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。     

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。     

矩形空气静压导轨的扭曲精度分析

一、引言衡量满足静态稳定性判据的矩形空气静压导轨的精度的重要因素之一是矩形空气静压导轨出现倾斜时的倾角恢复力矩和倾角刚度。如何有效地计算导轨的倾角恢复力矩和倾角刚度是高精度空气静压导轨研究的一个不可忽视的重要问题。本文用一阶摄动法推导矩形空气静压导轨(如图1)以y轴为转轴的倾角恢复力矩和倾     

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。     

基于流固耦合的插齿机静压主轴结构优化设计

液体静压轴承由于具有较高的旋转精度和油膜刚度等特点广泛应用于精密、高速插齿机主轴上,然而主轴往复运动引起的发热以及摇杆对主轴侧向作用力的周期性变化将导致静压油膜刚度发生变化,从而影响加工精度。针对大齿宽长行程插齿机YKW51160的静压主轴刚度不足问题,建立油膜有限元分析模型,采用静压油腔边缘倒角和回字形油腔2种结构优化设计方案以提高静压油膜刚度和承载能力;基于流固耦合方法对优化后的静压轴承承载能力以及油膜刚度进行分析验证。仿真和实例计算结果表明:优化后的轴承承载能力和油膜刚度最大提升12%和12.3%,满足摇杆对主轴径向周期性的冲击所需的承载能力和油膜刚度要求。     

新型微孔节流气体静压轴承的特性研究

针对狭缝节流静压气体止推轴承的狭缝加工质量难以保证的问题,提出了一种微孔节流气体静压止推轴承。基于Fluent软件,保证轴承的总节流面积相同,通过改变气膜厚度、节流孔(缝)深度,对比研究了狭缝节流和微孔节流静压气体止推轴承的承载力、刚度及耗气量;其后对轴承的总节流面积取不同值时的轴承特性进行分析对比,从而判断了两种轴承在一定条件下是否具有互换性。结果表明:气膜厚度、节流孔(缝)深度、轴承的总节流面积取不同值时,微孔节流静压气体止推轴承在承载力、刚度及耗气量上都与狭缝节流静压气体止推轴承有较高的一致性;在一定的工况下,微孔节流静压气体止推轴承可以代替狭缝节流静压气体止推轴承。     

提高车床主轴的承载能力

向心推力静压轴承刚度低,是因为装在这种轴承上的主轴,当切削力加在主轴悬臂端上,在前和后静压支承的径向和端面间隙范围内产生了倾斜。为了提高静压轴承的刚度即车床主轴的承载能力,可采用以下措施:优化设计两支承间距;改进轴承结构;提高主轴抗弯刚度;在薄片式多通分流阀基础上研制新的静压支承供油     

液体静压导轨初始液阻比的最优设计分析

液体静压导轨刚度是衡量导轨性能的关键指标之一。以采用固定液阻的液体静压导轨为研究对象,通过理论推导得出液体静压导轨刚度s与油膜位移率ε(t)、初始液阻比λ_0的数学方程,研究发现随着初始液阻比λ_0的增加,导轨出现明显的刚度峰值s_(max),该峰值随液阻比λ_0的增加而增大,且同时向曲线右侧偏移,但随着刚度峰值的增加s_(max),导轨承载能力下降,系统溢流损失增大。提出了一种以导轨受载工况时的刚度需求,确定最优初始液阻比的方法,为液体静压导轨的综合性能的提升提供了依据。     

椭圆形油腔静压丝杠螺母刚度分析

轴向刚度及径向刚度是液体静压丝杠螺母的重要性能,本文讨论椭圆形油腔静压丝杠螺母刚度的计算方法和测量方法,并将其与传统的环形油腔及多油腔静压丝杠螺母的刚度加以比较。一、刚度的理论探讨对椭圆形油腔静压丝杠螺母,我们已做过介绍(见《一种容易制造的多油腔静压丝杠螺母》,《机床与液压》,1986年第4期),为了便于后面的叙述与理解,我们首先回顾一下它的结构,见图1静压丝杠螺母结构示意图。由图可知,该种结构静压螺母的浅槽式节流器相当于毛细管节流器,从节流器钻有小直径的供油孔通到梯形螺纹面,供油孔在螺纹面上形成的椭圆     

腔内孔式回油液体静压轴承

一、前言实践证明,液体静压轴承能适应高精度、高效率和重型的机床主轴系统的性能要求,因此,液体静压轴承在这三种类型机床上得到了广泛的应用。而过去广泛采用的定压式静压轴承中,可变节流形式的静压轴承,其油膜刚度较高,但结构比较复杂,在中小型机床上应用受到一定的限制。能否设法在固定节流形式的基础上,经济合理地提高油膜刚度,这就是我们设计和试验新的型式静压轴承的指导思想。同时,我们在新结构的设计中,还考虑了主轴挠度在轴承油膜范围内对油膜刚度的影响,而将主轴挠度的不利因素转化为对提高油膜刚度的有利因素。新的结构型式——腔内孔式回油液体静压轴     

液体静压轴承液阻可调式节流器的设计与应用

采用固定节流形式的液体静压轴承,其轴承油膜刚度J是节流比β的函数。当节流比为某一特定值时,可使油膜刚度J的值为最大,此时的节流比β称为最佳节流比。设计人员都是依据最佳节流比来设计和选择液体静压轴承各参数的。然而,由于零件存在一定的加工误差及测量误差,在装配调试过程中,往往出现节流比偏离最佳值的情况。     

