高精度内圆磨床液体静压导轨刚度计算

高精度内圆磨床采用了运行精度高、摩擦因数低、产生热变形小的液体静压导轨;作为磨床可移动部件与固定部件间的重要结合部分,液体静压导轨的刚度特性对磨床结构动态特性有着不可忽视的影响;介绍了液体静压支承的基本原理,计算了高精度内圆磨床进给系统采用液体静压闭式导轨对置油垫的刚度,并借助Matlab软件分析对置油垫刚度随供油压力、主油膜厚度、油腔宽度以及总间隙变化的规律,为液体静压导轨的刚度调整提供了理论依据。     

精密磨床转台静压轴承的强健化设计

针对精密磨床转台静压轴承性能仿真数据与其回转精度实测数据不一致的问题,为提高转台静压轴承的设计水平,提出了静压轴承的强健化设计方法。该方法考虑了轴承结构参数在轴承全生命周期内的变化,分析了半径间隙、油腔尺寸、节流比及润滑油黏度在设计、加工、装配和服役4个阶段的变化规律,重点研究了半径间隙在各阶段对轴承性能造成的影响,给出了转台静压轴承的强健化设计流程。通过一个径向轴承的设计实例对该强健化设计方法进行了说明,并将设计结果与传统设计进行了对比。对比的指标是轴承在4个阶段的刚度、承载力和温升,这3个指标对轴承回转精度有直接影响。研究表明：进行强健化设计后,在生命周期内静压轴承的刚度和承载力的变化量为10%~27%,温度的变化量为0.5%~1.6%,较传统设计更能保证转台回转精度的稳定。     

矩形空气静压导轨气浮垫的实验性能对比

提出并设计了一种具有弹性薄板可变截面积均压槽的高刚度空气静压导轨气浮垫,用以提高气浮垫的刚度。通过气浮垫性能测试试验台。对新结构气浮垫的承载能力和气膜间隙进行了测定,得到气浮垫的承载力和刚度。通过实验分析,结果表明,在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均压槽深度的变化,使得新结构气浮垫的刚度较之传统已有气浮垫得到明显提高。新结构矩形空气静压导轨气浮垫具有较广的应用推广空间。     

数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计

介绍了数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计过程.重点分析了导轨的分类和液体静压导轨的工作原理及特点.根据当前磨床的设计要求,对液体静压导轨的结构进行了选择,并采用了闭式静压导轨结构.通过对闭式静压导轨上下油腔参数计算,验证了闭式静压导轨的各个设计参数的合理性.结果表明,磨床采用了闭式静压导轨结构后,性能可靠,精度稳定....     

高效精密磨床砂轮主轴深浅腔动静压轴承静特性分析

阐述用于高效精密磨床砂轮主轴的HSDB-R深浅腔动静压轴承的原理;建立基于Navier-Stokes方程的轴承油膜流体力学控制方程,采用基于有限体积法的三维流体力学仿真软件FLUENT分析轴承工作参数和结构参数对轴承承载能力、刚度、温升等性能的影响;对比"一"字和"匡"字2种油腔结构形式对于轴承刚度及温度分布的影响。结果表明:"一"字油腔结构能够提高轴承承载力和刚度,"匡"字油腔结构有助于降低轴承温升。     

液体静压支承转台的动力学分析与数值模拟

根据实际工程中的液体静压支承系统,将油膜力简化为弹簧支承,建立了工作转台的有限元模型,对工作转台的动力学特性进行了分析。通过数值模拟,研究了油腔数目对于液体静压支承工作转台振动频率的影响。用数值拟合方法,得到了液体静压支承工作转台的弹簧刚度与振动频率之间的关系表达式。     

环矩形静压垫的静特性研究

在流体静压支撑中，环矩形结构是静压垫的一种常见形式。根据流体润滑理论对环矩形静压垫的有效承载面积、体积流量、刚度、承载能力等主要静特性进行了研究，推导出了比较实用的计算公式。从实验得到了压力比和膜层厚度与静压垫法向位移之间的关系曲线，讨论了最佳参数的选择和相关问题，从而为环矩形静压垫支撑的设计和应用提供了依据。     

