液體動壓軸承工作原理---請教

easylife

對液體動壓徑向軸承的工作原理基本了解，
6 p) }" P9 K, q5 H/ G2 G. d不知有沒有液體動壓軸向軸承？
; j' e6 [2 k" z# f& |因工作關系需研究硬盤主軸的液體動壓軸承，
3 W4 `' p( T6 u, n從結構分析個人認為是液體動壓軸向軸承，
; Q& H% q  q+ c" a若存在這種軸承的話 ，
* J0 V- ]* U9 y  p* k# b# g請大家告之工作原理，謝謝。
7 ^( c% a, \# N. X- ?/ |
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！

制造的困惑

動壓軸承無論徑向還是軸向都有應用的事例，原理上只要符合摩擦學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定性產生影響。我記得好像一般硬盤軸承采用的是滾動軸承，預加一定量的微小變形。看到過有磁流體滑動軸承研究，能達到15000轉/分，不知道現在已經實現產業沒有。
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。

easylife

非常感謝版主的熱情解答！
# {8 Z1 r# j- s摩擦學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。
+ I% G" }+ F* i" ^7 P; y8 f我困惑的是軸向動壓軸承如何形成楔形油膜？
是否有相關資料供參考？現在網絡上信息量太大，如大海撈針

2 ?8 a# j4 s8 s0 V硬盤主軸軸承我沒有能打開，是屬于整體外購，連比較詳細的結構圖紙也沒有，提供技術指標外協的。
液體密封是根據毛細原理，老大說的：浸潤的材料產生毛細現象，不會泄露。。大意這樣，我不明白，問細了老大發火了。。。（此處省去100字）
! J+ C1 P/ `6 D' j以前的低轉速硬盤是采用的滾子軸承，現在的高速據我所見是動壓的了，抗沖擊，發熱量相對小些，轉動平穩噪音小。。。
磁流體滑動軸承研究沒聽說過，更沒見過，不清楚了，我是剛入行的新手，請斑竹和各位師傅多多指教。

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？找到相關參考圖紙了，確實有保持架和潤滑油。

制造的困惑

資料如下：鄭林慶或者溫詩鑄的磨擦學原理，全永昕的工程摩擦學，或者bowden和tabor的 lubrication或tribology方面的文獻資料。
密封恐怕僅僅有毛細原理是難于實現的，比如在微小結構高精度運動狀態下的毛細密封和普通的機床要求不一樣。根據樓上所言可能解釋：密封材料吸收潤滑油膨脹形成多孔結構密封，這種材料的要求恐怕很高。磁流體可以實現無接觸密封，可以針對的是上面所講的問題。
硬盤的使用環境主要為潔凈環境，高精度要求，可能要求一般在0.幾微米以下，也就是數百甚至于數十納米，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到穩定需要一個過程，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，如果沒有循環系統，潤滑油將會產生熱累積，影響轉動精度。
3 T5 X: s1 I' R+ t% S可能靜壓軸承更適合樓主的工作，一點建議僅供參考。

easylife

謝謝版主提供的寶貴信息，
& g, d1 A9 }4 \: {此結構液體密封根據毛細原理的具體細節我暫時不清楚，磁流體的結構及原理也是初次聽說，
4 u: F/ _7 O9 v等找到相關資料弄清楚再回復此問題。
0 M0 x& q. ~8 Y4 I4 V3 W, G您說的對，硬盤內的潔凈度要求非常高，所以平常我們在非潔凈環境下拆開硬盤的話就基本報廢了。一般要求嚴格控制硬盤內大于幾個微米級的雜質顆粒的數量。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到穩定需要一個過程，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。”
我這樣認為的，硬盤接電啟動時，是碟片先轉動，應該是穩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，達到前面所說的飛行高度。所以避免了在軸承不穩定狀態時工作的情況。
* @9 x4 p' _2 x) a( J$ T* f- |1 k其實，即使軸承不穩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線圈加熱，通過熱變形而調整到合適的飛行高度...

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

0 j$ C& l( ]4 J9 W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

% B: J$ u; d- y斑竹對硬盤很了解，和這個行業有淵源么？
3 ~9 U% H) d2 W9 Q$ P3 X. ~0 m4 n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 ]

easylife

今天又弄明白一件事情，液壓軸向軸承學名液壓止推軸承，
% Y3 I7 J6 a% y" J( k' g/ l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。這樣轉動時形成動壓油膜....
% i$ @  y1 P4 P4 I* S' O 散熱的問題還不太明白，待續...