孔式环面深浅腔液体动静压轴承的结构及稳定特性研究

孔式环面节流深浅腔液体动静压轴承精度高、刚度大、寿命长、吸振抗震性能好,广泛用于精密及高速加工机床的主轴。介绍孔式环面节流深浅腔动静压轴承的结构特点及工作机制,分析了该动静压轴承的刚度;为了满足动静压轴承多年连续使用而不需维修的生产需要,提出了该动静压轴承的稳定性判据。     

国外在重型机床上采用静压蜗杆副传动的基本情况

一、为什么国外近来在重型机床上采用了静压蜗杆副传动近来,国外在重型机床上,特别是在龙门铣床、铣铿床等机床的进给传动中,采用了静压蜗杆蜗母条传动副来进行传动(以下简称静压蜗杆副),甚至在大型普通车床的纵向进给运动中,也采用了静压蜗杆副传动。一般来讲,当传动距离大于5米时,目前有采用静压蜗杆副来传动的趋势。因为现代化机床的进给传动,要求无间隙、磨损小、刚度好,阻尼性能好,传动效率高。而采用静压蜗杆副传动就能满足这些     

内部节流器静压轴承计算方法的讨论

随着液体静压轴承应用的发展,内部节流器静压轴承的结构形式也得到有关单位的应用与重视;然而,这种节流形式的静压轴承,其油膜刚度应如何计算与实际比较接近,应用在什么场合比较合理,乃是人们所关心的。本文在天津大学有关资料的基础上主要讨论双排进油油腔内部节流器径向静压轴承的刚度计算方法与使用场合。一、双排进油油腔内部节流器径向静压轴承工作原理它的工作原理见图1;在轴承的内表面上,沿轴向开有四个油腔:进油油腔S,敏感     

外间隙节流腔内孔式回油液体静压轴承

液体静压轴承结构是多样的,在我国广泛采用的定压式液体静压轴承中,有固定节流、可变节流、反馈可变节流等形式,反馈可变节流液体静压轴承,其油膜刚度较高,但结构比较复杂,使用受到一定限制。内反馈节流液体静压轴结构比较简单,但制造精度要求较高,由于主轴挠度的干扰,影响了内反馈节流液体静压轴承油膜刚度的提高,同时油腔部分的摩擦面较大,产生较大的温升,因此,也不够理想。我校在高速磨削与磨床的研究中,曾对外间隙节流液体静压轴承进行过试验研究,现已成功地用于MS1320高速外圆磨床产品,获得了良好的效果,对于中小型机床是非常适用的。但外间隙节流液体静压轴承属固定节流,轴承刚度的提高受到一定的限制,为了扩大外间隙     

基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的特性研究

随着超精密加工技术和地面微低重力仿真的发展,相关产业对空气静压轴承的性能要求越来越高。由于传统的孔式节流器其结构特点不能完全满足实际使用的需要,节流孔直径与气膜间隙同一数量级的微孔节流空气静压轴承因其良好的刚度和承载特性,越来越受到关注。但在微孔节流器的发展过程中,微孔的加工工艺却限制了其推广应用。针对目前常用的三类微孔加工工艺,进行了理论仿真研究,通过建立不同加工工艺轴承仿真模型,运用双向流固耦合仿真方法,对比分析了基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的动静态特性。研究结果表明：锥孔类轴承承载性能优于其他两类,但耗气量大且在小间隙时刚度较差;薄壁直孔类轴承承载性能稍逊,但在大间隙下轴承刚度较佳;嵌套类轴承承载性能较差,但在小间隙下轴承刚度较大且耗气量较低。     

双面薄膜反馈节流闭式静压支承的承载特性和参数选择

一、前言机床上采用静压轴承、静压导轨和静压丝杆以提高机床的加工精度和使用寿命有日益广泛的趋势。对重载、高精度机床常采用薄膜反馈节流的静压支承,它比毛细管节流等固定节流具有更高的承载能力和刚度,只要参数选择合理,它能保证在较大的载荷变化范围内,导轨的位移接近为零。对双面薄膜节流等面积对置静压支承,其设计状态下的无穷大刚度条件的推导在国外早有叙述,并已由上海机床厂试验验证。而对双面薄膜节流不等面积对置     

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。     

基于动网格技术的空气静压轴承线刚度及角刚度分析

为了在超精密机床设主轴设计阶段准确得到空气静压轴承的静态特性,文章提出了一种基于Fluent动网格技术的数值仿真方法,综合分析了在考虑进气孔直径、进气压力、气膜厚度及轴承转速等条件下对空气静压轴承线刚度及角刚度的影响。结果表明:轴承线刚度随气膜厚度的减小、进气压力的增大而增大,且最大线刚度所对应的进气孔直径随压力增大而增加;轴承角刚度随气膜厚度的减小、进气孔压力和进气孔直径的增大而增加。     

主动控制静压轴承薄膜节流器仿真分析

介绍了一种基于超磁致伸缩薄膜控制的静压轴承节流器,即在原有薄膜节流器的基础上增加控制环节,用于实现静压轴承的主动控制。利用ANSYS进行了仿真计算,推导出了薄膜在节流器内置磁场作用下的变形规律。利用MATLAB求解雷诺方程得出油腔压力与节流间隙的数值关系,最终求出磁场强度与静压轴承油腔压力的变化关系。结果表明:超磁致伸缩薄膜控制的节流器在低磁场作用时,能够对油腔压力进行较大范围的主动调节,从而使静压轴承可以获得更高的支撑精度和刚度。