超精密静压导轨油膜支撑特性分析

当机床静压导轨滑块偏移时,油膜间隙厚度发生了改变,从而导致了机床静压导轨不同位置油膜的承载力和刚度均发生了变化。为了研究在不同供油压力下滑块的偏移量对静压导轨液膜承载力和刚度的影响,从流体仿真角度对超精密磨床静压导轨上起支撑作用的油膜进行分析,并对导轨滑块进行模态分析。首先对超精密机床进行建模并分别对其固体区域和流体区域进行网格划分;其次通过西门子旗下的STAR CCM+软件对静压导轨液膜进行了流体分析,得到供油压力和液膜厚度对油膜承载力,刚度特性的影响规律;最后将油膜的刚度数据在ANSYS Workbench中简化为弹簧并进行模态分析,通过模态分析对超精密机床液压导轨进行识别,可以更好的掌握机床导轨性能。     

基于ANSYS的多孔质静压轴承径向特性数值模拟

文章提出了一种基于ANSYS Workbench 14．5平台的多孔质静压轴承径向特性数值模拟方法。首先采用FLUENT模块完成多孔介质和气膜间隙区域的流场分析,得到流体域的压力分布;然后利用Static Structure模块将流体域的计算结果耦合到主轴转子上进行静力分析,得到主轴转子的应变,并且对主轴转子的强度进行了校核;接着对主轴转子表面分布的应力进行积分,得到多孔质静压轴承的承载力,进而通过逐差法得到径向刚度;最后确定了多孔质静压轴承在不同承载条件下获得最佳刚度的气膜间隙范围。     

小孔节流气体静压导轨静态特性优化设计

为解决气体静压导轨工作刚度不足问题,提出一种双边气膜刚度最优设计方法。根据气体润滑理论及简化假设推导了气膜压力分布的雷诺方程,基于有限差分法离散了气膜流场求解域和边界条件,在MATLAB中编制了压力分布的求解程序,积分得到气膜的承载力,再求导可得气膜刚度。分析导轨间隙、节流孔结构参数和供气压力等对导轨静态特性的影响规律,为静压导轨的设计制造提供参考。     

液体静压导轨支承油膜的有限元分析

介绍了液体静压导轨支承的设计,并对其油膜压力分布进行了研究.根据流体润滑理论及雷诺方程,构建了导轨油膜压力的数学物理模型,提出了运用有限元法进行油膜刚度及导轨承载能力的分析与计算方法.借助非线性有限元软件Marc对一个应用实例进行了分析与计算,得到油膜压力的分布云图和曲线,求解出了油膜刚度和导轨的承载能力.计算结果表明,该方法计算结果精确,可以满足设计要求.     

超精密定位工作台静压导轨静态特性及流场仿真分析

研究超精密液体静压定位工作台中的液体静压导轨静态特性问题。根据流体润滑理论及雷诺方程,构建了导轨油膜压力的数学物理模型,运用有限元方法求解静压导轨的各项静态特性参数,如导轨的承载能力、静刚度、流量等。运用三维造型软件Solid Works和CFD软件FLUENT,从结构三维造型设计和内部三维流动综合分析液体静压导轨,获得油膜压力的分布云图、曲线和油腔液压油流速分布云图,并分析不同结构设计参数和环境参数对液体静压导轨静态特性的影响。本文研究将对实际的静压导轨系统设计具有指导意义。     

导轨速度对静压导轨承载性能的影响

竖直液体静压导轨是纳米数控精密加工机床关键装备,机床静压导轨的运动速度不仅对零件加工精度有影响,也对导轨油膜承载性能有影响。因此确定机床导轨最佳工作速度就十分有必要。以纳米曲面磨床静压导轨油膜为例,通过Fluent流体仿真,对导轨运动速度与油膜最高压力、最低压力、油膜承载力定量的研究得到:在相对静止状态下,油腔压力场呈对称分布;导轨的运动速度增加,会产生油膜承载的不平衡性;验证了油膜负压对导轨承载性能影响很小,可以忽略;提出了纳米数控磨床的最佳静压导轨运动速度范围为0~0.1 m/s及0.3~0.5 m/s;在该工作速度范围内导轨的承载性能较好。研究结果为精密机床闭式静压导轨的工作参数选定提供了一定的依据。     