重型数控机床静压转台承载力计算分析及研究

在本文静压转台研究过程中,为了进一步针对重型数控机床静压转台承载力进行更加详细的计算,同时更加全面的针对重型数控机床定量闭式静压转台的特点以及油垫支承力耦合作用进行计算处理,文中主要从以下三方面进行了更具深入性的探究分析工作:首先,分析了静压转台结构及静压油垫支承力计算工作;其次就静压油膜的等效方法进行了总结探究;再次,针对转台自重下油垫支承力分析与模型验证工作展开了深入的分析工作;最后,围绕转台不同半径处的单点承载力展开了相应的探究工作,旨在通过本文研究工作的展开,进一步为重型数控机床静压转台承载力计算的精准性优化起到促进作用,最终确保静压转台的承重和精度的稳定性。     

节流器结构参数对Nanosys-1000液体静压导轨承载特性的影响

从实际加工角度出发,研究了节流器结构参数对Nanosys-1000超精密加工机床静压导轨承载特性的影响。利用流体分析软件建立导轨承载油垫的有限元模型并搭建了相关静压导轨实验台,研究了进口油压为1.7 MPa,油膜厚度为36μm时承载油垫的压力场分布特征,并通过对压力场积分得到油膜承载力,求导得到油膜刚度,从而揭示不同结构参数对静压导轨承载特性的影响。研究结果表明:节流器结构参数中节流孔孔径对机床承载特性影响最大,其次为节流孔孔长,出入口倒角对其影响甚微。导轨负载较小时,扩大节流孔孔径与缩短节流孔孔长有助于改善静压导轨承载特性;但在重载条件下,缩小节流孔直径,增加节流孔孔长反而更有利。将仿真数据与实验数据作对比,得到3个承载力测量点数据误差分别为7.9%,6.9%,8.6%。最后根据研究成果,确定了Nanosys-1000机床静压导轨节流孔结构参数。     

有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计

针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题,基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理,推导了微元控制体边界压力的插值函数,提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律,从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上,采用四因素三水平的正交试验法,在满足多目标性能最优的前提下,得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台,测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明,轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致;误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。     

定量式静压转台动态特性建模与影响因素分析

静压转台的动力学性能对转台的综合性能有较大影响,所以对转台在动载作用下响应的深入研究对于转台优化设计及提升转台的综合性能有重要作用。根据Christensen的模型计算考虑表面粗糙度的情况下静压转台支承油垫及预压油垫的非线性承载力。建立多油垫转台的多自由度动力学模型,应用龙哥库塔法计算转台在均载及偏载时转台的响应及转台的稳定时间和稳态油膜厚度,分析表面粗糙度、转台初始油膜厚度、转台支承及预压油垫进油流量、转台转动对转台动态特性的影响。结果表明偏载使得转台的动态性能下降并使转台的某些支承油垫油膜厚度出现较大幅度降低。较小的油膜初始厚度和较大的流量可以提升转台的动态性能,而表面粗糙度等因素对于转台的动态特性也有比较明显的影响其中周向粗糙度倾向与提高转台性能而径向粗糙度则倾向于降低转台性能。所建的模型及分析结论将为转台的优化设计及转台综合性能的提升提供理论基础。     

新型动静压差速转台油膜负压改进研究及其润滑特性分析

以新型动静压差速转台为研究对象,为了改善油膜存在的负压问题,提出两种改进方案。方案Ⅰ是在静压腔封油边处建立流量补偿孔,方案Ⅱ是在动压进油槽处增加进油孔。利用计算流体力学软件对转台油膜压力场、温度场进行数值仿真,并对不同转速下改进前后油膜承载力、进口流量、最低压力和最大温升进行对比分析。结果表明:两种改进方案都能有效改善负压,油膜特性均优于改进前,在改善负压上适用的转速范围更宽。     

基于Fluent的静压支承油膜仿真计算研究

以静压支承结构为研爱对象,利用Fluent工具对整个静压支承结构进行了数值仿真,验证了静压支承油膜的形成。仿真分析的结果表明,初始尺寸的静压支承结构压力油膜能够形成,油腔部分压力场基本稳定,油膜部分压力场逐渐减小：油膜部分流速较大,固定阻尼部分流速变化较大;初始油腔的厚度值较大,会在油腔内部形成涡流;最后根据分析结果对结构尺寸作了局部优化。     

