超精密机床液体静压导轨静动态特性分析及模态参数识别

摘要

近年来，精密光学零件的应用越来越多，在民用、国防以及空间科学等领域都有着广泛的需求；而光学零件加工最重要的设备是超精密机床。超精密机床具有良好的加工性能是光学零件质量的重要保证。但是决定超精密机床性能的因素较多，导轨部件是其中之一。超精密机床导轨一般具有较高刚度和直线度，设计时通常采用了闭式液体静压形式。实际中，工作台受到载荷作用，滑块相对初始位置会发生偏移，该偏移对液体静压导轨的静态性能产生影响。此外导轨幅板在油膜压力的作用下发生变形，进而对导轨的刚度和直线度等性能产生影响，而关于该方面的研究却比较少。
　　本文根据微细结构加工超精密机床的总体技术指标设计了闭式液体静压导轨，从滑块的偏移和幅板变形两个方面出发，分析了其对液体静压导轨静态性静的影响，并通过模态的仿真与实验分析，对液体静压导轨的动态特性进行研究。
　　根据液体静压支承工程设计方法确定了液体静压导轨的结构参数。推导了滑块偏移量与静态刚度、承载力和流量的关系公式，绘制了关系曲线，分析了滑块偏移对导轨静态性能的影响，确定导轨滑块的位移率。
　　利用有限元分析软件ANSYS对液体静压导轨进行了结构静态特性分析。通过弹性体模拟油膜，实现油膜压力随间隙的变化。得到了液体静压导轨的幅板变形量。经过对幅板变形量的分析，得到了导轨对置油膜的静态刚度以及幅板变形对导轨直线度的影响。
　　对液体静压导轨进行动态特性分析，分别采用仿真与实验两种方法，得到了液体静压导轨的固有频率和模态振型；并对仿真结果与实验结果进行了对比分析，验证有限元模型的正确性。通过对实验数据的分析，得到了静压导轨结合面的阻尼模态参数，为液体静压导轨动态性能分析提供依据。

目录

超精密机床液体静压导轨静动态特性分析及模态参数识别

ANALYSIS OF STATIC AND DYNAMIC CHARACTERISTICS OF ULTRA-PRECISION HYDROSTATIC GUIDEWAY AND INDENTIFICATION OF MODEL PARAMETERS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 主要研究内容

第2章 液体静压导轨的设计与滑块偏移对静态性能的影响

2.1 引言

2.2 液体静压导轨的设计

2.2.1 液体静压导轨结构的确定

2.2.2 液体静压导轨的设计参数

2.3 滑块偏移对内滑块式静压导轨性能的影响分析

2.4 本章小结

第3章 液体静压导轨幅板变形及其对静态性能影响

3.1 引言

3.2 内滑块式导轨幅板变形分析

3.2.1 弹性体模型的建立

3.2.2 静压导轨有限元模型的建立

3.2.3 静压导轨模型建立考虑的问题

3.2.4 液体静压导轨幅板变形结果分析

3.3 内滑块式导轨幅板变形对静态性能的影响

3.3.1 导轨幅板变形对静态刚度的影响

3.3.2 导轨幅板变形对导轨直线度的影响

3.4 外滑块式液体静压导轨有限元建模及静态分析

3.4.1 外滑块式液体静压导轨有限元模型的建立

3.4.2 外滑块式静压导轨幅板变形分析

3.5 本章小结

第4章 液体静压导轨动态特性分析及参数识别

4.1 引言

4.2 液体静压导轨模态分析的理论基础

4.3 内滑块式液体静压导轨的模态分析

4.3.1 有限元模型的建立

4.4 内滑块液体静压导轨的仿真模态分析结果

4.5 外滑块式液体静压导轨的模态仿真

4.6 外滑块式液体静压导轨的实验模态分析

4.6.1 支承方案的确定

4.6.2 试验频段的选择

4.6.3 力锤和加速度传感器的选择

4.6.4 测点的布置

4.6.5 测试系统的组成

4.6.6 试验结果

4.6.7 实验结果和仿真结果对比分析

4.7 静压导轨的模态参数识别

4.8 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