考虑节流形式的液体静压导轨油膜动刚度建模研究

液体静压导轨的动刚度性能直接影响着机床的加工精度。为分析不同节流形式下液体静压导轨的动刚度变化趋势,分别选取固定液阻、可变液阻与无液阻节流,建立液体静压导轨的承载力与动刚度模型。当导轨使用固定液阻或可变液阻节流时,导轨承载力F随初始阻尼比的增加而减小,随油膜厚度变化率ε的增加而增大;导轨动刚度s随初始阻尼比的增加逐渐呈现明显的峰值,且该峰值随初始阻尼比的增加逐渐向较大的油膜厚度变化率ε方向移动;在相同条件下,可变液阻节流在较小的油膜厚度变化率ε下能获得较大的导轨承载力F与导轨动刚度;无液阻节流时,导轨刚度与导轨承载力随压力比、油膜厚度变化率ε的增大呈单调递增。     

精冲机静压导轨的油膜刚度设计及控制

根据精冲机滑块的高精度导向要求,选择精冲液压机滑块导向形式为静压导轨结构,设计精冲液压机滑块导向机构,由左右2副对称导轨组成,每副导轨又各设置2个主油垫和2个副油垫,以此增加油膜的强度和刚度,并计算静压导轨承载能力及油膜刚度,研究静压导轨油膜厚度控制方式。     

基于流固耦合的气体静压导轨侧向静态特性分析

气体静压导轨的结构变形会造成气膜的压力分布与理论模型存在明显偏差，从而影响了其静态特性。研究建立了气体静压导轨的流固耦合模型，分析了导轨两侧气膜压力分布与结构变形的关系；此外，通过双向流固耦合仿真，得到了在不同位置外力作用下气体静压导轨的承载能力和位移的关系，以及导轨变形情况和位移的关系，分析了不同位移下导轨变形与承载力的关系。最终通过实验对流固耦合仿真数据进行了验证，得出流固耦合仿真数据与实验结果较为吻合，在不同位置的外力作用下的气体静压导轨的静态特性相差较大。     

基于CFD的静压转台油膜特性分析与油腔设计

针对静压转台回转运动精度不足的问题,以数控磨床的扇形液体静压转台为对象,对单个静压支承结构的位移率和设计间隙进行理论计算,得到油膜承载力与位移率和设计间隙之间的关系。对油腔内部流场进行仿真计算,得到不同油腔结构对油腔流场中承载性能产生的影响规律;根据仿真结果和转台的参数要求选取合适的油腔结构,设计了扇形静压转台;通过流固耦合分析,验证油腔设计的合理性;通过油膜刚度试验,验证了油腔设计的可行性。     

精密数控机床闭式静压导轨结构设计及油腔流场研究

针对精密数控机床对导轨精度的要求,设计一种基于薄膜反馈节流器的闭式静压导轨系统,并根据无穷大刚度原则计算了导轨的结构参数。利用三维软件SolidWorks建立静压导轨油腔的三维模型,导入流体力学软件FLUENT的前处理器Gambit进行网格划分;在设定一定进口压力条件下,给定导轨在静止状态和移动状态下的静压腔流场与温度场的变化规律。通过FLUENT的数值分析得到:在相对静止状态下,静压腔的流场成对称分布;相对速度变大时,静压腔流场在边缘区域压力成不规则的下降,温度在此区域急剧上升,容易出现"气穴"现象,致使油液发热,从而导致导轨运动精度降低。     

有限元方法在旋转接头承载系统设计中的应用

借助大型有限元分析软件Marc分析在旋转接头中非对称三油腔流体静压轴承,求解流场的压力分布,计算油膜的承载能力和刚度,为承载系统的结构设计和应用提供了理论依据.     

静动压轧机油膜轴承静压特性的研究

静动压油膜轴承是在液体动压润滑轴承和液体静压轴承的基础上发展起来的新型油膜轴承。静动压油膜轴承是一种兼有两者优点的轴承,其正常工作的速度范围较大,能够充分利用油膜的动压效应。通过采用CFD仿真技术,对1030-76WJJ静动压油膜轴承的静压特性进行了深入研究,建立了不同偏心率时的静动压油膜轴承的流体域模型,通过对静动压油膜轴承流体域边界条件的设定和求解,得出了轴承偏心率变化时对其静压特性的影响。同时研究了恒流量供油系统和恒压力供油系统时的静动压油膜轴承的承载能力和静压区域压力分布,对静动压油膜轴承的设计提供了理论指导,为静动压油膜轴承静压特性的研究提供了新的思路。     

新型铁基多孔含油材料滑块型滑动导轨的研究

导轨部件通常是整个机床刚度链中的最薄弱环节之一,因此导轨的力学性能直接影响机床整机的动态性能。提出了一种基于铁基多孔含油材料结合面的滑块型滑动导轨,分析了多孔含油材料结合面的刚度和阻尼特性;设计了多孔含油材料滑块型滑动导轨的一种矩形截面导轨形式,并对其润滑与低速平稳性进行了分析和实验验证;分析了所设计滑动导轨的导向精度,提出了滑块型滑动导轨设计时滑块跨度的设计原则。同滚动导轨相比,结果表明:该类型导轨具有高刚度、大阻尼和自润滑的特点,适合应用在中、较重负荷精密机床。     

