，使得磁頭讀寫不能順利進行，這時候SERVO可以控制磁頭上的電感應(yīng)線圈加熱，通過熱變形而調(diào)整到合適的飛行高度...

QUOTE：“另外，如果沒有循環(huán)系統(tǒng)，潤滑油將會產(chǎn)生熱累積，影響轉(zhuǎn)動精度。
”
磁道的寬度是納米級的，故軸承的旋轉(zhuǎn)精度控制在納米級，減輕SERVO負(fù)擔(dān)。至于產(chǎn)生的熱累積怎么解決，請原諒我無知，暫不清楚。

靜壓軸承需要外加動力源吧？如果是那樣的話，成本必須的考慮的

斑竹對硬盤很了解，和這個行業(yè)有淵源么？
我對液壓基本不了解，以后有問題還得麻煩斑竹

再次感謝斑竹了，這里真是個好地方，希望大家都能有大收獲！

[ 本帖最后由 easylife 于 2007-12-26 22:31 編輯 ]

作者: easylife 時間: 2007-12-27 19:26
今天又弄明白一件事情，液壓軸向軸承學(xué)名液壓止推軸承，
潤滑機理和液體動壓徑向軸承大體上是一致的，通過在相當(dāng)于軸承支撐的工作端面上加工出許多的分隔開的扇面，斜面的或者梯形的。這樣轉(zhuǎn)動時形成動壓油膜....
散熱的問題還不太明白，待續(xù)...

作者: 制造的困惑 時間: 2007-12-28 00:12
今天和taylor公司的技術(shù)人員談?wù)摚芷婀种袊鵀槭裁磮A度儀做不好，無論電感原理或是氣浮導(dǎo)軌軸承技術(shù)，表面上看都是非常容易的，但是中國的無論是精度50納米還是穩(wěn)定性15年正常使用期，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到。他們的最新技術(shù)粗糙度測量精度甚至達(dá)到了0.1納米，是目前世界上測量精度最高的儀器，實際上也就是光干涉測量，幾乎每一個學(xué)過檢測的學(xué)生都能懂得。
我想可能我還是對我所熟悉的行業(yè)和常見的設(shè)備沒有本質(zhì)上的了解，這種理解不是懂得基本原理懂得結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的層次，還有對整個系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境徹底把握。所以，對于摟主的探索很敬佩，希望你的研究能夠獲得成功。
ieee有專門研究磁盤的期刊，另外，tribology international 和 journal of tribology也有一些較新的這方面的文章。制造和結(jié)構(gòu)形式方面可能參考美國，日本以及新加坡的專利。如有條件，可作參考。

[ 本帖最后由制造的困惑于 2007-12-28 00:14 編輯 ]

作者: 揚天測量 時間: 2007-12-28 09:21
主要是不好好做或者說沒有好好做的環(huán)境

作者: easylife 時間: 2007-12-28 18:28

原帖由 制造的困惑 于 2007-12-28 00:12 發(fā)表
+ Z9 ~5 b% c5 O# N& z* \* N今天和taylor公司的技術(shù)人員談?wù)摚芷婀种袊鵀槭裁磮A度儀做不好，無論電感原理或是氣浮導(dǎo)軌軸承技術(shù)，表面上看都是非常容易的，但是中國的無論是精度50納米還是穩(wěn)定性15年正常使用期，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到。他們的最新 ...

多謝斑竹，我剛進入新的行業(yè)不到兩個月，對產(chǎn)品還不熟悉，因此才急切的發(fā)問請教。幸喜有斑竹的熱心解答，給我很多有用的信息和啟示。我對問題的實質(zhì)認(rèn)識得還比較膚淺，現(xiàn)在主要是為了先熟悉各個功能模塊的功能結(jié)構(gòu)和一些關(guān)鍵指標(biāo)，從而達(dá)到總體上對產(chǎn)品的一個較全面的認(rèn)識吧，基本也是點到即止了。因為在硬盤這樣一個精密的機電產(chǎn)品里面，每一個細(xì)小的結(jié)構(gòu)都足夠一個人反復(fù)琢磨的。
學(xué)海無涯，既然選擇了技術(shù)這條路就認(rèn)真學(xué)吧....

