具油膜軸承鋁輪圈機主軸動態行為之探討

 

 

亮面鋁輪圈機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或是花崗巖主軸支撐座來抑制振動量，因此，發得科技[1]除了開發一般鋁輪圈機(如圖1)外，另外還提供具內藏式馬達及花崗巖主軸支撐座給消費者選用，且場內實測加工后表面粗糙度可以達到Ra 0.139[2]臥式鋁輪圈機(如圖2)結構設計中，鋁輪圈機主軸軸承組合皆以圓柱滾子軸承及斜角滾珠軸承為主，其主要分別用來抵抗軸向及徑向切削力。當主軸承受不連續切削及加工件質量偏心影響時，往往會產生週期性振動，若振動能量無法有效的消除，會造成自激振動，使加工件表面精度大幅降低，利用油膜軸承之動壓效應來增加主軸支撐剛性及阻尼特性，可以達到抑制切削振動之目的。 

 

關于油膜軸承的文獻研究中，Thomsen與Andersens[3]研究徑向馀隙大小與油膜黏性對壓力分布之影響，指出對微小振幅下，阻尼系數與轉軸轉速對于振動量大小無關。1980年，Burrows與Stanway[4]鑑別出一剛性軸與兩對稱油膜軸承支撐系統內的油膜軸承慣性、阻尼及剛性系數。Brown[5]利用一個簡單的油膜阻尼系統實驗平臺，配合短軸承理論推出近似解，發現當旋轉不平衡力大于重力時，轉子中心會出現混沌現象。1996年，Adiletta等人[6][7][8]利用理論配合實驗，分析具短軸承支撐之轉子系統的動態行為，發現在不同的參數下，轉子中心產生簡諧週期、準週期與混沌行為。而Chang-Jian[9][10]進一步考慮撓性轉軸，藉由Runge-Kutta數值積分法得到系統動態軌跡，再利用頻譜圖、龐卡來映射圖及分岔圖探討系統的動態特性。鐘洪等人[11]說明靜壓軸承與動壓軸承之可行性，并推導數學模型配合實際設備做驗證。徐偉峻[12]研究具液動壓止推軸承轉子系統之非線性動態響應，其結果顯示，當軸向簡諧外力振盪幅度變大時，穩態響應平均軸向位移會隨之減小。 

 

本文參照多數文獻后，初期先利用曲線交點法[13]找出系統在各穩定轉速下的間隙比，將間隙比利用等效公式算出等效油膜剛性及阻尼，加入系統運動方程式，即可分析受工件偏心之鋁輪圈機主軸之不平衡動態響應。