制造的困惑

今天和taylor公司的技術人員談論，他很奇怪中國為什么圓度儀做不好，無論電感原理或是氣浮導軌軸承技術，表面上看都是非常容易的，但是中國的無論是精度50納米還是穩定性15年正常使用期，都遠遠不能達到。他們的最新技術粗糙度測量精度甚至達到了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，幾乎每一個學過檢測的學生都能懂得。
1 f  \* r: r. l+ X6 ~2 ]4 T我想可能我還是對我所熟悉的行業和常見的設備沒有本質上的了解， 這種理解不是懂得基本原理懂得結構所能達到的層次，還有對整個系統和應用環境徹底把握。所以，對于摟主的探索很敬佩，希望你的研究能夠獲得成功。
4 k9 s- l. m2 y6 M4 sieee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。制造和結構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。

/ \! g+ s& Z2 i[ 本帖最后由 制造的困惑 于 2007-12-28 00:14 編輯 ]

揚天測量

主要是不好好做或者說沒有好好做的環境

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原帖由 制造的困惑 于 2007-12-28 00:12 發表
今天和taylor公司的技術人員談論，他很奇怪中國為什么圓度儀做不好，無論電感原理或是氣浮導軌軸承技術，表面上看都是非常容易的，但是中國的無論是精度50納米還是穩定性15年正常使用期，都遠遠不能達到。他們的最新 ...

0 O, F9 i1 L$ x+ M: }4 {5 Z
# _7 N; i2 I" i5 k- I& N/ O多謝斑竹，我剛進入新的行業不到兩個月，對產品還不熟悉，因此才急切的發問請教。幸喜有斑竹的熱心解答，給我很多有用的信息和啟示。我對問題的實質認識得還比較膚淺，現在主要是為了先熟悉各個功能模塊的功能結構和一些關鍵指標，從而達到總體上對產品的一個較全面的認識吧，基本也是點到即止了。因為在硬盤這樣一個精密的機電產品里面，每一個細小的結構都足夠一個人反復琢磨的。
1 [$ A+ N. l8 ~9 l# r5 K學海無涯，既然選擇了技術這條路就認真學吧....
8 ?: [9 k5 I: j/ D9 R7 W
[ 本帖最后由 easylife 于 2007-12-28 19:22 編輯 ]

一兩酒

我困惑的是軸向動壓軸承如何形成楔形油膜？

/ i( q# k& H2 g* `renk 的立減上很多.
隨便從網上下的
* k( r6 r: y) \7 L. @
; m5 |5 u' L+ u% y8 P動壓止推滑動軸承參數及其設計
8 d. P8 K4 Q0 y  
1 q! G4 Z6 {1 w4 J8 S
% n8 B3 Y- a- O, ]- U軸承基本參數：軸承內徑D       寬長比B/L  
1 r3 O: h+ O+ S. P   D—軸承外徑，根據軸承載荷確定，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6～7MPa。
  d—軸承內徑，決定了軸承的外徑內外比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，雙向轉動時B/L=0.6左右。
  z—軸瓦數，影響軸瓦長度L，一般取z=6～12，不少于3，可達20以上。過多的瓦數會降低承載能力，但能降低油溫。
" N( a% [. ]; i" K2 G  α—瓦張角，α=360k/z，k=(0.7～0.85)是填充系數。   
  L—軸瓦長度，L=kπ(D+d)/2z，瓦間溝寬Lk=(1-k)π(D+d)/2z。
5 e& p5 J6 O: k" m0 w$ F  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增大。
  β/h2—瓦高比，是軸承設計的主要技術參數，可以點擊“計算不同瓦高比靜特性”按鈕進行優化，最優β/L≈1.2，一般取1.2～2.0較好。
  Lp—軸瓦平面部分長度，單向轉動和雙向轉動時Lp=0.2L較優(下圖右圖)。
  可傾軸瓦的尺寸見下圖，支撐點位置：Lp≈0.58L。對雙向轉動的軸承，只能取Lp≈0.5L。
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% Z5 L# k2 `0 i  i% L瓦高比β/h2    間隙系數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，轉速較高時使用30#油，轉速較低時使用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。
4 K7 Y6 m+ s' {/ C8 O    ρ—潤滑油密度，一般ρ=950kg/m3左右。
  w7 U! U( L" D; H% R6 G- \% H    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℃。