[ 本帖最后由 easylife 于 2007-12-28 19:22 編輯 ]

作者: 一兩酒 時間: 2007-12-28 22:46
我困惑的是軸向動壓軸承如何形成楔形油膜？

renk 的立減上很多.
隨便從網(wǎng)上下的

動壓止推滑動軸承參數(shù)及其設(shè)計


軸承基本參數(shù)：軸承內(nèi)徑D    寬長比B/L
D—軸承外徑，根據(jù)軸承載荷確定，一般保證瓦塊上平均壓力pm=1.5～3.5MPa為宜，有均載裝置的軸承，pm=可達(dá)6～7MPa。
  d—軸承內(nèi)徑，決定了軸承的外徑內(nèi)外比D/d，一般取D/d=1.2～2.5為宜。D/d決定了軸承寬度B。
  B—軸承寬度，B=(D-d)/2。一般取寬長比B/L=1左右，雙向轉(zhuǎn)動時B/L=0.6左右。
  z—軸瓦數(shù)，影響軸瓦長度L，一般取z=6～12，不少于3，可達(dá)20以上。過多的瓦數(shù)會降低承載能力，但能降低油溫。
  α—瓦張角，α=360k/z，k=(0.7～0.85)是填充系數(shù)。
  L—軸瓦長度，L=kπ(D+d)/2z，瓦間溝寬Lk=(1-k)π(D+d)/2z。
  β—軸瓦傾斜高度，為軸瓦與軸頸最大間隙h1和最小間隙h2之差，β=h1-h2。
  h1、h2分別是軸承最大、最小油膜厚度。h2=hmin—最小油膜厚度，按保證完全流體潤滑的原則確定，表面粗糙度Ra大的取大值，一般取hmin≈2Ra=0.01～0.05mm。對安裝制造精度差的軸承還要適當(dāng)增大。
  β/h2—瓦高比，是軸承設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)，可以點擊“計算不同瓦高比靜特性”按鈕進行優(yōu)化，最優(yōu)β/L≈1.2，一般取1.2～2.0較好。
  Lp—軸瓦平面部分長度，單向轉(zhuǎn)動和雙向轉(zhuǎn)動時Lp=0.2L較優(yōu)(下圖右圖)。
  可傾軸瓦的尺寸見下圖，支撐點位置：Lp≈0.58L。對雙向轉(zhuǎn)動的軸承，只能取Lp≈0.5L。

瓦高比β/h2 間隙系數(shù)ψ
潤滑油：
潤滑油牌號：一般滑動軸承使用的潤滑油類型有：主軸油、透平油，機械油。潤滑油的牌號一般是按運動粘度表示:N20、N30等，表示該潤滑油40℃時運動粘度是20cSt、30cSt。一般，轉(zhuǎn)速較高時使用30#油，轉(zhuǎn)速較低時使用20#油。靜壓軸承的潤滑油40℃時運動粘度一般較小，如N2～N10。在用戶也可以采用自定義方式輸入潤滑油的各種性質(zhì)。
ρ—潤滑油密度，一般ρ=950kg/m3左右。
μ—潤滑油的運動粘度(常用單位：cSt=mm2/s)。μ40℃：潤滑油40℃時運動粘度。滑動軸承粘度一般取μ=300/n1/3≈20～30cSt。
η—潤滑油動力粘度。軸承適用的潤滑油動力粘度η一般0.007～0.07Pa.s，多在0.02～0.05Pa.s之間,一般可近似按η=0.26/n1/3選取。高速、精密軸承取小值，壓力供油時取大值。動力粘度η與運動粘度μ的關(guān)系：η=ρμ≈0.00085μ(Pa.s)。
平均溫升ΔT一般不要超過20℃，最高油溫Tmax=T0+1.5ΔT不能超過120℃。

作者: 一兩酒 時間: 2007-12-28 22:48
幾張圖

作者: 一兩酒 時間: 2007-12-28 23:05
制造的困惑大俠,雖然我和你一樣是軸承版的版主.但是主要是搞一些簡單,粗笨的設(shè)備.
對硬盤軸承,液體軸承等了解甚少,還希望你有空多給我們介紹介紹.
還聽說日本在噴氣發(fā)動機上試驗空氣軸承,也希望你有空多給我們介紹介紹.

作者: easylife 時間: 2007-12-28 23:07
搬個板凳，
等師傅們講課

作者: 螺旋線 時間: 2007-12-30 19:51
空氣軸承早就已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了,西風(fēng)在蘇州都有工廠的.可以上他的網(wǎng)站上去多多了解.
建議樓主找塊廢硬盤,拆開看看到底是什么結(jié)構(gòu).這樣有感性認(rèn)識.

