【摘要】：數(shù)控機(jī)床的高速、重載和高精度集成化發(fā)展,給液體靜壓絲杠副的應(yīng)用帶來了新機(jī)遇,但是其設(shè)計(jì)、研究資料卻明顯不足和滯后。螺距誤差的存在顯著影響了液體靜壓絲杠副的靜動(dòng)態(tài)特性、傳動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)特性等,給其設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來諸多不可回避的關(guān)鍵問題。如何充分發(fā)揮其優(yōu)越的性能,亟需有充分考慮實(shí)際工況的、較完善的理論研究作為指導(dǎo)。本文彌補(bǔ)設(shè)計(jì)、研究資料的匱乏,考慮螺距誤差的影響,開展了液體靜壓絲杠副的性能分析。首先,建立了液體靜壓絲杠副油膜特性數(shù)學(xué)模型。借助螺紋螺旋面的等效扇形平面,基于簡(jiǎn)化形式的Navier-Stokes方程、質(zhì)量守恒原理和界面無滑移邊界條件,推導(dǎo)了針對(duì)螺旋型油膜的廣義雷諾方程。建立了含螺母螺距誤差的油膜間隙模型,結(jié)合油膜速度邊界,推導(dǎo)了在液體靜壓絲杠副中雷諾方程的具體形式。利用小擾動(dòng)理論推導(dǎo)了雷諾方程和流量連續(xù)方程的擾動(dòng)形式。給出了液體靜壓絲杠副的軸向承載能力、軸向剛度系數(shù)和軸向阻尼系數(shù)等的計(jì)算公式。其次,用有限差分法數(shù)值求解了考慮螺母上周期為2π的周期螺距誤差和螺距累積誤差時(shí),毛細(xì)管補(bǔ)償、雙面薄膜補(bǔ)償斷續(xù)油腔液體靜壓絲杠副的油膜壓力和擾動(dòng)壓力分布,進(jìn)而得到其軸向靜動(dòng)態(tài)特性。比較研究了各種情況下,靜動(dòng)態(tài)特性隨螺母波動(dòng)位移的變化規(guī)律,為揭示螺距誤差的作用機(jī)理,著重對(duì)變化規(guī)律進(jìn)行了分析、解釋。從利于產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)的角度出發(fā),提出了 一種利用靜壓油腔與螺母周期螺距誤差的合理配置提高靜動(dòng)態(tài)特性的新方法,即把油腔間的封油面置于油膜間隙的波谷處,使?jié)櫥蛷挠颓涣鞒龊?沿螺旋方向呈"爬坡"式流動(dòng),流向收斂的楔形間隙,極大地增強(qiáng)了封油面上的動(dòng)壓效應(yīng)。計(jì)算分析了這種布局下,液體靜壓絲杠副軸向承載能力、軸向動(dòng)剛度和軸向阻尼等的變化規(guī)律,結(jié)果表明所提新方法顯著提高了液體靜壓絲杠副的靜動(dòng)態(tài)特性。然后,分析了液體靜壓絲杠副的傳動(dòng)精度和油膜的螺距誤差均化作用。給出了同時(shí)考慮絲杠和螺母螺距誤差的油膜特性控制方程�；陟o壓螺母的準(zhǔn)靜態(tài)平衡,計(jì)算了在低速、恒定外載工況下靜壓螺母的運(yùn)動(dòng)誤差。研究了螺距誤差的不同組成成分對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)絲杠上只有螺距累積誤差時(shí),靜壓螺母的運(yùn)動(dòng)誤差等于絲杠螺紋兩側(cè)螺旋面螺距累積誤差的平均值。用均化系數(shù)定量衡量油膜對(duì)絲杠周期螺距誤差的均化效果,發(fā)現(xiàn)開螺旋油腔的螺母螺紋數(shù)和絲杠螺距誤差的周期是影響均化系數(shù)的主要因素。進(jìn)一步分析了靜壓螺母的螺旋油腔結(jié)構(gòu)形式與螺母的徑向位移和傾斜對(duì)均化系數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)斷續(xù)油腔靜壓螺母的均化系數(shù)在特定的空間頻率出現(xiàn)凸起,螺母徑向位移和傾斜對(duì)均化系數(shù)的影響不大。最后,分析了靜壓螺母的高速運(yùn)動(dòng)特性�；陟o壓螺母的運(yùn)動(dòng)方程,并引入歐拉方程,作為聯(lián)系運(yùn)動(dòng)方程與油膜特性控制方程的橋梁,建立了適用于高速工況的靜壓螺母運(yùn)動(dòng)非線性模型。分析了高速工況下,靜壓螺母受較小靜態(tài)載荷、較大靜態(tài)載荷、階躍載荷、正弦載荷等不同外載時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性。發(fā)現(xiàn):在高速、較小靜載荷下靜壓螺母波動(dòng)位移曲線的波動(dòng)變化不大,液體靜壓絲杠副在低速工況下螺距誤差均化作用的結(jié)論,可以擴(kuò)展到高速、較小靜載荷的工況;受階躍載荷作用時(shí),螺母過渡運(yùn)動(dòng)過程平滑、無超調(diào),運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性良好;受正弦載荷作用時(shí),螺母響應(yīng)波動(dòng)位移的振幅隨正弦載荷頻率的增大而減小。
[Abstract]:This paper presents a new method to improve the static and dynamic characteristics of hydrostatic lead screw by using the finite difference method . This paper analyzes the high - speed motion characteristics of static pressure nut . Based on the motion equation of static pressure nut , and introduces the Euler equation , as the bridge between the contact motion equation and the oil film characteristic control equation , the nonlinear model of static pressure nut motion is established .
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG659

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2133163