前言
第1 章 概論 1
1.1 概述 1
1.2 液體滑動軸承在軋輥磨床上的應用 3
1.2.1 液體靜壓軸承在軋輥磨床上的應用 3
1.2.2 液體動壓軸承在軋輥磨床上的應用 5
1.2.3 液體動靜壓軸承在軋輥磨床上的應用 6
1.3 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的研發意義與現狀 8
1.4 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的研究內容與方法11
第 2 章 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的設計及參數計算 14
2.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的結構設計方案 14
2.2 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承油腔及導油槽的設計 18
2.2.1 靜壓腔的設計 18
2.2.2 動壓腔的設計 20
2.2.3 導油槽的設計 21
2.3 動靜壓軸承材料和潤滑油的選擇以及參數計算 22
2.3.1 軸承材料的選擇 22
2.3.2 軸承潤滑油的選擇 23
2.3.3 軸承的主要結構參數及工作參數 24
第 3 章 基於遺傳算法的高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的優化 27
3.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承優化設計的數學模型 27
3.1.1 設計變量 27
3.1.2 目標函數 28
3.1.3 約束條件 29
3.2 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承優化模型的求解 30
高速精密軋輥磨床動靜壓軸承技術
3.2.1 優化算法的確定 30
3.2.2 優化模型的MATLAB 編程求解 32
3.3 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的優化結果 40
第 4 章 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的力學性能和熱性能 43
4.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的受力分析 43
4.2 動靜壓軸承在不同調節位置時的靜力學性能 46
4.3 動靜壓軸承在不同調節位置時的模態性能 51
4.4 動靜壓軸承在不同調節位置時的諧響應性能 56
4.4.1 軸承本體位於正中間調節位置時的諧響應性能 57
4.4.2 軸承本體位於右端調節位置時的諧響應性能 68
4.4.3 軸承本體位於左端調節位置時的諧響應性能 79
4.5 動靜壓軸承在不同調節位置時的熱性能 90
第 5 章 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的流固耦合性能95
5.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承流固耦合模型的建立 95
5.1.1 固體域模型 95
5.1.2 流體域模型 96
5.2 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承油膜流場和溫度場的分析 98
5.2.1 油膜流場分析 98
5.2.2 油膜溫度場分析 101
5.3 基於流固耦合作用的動靜壓軸承的靜力學性能 103
第 6 章 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承配套的主軸及供油繫統114
6.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承配套的主軸114
6.2 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承配套的供油繫統117
6.2.1 動靜壓軸承配套供油繫統的設計及工作原理117
6.2.2 動靜壓軸承配套供油繫件的參數及選型 122
第 7 章 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的實驗平臺 132
7.1 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承實驗平臺的總體方案 132
7.2 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承實驗平臺的機械繫統 134
