液体动压轴承工作原理---请教

easylife

对液体动压径向轴承的工作原理基本了解，
% `3 V a/ ]6 C, d0 K不知有没有液体动压轴向轴承？
3 t! a! A1 F0 l% u因工作关系需研究硬盘主轴的液体动压轴承，
% p/ d) R/ [% V; H从结构分析个人认为是液体动压轴向轴承，
) ^* p- a9 P: j! w若存在这种轴承的话 ，
' d2 f7 q5 J9 G6 z9 M请大家告之工作原理，谢谢。

另有个问题，滚子球轴承工作时水平放置，滚珠间不加保持架的话可以么？
谢谢大家！

制造的困惑

动压轴承无论径向还是轴向都有应用的事例，原理上只要符合摩擦学中的动压润滑理论即可。硬盘主轴轴承不知道楼主打开硬盘看了没有，如果使用液体动压轴承，那么润滑液体如何保证不影响盘面和读写头的正常工作？热变形，以及润滑液的颗粒飞溅都会对硬盘片面运动的稳定性产生影响。我记得好像一般硬盘轴承采用的是滚动轴承，预加一定量的微小变形。看到过有磁流体滑动轴承研究，能达到15000转/分，不知道现在已经实现产业没有。
滚子轴承可以满装，不过速度不能高，否则滚子寿命降低太多，主要因为滚子滑动相对速度比一般的要高。

easylife

非常感谢版主的热情解答！
& W& }% U \+ P' V摩擦学中的动压润滑理论成立有三个条件：其中之一是要形成楔形油膜。
A- b- i% u$ Q6 p8 u y& l我困惑的是轴向动压轴承如何形成楔形油膜？
是否有相关资料供参考？现在网络上信息量太大，如大海捞针
; P+ D$ B. z1 T. q: d1 }
( T% ^( L( r1 i3 @硬盘主轴轴承我没有能打开，是属于整体外购，连比较详细的结构图纸也没有，提供技术指标外协的。
# L6 r0 l1 f* o/ u: I5 m0 n液体密封是根据毛细原理，老大说的：浸润的材料产生毛细现象，不会泄露。。大意这样，我不明白，问细了老大发火了。。。（此处省去100字）
, k- v& {+ Q8 y9 d9 N$ s& C以前的低转速硬盘是采用的滚子轴承，现在的高速据我所见是动压的了，抗冲击，发热量相对小些，转动平稳噪音小。。。
磁流体滑动轴承研究没听说过，更没见过，不清楚了，我是刚入行的新手，请斑竹和各位师傅多多指教。
2 L$ \1 j. k2 y7 J# u, L
至于滚动轴承的保持架和润滑油，我想对中高速轴承是必须的吧？找到相关参考图纸了，确实有保持架和润滑油。

制造的困惑

资料如下：郑林庆或者温诗铸的磨擦学原理，全永昕的工程摩擦学，或者bowden和tabor的 lubrication或tribology方面的文献资料。
密封恐怕仅仅有毛细原理是难于实现的，比如在微小结构高精度运动状态下的毛细密封和普通的机床要求不一样。根据楼上所言可能解释：密封材料吸收润滑油膨胀形成多孔结构密封，这种材料的要求恐怕很高。磁流体可以实现无接触密封，可以针对的是上面所讲的问题。
硬盘的使用环境主要为洁净环境，高精度要求，可能要求一般在0.几微米以下，也就是数百甚至于数十纳米，这对于提高硬盘单位存储量是重要的。动压轴承一般从运转到稳定需要一个过程，开始未形成动压油膜的时候，如何保证精度可能会成为一个问题。另外，如果没有循环系统，润滑油将会产生热累积，影响转动精度。
9 s# R& @6 Z" T( C) @6 s1 L可能静压轴承更适合楼主的工作，一点建议仅供参考。

easylife

谢谢版主提供的宝贵信息，
7 R% h+ H9 W3 x |1 i' t此结构液体密封根据毛细原理的具体细节我暂时不清楚，磁流体的结构及原理也是初次听说，
& E2 b# V4 k2 Q! \/ h0 ]等找到相关资料弄清楚再回复此问题。
) G! l; d7 f% u' ~, E您说的对，硬盘内的洁净度要求非常高，所以平常我们在非洁净环境下拆开硬盘的话就基本报废了。一般要求严格控制硬盘内大于几个微米级的杂质颗粒的数量。因为工作时碟片和磁头之间的距离即我们说的飞行高度只有几个纳米，要是在磁头工作时碰到大的灰尘，那和小动物撞车差不多，而磁头是很脆弱的，极易造成损坏。

