高速精密轧辊磨床动静压轴承技术

本书内容可有效解决轧辊磨床生产厂家实际问题，促进经济效益提高。

《高速精密轧辊磨床动静压轴承技术》针对高速精密轧辊磨床国产化过程中的轴承技术问题，较为系统地对动静压轴承所涉及的相关技术和内容进行了介绍和论述。高速精密轧辊磨床动静压轴承技术内容分为七个部分：一是概论，阐述了液体滑动轴承在轧辊磨床上的应用，高速精密轧辊磨床液体动静压轴承的研发意义与现状，以及研究内容与方法；二是对高速精密轧辊磨床动静压轴承设计和参数计算进行了介绍；三是采用遗传算法对该轴承进行了优化；四是对该轴承在不同调节位置时的一些基本性能进行了揭示，包括静力学性能、模态性能、谐响应性能和热性能；五是对该轴承的流固耦合性能进行了深入的研究和分析；六是对与该轴承配套的主轴及润滑供油系统所涉及的相关技术和内容进行了详细的研究与分析；七是对该轴承的基础性实验平台进行了介绍与研究，内容包括实验平台的机械系统、液压系统和控制系统。高速精密轧辊磨床动静压轴承技术立足于国内轧辊磨床生产厂家的现实需求和现有技术基础，力求从理论上对高速精密轧辊磨床动静压轴承所涉及的技术进行较为全面的揭示，以便为其产业化提供理论资料和技术支持。全书行文通俗易懂，分析深入浅出，并配有详尽的图表。
高速精密轧辊磨床动静压轴承技术合广大从事油膜轴承技术和轧辊磨床技术的科研和工程技术人员、高校教师和研究生们阅读和参考。

前言
第1 章 概论 1
1.1 概述 1
1.2 液体滑动轴承在轧辊磨床上的应用 3
1.2.1 液体静压轴承在轧辊磨床上的应用 3
1.2.2 液体动压轴承在轧辊磨床上的应用 5
1.2.3 液体动静压轴承在轧辊磨床上的应用 6
1.3 高速精密轧辊磨床动静压轴承的研发意义与现状 8
1.4 高速精密轧辊磨床动静压轴承的研究内容与方法11
第 2 章 高速精密轧辊磨床动静压轴承的设计及参数计算 14
2.1 高速精密轧辊磨床动静压轴承的结构设计方案 14
2.2 高速精密轧辊磨床动静压轴承油腔及导油槽的设计 18
2.2.1 静压腔的设计 18
2.2.2 动压腔的设计 20
2.2.3 导油槽的设计 21
2.3 动静压轴承材料和润滑油的选择以及参数计算 22
2.3.1 轴承材料的选择 22
2.3.2 轴承润滑油的选择 23
2.3.3 轴承的主要结构参数及工作参数 24
第 3 章 基于遗传算法的高速精密轧辊磨床动静压轴承的优化 27
3.1 高速精密轧辊磨床动静压轴承优化设计的数学模型 27
3.1.1 设计变量 27
3.1.2 目标函数 28
3.1.3 约束条件 29
3.2 高速精密轧辊磨床动静压轴承优化模型的求解 30
高速精密轧辊磨床动静压轴承技术
3.2.1 优化算法的确定 30
3.2.2 优化模型的MATLAB 编程求解 32
3.3 高速精密轧辊磨床动静压轴承的优化结果 40
第 4 章 高速精密轧辊磨床动静压轴承的力学性能和热性能 43
4.1 高速精密轧辊磨床动静压轴承的受力分析 43
4.2 动静压轴承在不同调节位置时的静力学性能 46
4.3 动静压轴承在不同调节位置时的模态性能 51
4.4 动静压轴承在不同调节位置时的谐响应性能 56
4.4.1 轴承本体位于正中间调节位置时的谐响应性能 57
4.4.2 轴承本体位于最右端调节位置时的谐响应性能 68
4.4.3 轴承本体位于最左端调节位置时的谐响应性能 79
4.5 动静压轴承在不同调节位置时的热性能 90
第 5 章 高速精密轧辊磨床动静压轴承的流固耦合性能95
5.1 高速精密轧辊磨床动静压轴承流固耦合模型的建立 95
5.1.1 固体域模型 95
5.1.2 流体域模型 96
5.2 高速精密轧辊磨床动静压轴承油膜流场和温度场的分析 98
5.2.1 油膜流场分析 98
5.2.2 油膜温度场分析 101
5.3 基于流固耦合作用的动静压轴承的静力学性能 103
第 6 章 高速精密轧辊磨床动静压轴承配套的主轴及供油系统114
6.1 高速精密轧辊磨床动静压轴承配套的主轴114
6.2 高速精密轧辊磨床动静压轴承配套的供油系统117
6.2.1 动静压轴承配套供油系统的设计及工作原理117
6.2.2 动静压轴承配套供油系统液压元件的参数及选型 122
第 7 章 高速精密轧辊磨床动静压轴承的实验平台 132
7.1 高速精密轧辊磨床动静压轴承实验平台的总体方案 132
7.2 高速精密轧辊磨床动静压轴承实验平台的机械系统 134
7.2.1 实验平台的传动方式 134
7.2.2 实验平台的机械结构及工作原理 137
7.2.3 实验平台的加载装置 139
7.3 高速精密轧辊磨床动静压轴承实验平台的液压系统 140
7.3.1 实验平台的液压加载系统 140
7.3.2 实验平台液压加载系统的性能分析 143
7.3.3 实验平台的液压润滑供油系统 150
7.4 高速精密轧辊磨床动静压轴承实验平台的控制系统 151
7.4.1 实验平台的控制方案 151
7.4.2 实验平台控制系统的变频器和PLC 选型 154
7.4.3 实验平台的强电控制系统 161
7.4.4 实验平台的弱电控制系统 164
参考文献 171

