具油膜軸承鋁輪圈機(jī)主軸動(dòng)態(tài)行為之探討

 

 

亮面鋁輪圈機(jī)加工表面粗糙度約在Ra 0.1~0.2前言 

 

市面上臥式鋁輪圈加工機(jī)制造商為求鋁輪圈在精加工后之表面粗糙度，不惜成本增加花崗巖平臺(tái)或是花崗巖主軸支撐座來(lái)抑制振動(dòng)量，因此，發(fā)得科技[1]除了開(kāi)發(fā)一般鋁輪圈機(jī)(如圖1)外，另外還提供具內(nèi)藏式馬達(dá)及花崗巖主軸支撐座給消費(fèi)者選用，且場(chǎng)內(nèi)實(shí)測(cè)加工后表面粗糙度可以達(dá)到Ra 0.139[2]臥式鋁輪圈機(jī)(如圖2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋁輪圈機(jī)主軸軸承組合皆以圓柱滾子軸承及斜角滾珠軸承為主，其主要分別用來(lái)抵抗軸向及徑向切削力。當(dāng)主軸承受不連續(xù)切削及加工件質(zhì)量偏心影響時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生週期性振動(dòng)，若振動(dòng)能量無(wú)法有效的消除，會(huì)造成自激振動(dòng)，使加工件表面精度大幅降低，利用油膜軸承之動(dòng)壓效應(yīng)來(lái)增加主軸支撐剛性及阻尼特性，可以達(dá)到抑制切削振動(dòng)之目的。 

 

關(guān)于油膜軸承的文獻(xiàn)研究中，Thomsen與Andersens[3]研究徑向馀隙大小與油膜黏性對(duì)壓力分布之影響，指出對(duì)微小振幅下，阻尼系數(shù)與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速對(duì)于振動(dòng)量大小無(wú)關(guān)。1980年，Burrows與Stanway[4]鑑別出一剛性軸與兩對(duì)稱油膜軸承支撐系統(tǒng)內(nèi)的油膜軸承慣性、阻尼及剛性系數(shù)。Brown[5]利用一個(gè)簡(jiǎn)單的油膜阻尼系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配合短軸承理論推出近似解，發(fā)現(xiàn)當(dāng)旋轉(zhuǎn)不平衡力大于重力時(shí)，轉(zhuǎn)子中心會(huì)出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。1996年，Adiletta等人[6][7][8]利用理論配合實(shí)驗(yàn)，分析具短軸承支撐之轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，發(fā)現(xiàn)在不同的參數(shù)下，轉(zhuǎn)子中心產(chǎn)生簡(jiǎn)諧週期、準(zhǔn)週期與混沌行為。而Chang-Jian[9][10]進(jìn)一步考慮撓性轉(zhuǎn)軸，藉由Runge-Kutta數(shù)值積分法得到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)軌跡，再利用頻譜圖、龐卡來(lái)映射圖及分岔圖探討系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。鐘洪等人[11]說(shuō)明靜壓軸承與動(dòng)壓軸承之可行性，并推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型配合實(shí)際設(shè)備做驗(yàn)證。徐偉峻[12]研究具液動(dòng)壓止推軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)之非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)，其結(jié)果顯示，當(dāng)軸向簡(jiǎn)諧外力振盪幅度變大時(shí)，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)平均軸向位移會(huì)隨之減小。 

 

本文參照多數(shù)文獻(xiàn)后，初期先利用曲線交點(diǎn)法[13]找出系統(tǒng)在各穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的間隙比，將間隙比利用等效公式算出等效油膜剛性及阻尼，加入系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式，即可分析受工件偏心之鋁輪圈機(jī)主軸之不平衡動(dòng)態(tài)響應(yīng)。