作者: easylife 時間: 2007-12-31 17:18

原帖由 螺旋線 于 2007-12-30 19:51 發(fā)表 , k# M3 C9 K l- A3 h6 k% ~
空氣軸承早就已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了,西風(fēng)在蘇州都有工廠的.可以上他的網(wǎng)站上去多多了解.
7 k6 S Z0 X7 m: Z, Z9 h建議樓主找塊廢硬盤,拆開看看到底是什么結(jié)構(gòu).這樣有感性認(rèn)識.

硬盤是拆過了，但詳細(xì)結(jié)構(gòu)分解不開，沒有太專業(yè)的工具

作者: 制造的困惑 時間: 2008-1-2 12:02
一兩酒，您好。聽老鷹講您是系統(tǒng)方面的專家，以后還望多多指教合作。
您傳上來的結(jié)構(gòu)清楚明白，是很好的動壓滑動軸承資料。我只能做一些補充
液體和空氣軸承，統(tǒng)稱為流體潤滑軸承。
液體靜壓和動壓軸承主要應(yīng)用于機床行業(yè)和精密儀器儀表，也有應(yīng)用于冶金行業(yè)的事例。他們的主要特點是油膜剛性好，穩(wěn)定性突出，精度高。這些特點是他們的結(jié)構(gòu)形式所決定的，比如滑動軸承潤滑系統(tǒng)不僅僅起到潤滑作用，還能帶走摩擦熱，維持系統(tǒng)溫度，同時也能沖走細(xì)小磨屑，這些在滾動軸承里是難于實現(xiàn)的；滑動軸承還可以通過摩擦學(xué)設(shè)計，將軸瓦工作面的形狀設(shè)計成最優(yōu)化，使得軸承的承載力和精度得到大大加強，當(dāng)然制造會相應(yīng)麻煩一些；滑動軸承的另一個好處是如果發(fā)生失效，安全性要比滾動軸承好得多，滾動軸承一旦滾動體碎裂，后果一般是災(zāi)難性的，所以在某些鋼鐵廠，有些粗軋或半精軋工作還是用滑動軸承，以方便工人試驗軋機生產(chǎn)潛力。盡管現(xiàn)在機床有以滾動軸承替代滑動軸承的趨勢，但是動靜壓軸承還是占據(jù)機床行業(yè)的主導(dǎo)地位，尤其磨床。
空氣由于自潔能力和容易獲取，所以多用于精密低承載力主軸軸承和高速微小軸承，前者的應(yīng)用事例可選擇圓度儀，后者為牙鉆上的螺旋槽空氣軸承，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到幾萬轉(zhuǎn)。以圓度儀為例，主要維持精度的分為兩個部分，一個就是空氣主軸，另一個是電感傳感器的機械部分（電路部分大多可以做好，但國內(nèi)一般瓶頸都集中于機械部分難于做好，傳感器難于穩(wěn)定），一般空氣主軸的轉(zhuǎn)動精度在+-0.025微米以下，這樣就要求空氣過濾超過一般很多，達(dá)到兩級或三級過濾。實際上，空氣主軸形式非常簡單，一般是0.4mm的均勻布置的小孔，但是如何做得好確實不容易，英國taylor空氣直線導(dǎo)軌，120mm行程上下誤差不超過0.2微米。聽說國內(nèi)已經(jīng)有一些廠家可以做好，但是好像還不成氣候。
噴氣發(fā)動機使用空氣軸承沒有聽說過，感覺有難度。首先，這種可壓縮流體的潤滑模型是不是穩(wěn)定的，如果不穩(wěn)定，后果很嚴(yán)重；其次，空氣軸承承載力一般比較低，如果能夠使用高速度來解決承載力問題，那么這種解決方案需要在低速下有相應(yīng)的啟動方案，這樣會增加空間使用，對于噴氣發(fā)動機，這種方案是否能接受？第三，現(xiàn)在的飛機主軸軸承最高速度能達(dá)到20萬轉(zhuǎn)/分鐘以上，線速度達(dá)到200m/s或者以上的水平，空氣軸承能帶來什么性能的改進或者成本的降低？當(dāng)然空氣軸承的摩擦消耗要比一般的油氣潤滑小，但是飛機的阻力并不是軸承的消耗，而是飛機機身與空氣的摩擦消耗，這一點也可以使用于高速鐵路上，那種以為磁懸浮就可以解決問題的想法有過于理想化的嫌疑。
有時候，我想磁懸浮或許能使用于精密主軸上，尤其是測量方面，好處是減少很多氣體的準(zhǔn)備工作，環(huán)境單一，如果磁路和材料設(shè)計好，或許圓度儀的狀態(tài)能夠得到改變。
以上是想到哪里就寫到哪里，沒有系統(tǒng)。寫出來僅供參考，歡迎批評指正。