高压重载螺旋传动副流固耦合与间隙优化分析

梯形丝杠副正常工作时，丝杠与螺母接触表面变形使间隙油膜厚度和压力分布不均匀，进而对梯形丝杠副的工作状态、油膜润滑特性和承载能力产生一系列影响，因此采用流固耦合分析方法对油润滑梯形丝杠副进行仿真研究。分别建立了梯形丝杠副固体模型和丝杠螺母间隙油膜的流体模型，采用流固耦合仿真分析方法，考虑油膜承载时压力升高而导致梯形丝杠副结构变形这一现象，得到相同工况、不同间隙下，丝杠与螺母的应力和变形情况以及油膜厚度对其承载性能和刚度的影响。研究结果显示：高压重载工况下，梯形丝杠与螺母均满足材料的屈服强度要求；综合考虑梯形丝杠副间隙与油膜承载刚度和承载力的关系，其润滑与承载性能在间隙为0.15～0.20 mm时最佳。     

精密导轨用气体轴承微米形状静压面特性研究

精密加工装备或测量仪器要求导轨具有高刚度高精度特性。文章提出了基于气体轴承静压面微米形状的刚度提升方法,研究分析多孔质气体轴承微米形状的结构原理及类型,采用母线多线法和同心圆法测量圆柱型气体轴承静压面,并评估其曲面不规则度或同心度偏差,以减少加工误差对静压槽形对气膜静态特性的影响;通过SolidWorks内嵌插件对气体轴承加载力进行仿真分析,为气体轴承微米形状静压面静态特性的槽型深度提供试验参数依据;最后对比分析了0.1～0.5 MPa气体压力对平面气膜在承载载荷力、静态刚度、气体流量等特性影响,当凹面槽深h_1=1μm即该值接近受承载力变形量时,气体轴承刚度较好且气体流量较低;当微米形状为凸面时,气体轴承静压面特性表现较差,为精密导轨工程应用高刚度高精度气体静压轴承设计提供参考依据。     

国外机床液压技术文摘

重型机床静压支承供油系统的研究——1982,No.2,11—15(俄文) 在现代的机床内最大负荷和最小负荷之比(即工作负荷范围)不断地在扩大。在加工直径达6300～25000毫米的立式车床内这个比值可达到10。提高静压导轨使用质量的最有效的方法是采用带有压力反馈的流量调节器。作者对静不定系统内的调节器作了详细的理论分析和实验研究。认为支承内负荷分布的不均匀取决于调节器的特性、导轨的刚度、调节器的阻抗以及导轨的制造精度。基础零件的刚度愈高,油膜的刚度愈高,导轨的精度也就愈高。如果在供油系统内装了调节器,则负荷比值为     

大尺寸扇形静压推力轴承润滑性能的数值分析

针对重型装备中所应用的大尺寸工作台静压推力轴承的润滑问题进行了研究,建立了模拟静压轴承本体及导轨内部三维流动的数学模型及边界条件,并利用CFD(Computational Fluid Dynamic)原理,采用FLUENT软件和有限体积法对扇形腔的静压轴承内部流体压力场及速度场进行了仿真和计算,得到了静压轴承内部的流速及压力分布.通过该仿真程序可以模拟出不同参数下静压轴承的润滑性能,可提前实现对大尺寸静压轴承润滑的特性的预测.     

直线电机驱动的开式静压导轨的设计

介绍开式液体静压导轨的优缺点,分析开式静压导轨易漂移的原因;通过引进直线电机,进一步调节静压导轨油膜厚度、提高油膜刚度,可防止导轨出现"漂移"或颠覆现象。同时通过解析法和有限元分析法计算导轨的受力情况,以提高设计的可行性。     

重型数控龙门机床静压导轨承载能力研究

静压导轨是重型数控龙门机床的关键组成部分,用于支持整个机床的重量,并沿工作台平稳地移动。因此,导轨油膜对机床的承载能力和加工精度起着重要作用。通过三维CFD仿真对无摩擦条件下的重型数控龙门机床静压导轨油膜的承载能力、流场压力和速度特性进行了分析,并通过对比实验数据对仿真结果进行验证。为满足工程设计要求,采用简化的理论模型分析油膜的承载能力。通过实验数据,验证了简化模型的准确度及可靠性,从而为重型龙门数控机床滑动导轨的油垫设计的理论计算提供了方法。