7.2.1 實驗平臺的傳動方式 134
7.2.2 實驗平臺的機械結構及工作原理 137
7.2.3 實驗平臺的加載裝置 139
7.3 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承實驗平臺的液壓繫統 140
7.3.1 實驗平臺的液壓加載繫統 140
7.3.2 實驗平臺液壓加載繫統的性能分析 143
7.3.3 實驗平臺的液壓潤滑供油繫統 150
7.4 高速精密軋輥磨床動靜壓軸承實驗平臺的控制繫統 151
7.4.1 實驗平臺的控制方案 151
7.4.2 實驗平臺控制繫統的變頻器和PLC 選型 154
7.4.3 實驗平臺的強電控制繫統 161
7.4.4 實驗平臺的弱電控制繫統 164
參考文獻 171

目前，我國能夠制造出軋輥磨床整機的廠家屈指可數，其中，具有一定規模和相當實力的廠家隻有險峰機床廠、上海機床廠有限公司和昆山華辰機器制造有限公司 3 家。但到目前為止，國內各企業生產的能用於工業實際的軋輥磨床的砂輪線速度大多在 45m/s 以下。通常，磨削按砂輪線速度 v 的高低分為普通磨削（v＜45m/s）、高速磨削（45m/s≤v<150m/s）和超高速磨削（v≥150m/s），因此國產軋輥磨床目前隻停留於普通低速磨削水平，還沒有達到高速磨削甚至超高速磨削的水平，而德國、美國和日本等發達國家應用於工業生產的軋輥磨床的砂輪線速度已達 80m/s 以上。
近些年，國內軋鋼、冶金、有色金屬加工、造紙、橡膠、印染等行業發展迅速，尤其在國家產業結構升級調整的政策下，國內鋼鐵行業對新材料、新功能和新技術應用的需求越來越強烈，傳統的鑄鐵軋輥和合金鋼軋輥正在逐漸被高速鋼軋輥所替代。高速鋼軋輥具有良好的韌性、淬透性、熱穩定性、抗熱裂性和耐磨性等綜合性能，已成為實現企業節能降耗、提質增效和轉型發展合適的選擇。目前高速鋼軋輥已逐漸在一些主流鋼鐵企業得到推廣應用，其節能降耗效果非常顯著，特別在熱軋行業顯得尤為突出。然而，任何事物都具有兩面性，高速鋼材質的軋輥相對於國內目前常用的鑄鐵軋輥和合金鋼軋輥來說難磨得多，采用目前國產的軋輥磨床來磨削高速鋼軋輥，其效率很低，難以滿足現代鋼鐵行業的需求。為了適應高速鋼軋輥磨削的需求，研發國產高速精密軋輥磨床已刻不容緩，國內軋輥磨床生產廠家對此問題已有明確的認識。軋輥磨床的砂輪線速度突破 45m/s 這道“門檻”，絕不是線速度簡單的提升，它牽涉到軋輥磨床的方方面面，是軋輥磨床技術水平“質”的提升，其中，為關鍵的是軋輥磨床的軸承技術。軋輥磨床是一種精密磨床，其磨削精度要求高，一般都采用油膜軸承，包括純靜壓、純動壓和動靜壓軸承，其中動靜壓軸承代表著油膜軸承的發展方向，是高速精密軋輥磨床的軸承。然而，工程實踐表明，國內現有的應用於軋輥磨床的油膜軸承，無論是純靜壓的、純動壓的，還是動靜壓的，均無法應用於高速精密軋輥磨床，因為在高速精密軋輥磨削工況下，傳統的油膜軸承會出現各種問題，嚴重時會出現“抱軸”和“燒瓦”等現像，因而，要想研發出高速精密軋輥磨床，首先要解決的是其軸承技術。為此，應該根據國內軋輥磨床生產企業的實際情況，突破國內傳統低速油膜軸承的結構局限，研發出一種新型的能應用於高速精密軋輥磨床上的油膜軸承。在國家自然科學基金等項目的支持下，在校企合作的基礎上，根據高速精密軋輥磨床油膜軸承的運行特點，本書作者設計出了一種適合高速精密軋輥磨床的動靜壓油膜軸承。該軸承采用軸承本體和軸承套過盈配合的結構形式，並且可根據不同的磨削速度和工作負載的情況對軸承進行調節，從而以不同的油膜結構來適應不同工況的需求，極大地提高了其應用範圍和運行效率。經過多年的研究，已形成了對該軸承較為完整的研究內容體繫，包括軸承的設計、軸承的優化、軸承的靜力學性能、軸承的動態性能、軸承的熱性能、軸承的流固耦合性能、軸承配套的主軸及潤滑供油繫統、軸承的實驗平臺等。本書特對此軸承的上述研究成果進行歸納和總結。
高速精密軋輥磨床動靜壓軸承技術的形成得益於作者多年來指導的研究生的研究工作，是研究生們刻苦鑽研和辛勤付出的結晶，在此，要特別感謝以下研究生所做的具體工作：張曉斐、曹剛、殷松、令狐克均、孟祥傑、陳詩陶、晏文孟、瀋瑞芳、孫官朝、李哲、張慧娟；本書的形成還要特別感謝合作企業險峰機床廠的付恆勛總工程師和吳長城工程師，感謝他們的無私付出和大力支持；本書的研究工作得到了國家自然科學基金（51465008，51165002）、貴州省高層次創新型人纔計劃（“百”層次）項目（黔科合平臺人纔[2016]5659）、貴州省科技計劃項目（黔科合平臺人纔[2017]5788 號）以及貴州省留學人員科技活動項目擇優資助重點項目（黔人項目資助合同（2018）0001 號）的支持。
國內目前尚未研發出高速精密軋輥磨床，本書中對高速精密軋輥磨床動靜壓軸承的研究成果還需工程實踐進一步驗證。囿於作者的水平和時間，書中錯誤和不妥之處實為難免，敬請讀者批評指正。

吳懷超
2019 年 8 月於貴陽