目前，我国能够制造出轧辊磨床整机的厂家屈指可数，其中，具有一定规模和相当实力的厂家只有险峰机床厂、上海机床厂有限公司和昆山华辰机器制造有限公司 3 家。但到目前为止，国内各企业生产的能用于工业实际的轧辊磨床的砂轮线速度大多在 45m/s 以下。通常，磨削按砂轮线速度 v 的高低分为普通磨削（v＜45m/s）、高速磨削（45m/s≤v<150m/s）和超高速磨削（v≥150m/s），因此国产轧辊磨床目前只停留于普通低速磨削水平，还没有达到高速磨削甚至超高速磨削的水平，而德国、美国和日本等发达国家应用于工业生产的轧辊磨床的砂轮线速度已达 80m/s 以上。
近些年，国内轧钢、冶金、有色金属加工、造纸、橡胶、印染等行业发展迅速，尤其在国家产业结构升级调整的政策下，国内钢铁行业对新材料、新功能和新技术应用的需求越来越强烈，传统的铸铁轧辊和合金钢轧辊正在逐渐被高速钢轧辊所替代。高速钢轧辊具有良好的韧性、淬透性、热稳定性、抗热裂性和耐磨性等综合性能，已成为实现企业节能降耗、提质增效和转型发展最合适的选择。目前高速钢轧辊已逐渐在一些主流钢铁企业得到推广应用，其节能降耗效果非常显著，特别在热轧行业显得尤为突出。然而，任何事物都具有两面性，高速钢材质的轧辊相对于国内目前常用的铸铁轧辊和合金钢轧辊来说难磨得多，采用目前国产的轧辊磨床来磨削高速钢轧辊，其效率很低，难以满足现代钢铁行业的需求。为了适应高速钢轧辊磨削的需求，研发国产高速精密轧辊磨床已刻不容缓，国内轧辊磨床生产厂家对此问题已有明确的认识。轧辊磨床的砂轮线速度突破 45m/s 这道“门槛”，绝不是线速度简单的提升，它牵涉到轧辊磨床的方方面面，是轧辊磨床技术水平“质”的提升，其中，最为关键的是轧辊磨床的轴承技术。轧辊磨床是一种精密磨床，其磨削精度要求高，一般都采用油膜轴承，包括纯静压、纯动压和动静压轴承，其中动静压轴承代表着油膜轴承的发展方向，是高速精密轧辊磨床首选的轴承。然而，工程实践表明，国内现有的应用于轧辊磨床的油膜轴承，无论是纯静压的、纯动压的，还是动静压的，均无法应用于高速精密轧辊磨床，因为在高速精密轧辊磨削工况下，传统的油膜轴承会出现各种问题，严重时会出现“抱轴”和“烧瓦”等现象，因而，要想研发出高速精密轧辊磨床，首先要解决的是其轴承技术。为此，应该根据国内轧辊磨床生产企业的实际情况，突破国内传统低速油膜轴承的结构局限，研发出一种新型的能应用于高速精密轧辊磨床上的油膜轴承。在国家自然科学基金等项目的支持下，在校企合作的基础上，根据高速精密轧辊磨床油膜轴承的运行特点，本书作者设计出了一种适合高速精密轧辊磨床的动静压油膜轴承。该轴承采用轴承本体和轴承套过盈配合的结构形式，并且可根据不同的磨削速度和工作负载的情况对轴承进行调节，从而以不同的油膜结构来适应不同工况的需求，极大地提高了其应用范围和运行效率。经过多年的研究，已形成了对该轴承较为完整的研究内容体系，包括轴承的设计、轴承的优化、轴承的静力学性能、轴承的动态性能、轴承的热性能、轴承的流固耦合性能、轴承配套的主轴及润滑供油系统、轴承的实验平台等。本书特对此轴承的上述研究成果进行归纳和总结。
高速精密轧辊磨床动静压轴承技术的形成得益于作者多年来指导的研究生的研究工作，是研究生们刻苦钻研和辛勤付出的结晶，在此，要特别感谢以下研究生所做的具体工作：张晓斐、曹刚、殷松、令狐克均、孟祥杰、陈诗陶、晏文孟、沈瑞芳、孙官朝、李哲、张慧娟；本书的形成还要特别感谢合作企业险峰机床厂的付恒勋总工程师和吴长城工程师，感谢他们的无私付出和大力支持；本书的研究工作得到了国家自然科学基金（51465008，51165002）、贵州省高层次创新型人才计划（“百”层次）项目（黔科合平台人才[2016]5659）、贵州省科技计划项目（黔科合平台人才[2017]5788 号）以及贵州省留学人员科技活动项目择优资助重点项目（黔人项目资助合同（2018）0001 号）的支持。
国内目前尚未研发出高速精密轧辊磨床，本书中对高速精密轧辊磨床动静压轴承的研究成果还需工程实践进一步验证。囿于作者的水平和时间，书中错误和不妥之处实为难免，敬请读者批评指正。

吴怀超
2019 年 8 月于贵阳