Nanosys-1000机床静压止推轴承流场分布规律及承载特性

为了提高Nanosys-1000非球面曲面光学零件超精密加工机床加工精度,研究了机床核心部件静压止推轴承内流场分布规律,进而揭示其承载特性。利用ANSYS/Fluent软件建立对称结构静压止推轴承扇形油垫的仿真模型,采用层流模式对进油压力为1.3~1.9 MPa、油膜厚度为20~36 μm的油垫流场分布规律与承载特性进行分析。研究结果表明：油垫内压力在油腔区域比较均匀,沿封油边呈线性下降;油膜承载力随油腔压力线性增长,且在同一进油压力下,油膜厚度越小,油膜承载力越大,进油压力为1.5 MPa时,油膜厚度从36 μm减小到20 μm,油腔压力从3.05×10⁵ Pa增加到8.02×10⁵ Pa,油膜承载力相应地从880 N增加到2 109 N;同一负载即油膜承载力下,进油压力越高,油膜厚度越大,油膜承载力为1 320 N时,进油压力从1.3 MPa增加到1.9 MPa,油膜厚度从26 μm增加到30 μm;同一油膜厚度下,进油压力越高,润滑油流量越大,油膜厚度为28 μm时,进油压力从1.3 MPa增加到1.9 MPa,润滑油流量从0.179 L/min增加到0.231 L/min。相关研究结果在研制的Nanosys-1000非球面曲面超精密加工机床静压止推轴承上得到了验证。     

液体静压转台倾斜油膜承载特性解析

针对CFD数值仿真计算过程中建模周期长、计算效率低的缺点,基于各封油边当量油膜厚度思想采用解析法来研究液体静压转台倾斜承载特性,推导了倾斜油膜承载力、弯矩和刚度的计算公式,提高了计算效率。利用CFD软件Fluent对油膜进行了数值仿真,结果表明倾斜油膜承载力误差保持在6%以内,弯矩误差保持在8%以内,验证了解析公式的可靠性。利用所提出的解析方法研究了倾斜位移率、供油压力、节流孔径和转速对油膜基本性能参数的影响规律。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

液体静压主轴油膜滑移现象的分析及试验研究

针对液体静压主轴运动过程中动态特性问题,研究微尺度下油膜滑移对轴承承载力,刚度及动态刚度的影响。把微尺度下发生的速度滑移引入到油膜性能方程中,结合液体静压主轴系统平衡方程推导出了主轴系统承载力、刚度及动态刚度表达式,研究了油膜初期主轴静动态性能及油膜动刚度特性。从仿真结果中得到油膜滑移的发生使得承载力及刚度增大,最大刚度对应油膜厚度减小。最后刚度检测试验间接得出了实际主轴系统油膜流动过程中,存在油膜微滑移现象。本项研究为液体静压主轴微尺度下油膜滑移现象及性能的研究探索了一条新途径。     

开式静压导轨在球面车床上的典型应用

阐述了静压导轨在球面车床刀架床鞍上应用的必要性。通过对静压导轨的设计,静压导轨的工作原理和特点,油膜形式及尺寸的设计,油腔的初始托举力计算等方面的研究,证明在球面车床回转工作台低速、重负载的条件下,采用静压技术,把摩擦副的两个接触面隔开,使摩擦副的静摩擦为纯液体摩擦,从而保证了机床的回转精度和加工精度,有效的延长了工作台上摩擦副的使用寿命。     

变黏度静压滑动轴承高速时油膜动态润滑特性

静压滑动轴承转台直径大（D=4.5 m）,高转速运行时产生线速度值很大,其内部润滑油膜受压及剪切发热导致油膜变薄进而影响到机床加工精度和运行可靠性。针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜动态润滑特性。建立该静压轴承的流量、承载力、油膜温升等理论模型,自定义用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,选取外载荷12 t,转速为80~200 r/min（线速度18~48 m/s）高速下的工况条件参数进行动态润滑特性数值模拟,并进行相同工况参数下的试验验证,揭示出高速时油膜厚度变化对油膜温度、油腔压力、封油边处流量的影响规律。研究发现,该型号轴承在承载12 t时,随着膜厚的减小,油膜剪切发热严重,温升加剧,且高速下受润滑油黏度变化影响造成压力损失严重,研究数据为工程上静压轴承可靠运行提供理论依据。