; B4 h5 B4 {: G/ `7 p对于：“动压轴承一般从运转到稳定需要一个过程，开始未形成动压油膜的时候，如何保证精度可能会成为一个问题。”
/ P0 i) C4 |2 I, e- `2 c我这样认为的，硬盘接电启动时，是碟片先转动，应该是稳定后磁头才从停泊位置（在受物理冲击时保护磁头）滑上磁碟，在碟面流动空气流作用下浮起来，达到前面所说的飞行高度。所以避免了在轴承不稳定状态时工作的情况。
其实，即使轴承不稳定也磁头也可以寻道工作的，不过那样会大大加重SERVO的工作量。硬盘里的SERVO控制是很重要的，它的工作效率直接影响到硬盘的读写性能。在碟片在高速旋转下会不可避免的振颤，影响飞行高度，使得磁头读写不能顺利进行，这时候SERVO可以控制磁头上的电感应线圈加热，通过热变形而调整到合适的飞行高度...

QUOTE：“另外，如果没有循环系统，润滑油将会产生热累积，影响转动精度。
”
磁道的宽度是纳米级的，故轴承的旋转精度控制在纳米级，减轻SERVO负担。至于产生的热累积怎么解决，请原谅我无知，暂不清楚。

6 R; R( _; I% B- Y静压轴承需要外加动力源吧？如果是那样的话，成本必须的考虑的

" Q ?, P" [6 H3 n斑竹对硬盘很了解，和这个行业有渊源么？
我对液压基本不了解，以后有问题还得麻烦斑竹
再次感谢斑竹了，这里真是个好地方，希望大家都能有大收获！

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

easylife

今天又弄明白一件事情，液压轴向轴承学名液压止推轴承，
" O8 H! H( W3 L& B# U4 C1 Y润滑机理和液体动压径向轴承大体上是一致的，通过在相当于轴承支撑的工作端面上加工出许多的分隔开的扇面，斜面的或者梯形的。这样转动时形成动压油膜....
散热的问题还不太明白，待续...

制造的困惑

今天和taylor公司的技术人员谈论，他很奇怪中国为什么圆度仪做不好，无论电感原理或是气浮导轨轴承技术，表面上看都是非常容易的，但是中国的无论是精度50纳米还是稳定性15年正常使用期，都远远不能达到。他们的最新技术粗糙度测量精度甚至达到了0.1纳米，是目前世界上测量精度最高的仪器，实际上也就是光干涉测量，几乎每一个学过检测的学生都能懂得。
. {. o0 {+ ^- p) q, O* j4 l* x# K我想可能我还是对我所熟悉的行业和常见的设备没有本质上的了解， 这种理解不是懂得基本原理懂得结构所能达到的层次，还有对整个系统和应用环境彻底把握。所以，对于搂主的探索很敬佩，希望你的研究能够获得成功。
* a1 C+ }: B* n5 T4 y( |+ A! `; qieee有专门研究磁盘的期刊，另外，tribology international 和 journal of tribology也有一些较新的这方面的文章。制造和结构形式方面可能参考美国，日本以及新加坡的专利。如有条件，可作参考。

6 g" z' f" }8 U# x. k6 v[本帖最后由 制造的困惑 于 2007-12-28 00:14 编辑]

扬天测量

主要是不好好做或者说没有好好做的环境

easylife

原帖由 制造的困惑于 2007-12-28 00:12 发表
今天和taylor公司的技术人员谈论，他很奇怪中国为什么圆度仪做不好，无论电感原理或是气浮导轨轴承技术，表面上看都是非常容易的，但是中国的无论是精度50纳米还是稳定性15年正常使用期，都远远不能达到。他们的最新 ...