作者: 一兩酒 時間: 2008-1-3 14:00
制造大俠,

我僅僅搞一些簡單,粗笨傻，大，黑，粗的設(shè)備.至多是一個混事之人，根本不是什么專家．

油膜軸承在重工的應(yīng)用接觸了一些，主要是徑向，主電機的剖分油膜軸承，主軋機的支撐輥上的油膜軸承．

軸向主要在一些立減上接觸過．不知道國內(nèi)有沒有能作這個的．

有空找到圖發(fā)上來．

作者: herui1012 時間: 2008-1-3 20:32
其實核電站主泵、冷凝水泵、給水泵軸向定位都是用的軸向滑動軸承的，低速下是靜壓，高速時是動壓。這些泵都是立式的。

作者: easylife 時間: 2008-1-4 23:17

原帖由 herui1012 于 2008-1-3 20:32 發(fā)表
! R6 e- e9 a( E; B其實核電站主泵、冷凝水泵、給水泵軸向定位都是用的軸向滑動軸承的，低速下是靜壓，高速時是動壓。這些泵都是立式的。

Thank you very much.

作者: 凡人一個 時間: 2008-1-13 09:48
動壓軸承最常見的是用軸瓦的磨床主軸。

作者: easylife 時間: 2008-1-27 23:28

原帖由 凡人一個 于 2008-1-13 09:48 發(fā)表 $ n" |0 }+ v5 m7 |+ ~
動壓軸承最常見的是用軸瓦的磨床主軸。

一般都是徑向的動壓軸承么？

作者: 凡人一個 時間: 2008-1-28 16:07
依靠在摩擦副中流動的液體動壓力支撐外載荷的滑動軸承成為液體動壓軸承。還有氣體動壓軸承。
有徑向軸承和推力（軸向）軸承，以及徑向+推力軸承。

作者: easylife 時間: 2008-11-2 10:56

原帖由 一兩酒 于 2007-12-28 22:48 發(fā)表 $ W: ?4 v7 H& A
幾張圖

液體軸向動壓軸承結(jié)構(gòu)如一兩酒版主插圖,結(jié)構(gòu)上加工出小斜面形成楔形油膜. 目前機械硬盤上的主軸軸承(液體軸向動壓軸承: 驅(qū)動盤片旋轉(zhuǎn))油膜厚度為幾個微米,徑向跳動在幾個微米至零點幾個微米之間,軸向跳動在幾十個微米.
密封應(yīng)該是靠以前所說的毛細(xì)現(xiàn)象(不確定,),會有輕微泄露，有具體泄露允許量指標(biāo).
目前主要是日本人做的好,沒聽說國內(nèi)有做這個的(孤陋寡聞了).

想起在天涯上看到的一句話:
美國人發(fā)明一個行業(yè),日本人把它做好,臺灣人把它做爛,而中國人呢?把它做死.....

呵呵,感慨中...

作者: longevity118 時間: 2008-11-19 16:51
學(xué)習(xí)到很多

謝謝各位！

作者: easylife 時間: 2008-11-26 17:54
標(biāo)題: pictures
一些關(guān)于硬盤主軸馬達(dá)結(jié)構(gòu)的圖片，供大家參考。

作者: easylife 時間: 2009-3-4 13:45
找到點關(guān)于硬盤中使用的磙子球軸承和液體動壓軸承，以及空氣軸承的對比介紹，供大家參考，見附件
摘錄自以下鏈接22#的附件.
http://bbs.cmiw.cn/viewthread.php?tid=103409&extra=&page=3

作者: cococ 時間: 2010-7-9 16:58
開始專心研究軸承了，向斑竹及各位大蝦敬禮！

作者: icihong 時間: 2011-5-25 16:07
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，

:handshake

作者: bbhg789456 時間: 2012-5-18 11:31
學(xué)習(xí)一下

作者: ┅隨風(fēng)┅Gavin_L 時間: 2012-5-18 14:04
都是高科技啊。。。

作者: 642093071 時間: 2014-9-13 15:43

一兩酒發(fā)表于 2008-1-3 14:00 + Y2 b& s3 m) Z% J* }/ w, g
制造大俠,
@# ~4 _6 F u7 L" U9 h4 j1 }3 b0 M) U8 @
我僅僅搞一些簡單,粗笨傻，大，黑，粗的設(shè)備.至多是一個混事之人，根本不是什么專家．

粗笨傻，大，黑設(shè)備的軸承，保證油膜更不容易吧

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