精密机床静压导轨系统的动态性能分析

摘要

液体静压导轨、静压丝杠、静压轴承都属于静压支承。由于静压导轨有摩擦系数小、具有良好的润滑性和吸振性、相对运动速度对刚度影响小、无“爬行”等优点，能满足高精度、重载荷及各种速度范围机床的要求，因此近些年来，液体静压导轨在机床行业中得到了广泛的应用，发展前景十分乐观。
　　本文所研究的静压导轨主要应用于精密机床，采用了薄膜节流不等面积对置油腔的闭式静压导轨结构。通过计算和分析，选取合适的系统参数，以满足机床对静压导轨的高精度和快响应的要求。
　　在理论上对液体润滑理论进行了分析，并研究了液体静压导轨的承载能力和油膜刚度，对静压导轨系统的动态特性加深了理解。通过计算相关参数，建立静压导轨系统的传递函数，然后利用劳斯判据判断系统的稳定性。
　　对静压导轨系统在不同载荷作用下的动态响应进行理论分析，推导了静压导轨系统的动态微分方程组，采用MATLAB/Simulink仿真软件构建系统的数学模型，通过仿真分析得到油膜厚度变化曲线、油腔压力变化曲线及薄膜片的位移曲线。
　　对不同节流器的性能进行对比分析，由于系统的振动会影响薄膜节流器的控制精度与使用寿命，利用有限元分析软件ANSYS，建立薄膜片的有限元模型，对薄膜片进行模态分析，得到其固有频率和振型图。提出一种新的节流器，对静压导轨动态响应的提高有很大帮助。
　　本文分析得到的静压导轨动态特性结论，为静压导轨在精密机床中的应用和推广提供理论参考，并利用仿真软件进行动态仿真分析，为进一步的实验研究做好铺垫，也为工程实践应用提供一些帮助。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外液体静压导轨在机床领域的研究及应用情况

1．3 静压导轨的动态特性

1．3．1 阶跃载荷作用下的过渡特性

1．3．2 正弦交变载荷作用下的频率特性

1．3．3 系统稳定性

1．4 课题来源及研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 本文的研究内容

第2章 静压导轨的动态稳定性理论分析

2．1 液体润滑的理论基础

2．2 静压导轨的承载能力和油膜刚度

2．2．1 定压节流系统的基本关系式

2．2．2 对置油腔静压导轨的承载能力

2．2．3 静压导轨的油膜刚度

2．3 薄膜反馈节流静压导轨的工作原理

2．4 系统传递函数的建立

2．5 动态稳定性的判定

第3章 静压导轨动态特性的建模仿真与分析

3．1 阶跃载荷作用下过渡特性的相关概念

3．1．1 静压导轨的工作稳定性

3．1．2 阶跃载荷

3．1．3 在阶跃载荷作用的过渡过程

3．2 静压导轨系统的运动微分方程组

3．2．1 导轨的运动方程

3．2．2 节流器的运动方程

3．2．3 流入导轨油腔的流量

3．2．4 流出节流器的流量

3．2．5 流量的连续性方程

3．2．6 系统的运动微分方程

3．3 求解算法的确定

3．4 阶跃载荷作用下的仿真结果与分析

3．4．1 薄膜厚度δ对过渡过程的影响

3．4．2 油液粘度对过渡过程的影响

3．4．3 系统压缩系数对过渡过程的影响

3．5 在正弦载荷作用下频率特性的相关概念

3．5．1 正弦载荷

3．5．2 在正弦载荷作用下的频率特性

3．6 静压导轨系统的传递函数及“振幅-频率”特性方程

3．7 正弦载荷作用下的仿真结果与分析

3．7．1 液压油粘度对频率特性的影晌

3．7．2 系统压缩系数对频率特性的影响

3．8 静压导轨动态性能的改善措施

3．8．1 排除系统中的空气

3．8．2 减少“敏感油路”的容积变化

3．8．3 调整导轨的稳定性

3．8．4 载荷频率避开特征频率

第4章 节流器对系统的影响和一种新节流器

4．1 液体静压导轨的节流器

4．1．1 固定节流器

4．1．2 可变节流器

4．2 薄膜反馈节流器的振动

4．2．1 产生振动的原因

4．2．2 消除振动的措施

4．3 模态分析理论基础

4．4 薄膜节流器的薄膜模态分析

4．4．1 薄膜模型的建立

4．4．2 选择材料及网格单元划分

4．4．3 薄膜模态计算结果分析

4．5 一种新节流器

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