7 H- _. B* O5 ~: V, p
; e% J% m! I( D多谢斑竹，我刚进入新的行业不到两个月，对产品还不熟悉，因此才急切的发问请教。幸喜有斑竹的热心解答，给我很多有用的信息和启示。我对问题的实质认识得还比较肤浅，现在主要是为了先熟悉各个功能模块的功能结构和一些关键指标，从而达到总体上对产品的一个较全面的认识吧，基本也是点到即止了。因为在硬盘这样一个精密的机电产品里面，每一个细小的结构都足够一个人反复琢磨的。
: M2 H: G, v8 N% f) N# T学海无涯，既然选择了技术这条路就认真学吧....
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7 Z3 s, e Q) w[本帖最后由 easylife 于 2007-12-28 19:22 编辑]

一两酒

我困惑的是轴向动压轴承如何形成楔形油膜？

renk 的立减上很多.
随便从网上下的

, w7 b) u; V/ b I动压止推滑动轴承参数及其设计
+ H, U( Y6 [8 i- j6 j/ Y7 ?$ v9 @5 C
! V2 A$ o1 Z: z( L9 W' @1 Q) M9 Q
6 o! X& l% q. g* `& H轴承基本参数：轴承内径D 宽长比B/L
D—轴承外径，根据轴承载荷确定，一般保证瓦块上平均压力pm=1.5～3.5MPa为宜，有均载装置的轴承，pm=可达6～7MPa。
d—轴承内径，决定了轴承的外径内外比D/d，一般取D/d=1.2～2.5为宜。D/d决定了轴承宽度B。
+ e6 z8 z, V) D/ P! P. _; RB—轴承宽度，B=(D-d)/2。一般取宽长比B/L=1左右，双向转动时B/L=0.6左右。
z—轴瓦数，影响轴瓦长度L，一般取z=6～12，不少于3，可达20以上。过多的瓦数会降低承载能力，但能降低油温。
2 _, D: ~& o# Nα—瓦张角，α=360k/z，k=(0.7～0.85)是填充系数。
4 l& U2 |! U3 f2 ?9 F, ?. wL—轴瓦长度，L=kπ(D+d)/2z，瓦间沟宽Lk=(1-k)π(D+d)/2z。
β—轴瓦倾斜高度，为轴瓦与轴颈最大间隙h1和最小间隙h2之差，β=h1-h2。
h1、h2分别是轴承最大、最小油膜厚度。h2=hmin—最小油膜厚度，按保证完全流体润滑的原则确定，表面粗糙度Ra大的取大值，一般取hmin≈2Ra=0.01～0.05mm。对安装制造精度差的轴承还要适当增大。
β/h2—瓦高比，是轴承设计的主要技术参数，可以点击“计算不同瓦高比静特性”按钮进行优化，最优β/L≈1.2，一般取1.2～2.0较好。
# N$ d6 |! `% F( z& CLp—轴瓦平面部分长度，单向转动和双向转动时Lp=0.2L较优(下图右图)。
# b7 p. v# E& K8 J& Q3 y可倾轴瓦的尺寸见下图，支撑点位置：Lp≈0.58L。对双向转动的轴承，只能取Lp≈0.5L。
" G3 G j' `. Q
瓦高比β/h2 间隙系数ψ
润滑油：
! y; q+ [" Y( @) q* B润滑油牌号：一般滑动轴承使用的润滑油类型有：主轴油、透平油，机械油。润滑油的牌号一般是按运动粘度表示:N20、N30等，表示该润滑油40℃时运动粘度是20cSt、30cSt。一般，转速较高时使用30#油，转速较低时使用20#油。静压轴承的润滑油40℃时运动粘度一般较小，如N2～N10。在用户也可以采用自定义方式输入润滑油的各种性质。
7 l5 A+ D$ E' V, T7 x5 ^ρ—润滑油密度，一般ρ=950kg/m3左右。
6 }# [3 R7 y9 f" L* X7 z9 \! y9 Sμ—润滑油的运动粘度(常用单位：cSt=mm2/s)。μ40℃：润滑油40℃时运动粘度。滑动轴承粘度一般取μ=300/n1/3≈20～30cSt。
) `6 g* J* q! |2 ]; h* J9 `η—润滑油动力粘度。轴承适用的润滑油动力粘度η一般0.007～0.07Pa.s，多在0.02～0.05Pa.s之间,一般可近似按η=0.26/n1/3选取。高速、精密轴承取小值，压力供油时取大值。 动力粘度η与运动粘度μ的关系：η=ρμ≈0.00085μ(Pa.s)。
% h! s" M# S3 ^8 j" o: s8 O2 _5 E% t3 D平均温升ΔT一般不要超过20℃，最高油温Tmax=T0+1.5ΔT不能超过120℃。