液體靜壓絲杠副螺距誤差作用機理與運動特性研究.pdf

1、數控機床的高速、重載和高精度集成化發(fā)展，給液體靜壓絲杠副的應用帶來了新機遇，但是其設計、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態(tài)特性、傳動精度和運動特性等，給其設計和應用帶來諸多不可回避的關鍵問題。如何充分發(fā)揮其優(yōu)越的性能，亟需有充分考慮實際工況的、較完善的理論研究作為指導。本文彌補設計、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學

2、模型。借助螺紋螺旋面的等效扇形平面，基于簡化形式的Navier-Stokes方程、質量守恒原理和界面無滑移邊界條件，推導了針對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，結合油膜速度邊界，推導了在液體靜壓絲杠副中雷諾方程的具體形式。利用小擾動理論推導了雷諾方程和流量連續(xù)方程的擾動形式。給出了液體靜壓絲杠副的軸向承載能力、軸向剛度系數和軸向阻尼系數等的計算公式。
　　其次，用有限差分法數值求解了考慮螺母上周期為2π

3、的周期螺距誤差和螺距累積誤差時，毛細管補償、雙面薄膜補償斷續(xù)油腔液體靜壓絲杠副的油膜壓力和擾動壓力分布，進而得到其軸向靜動態(tài)特性。比較研究了各種情況下，靜動態(tài)特性隨螺母波動位移的變化規(guī)律，為揭示螺距誤差的作用機理，著重對變化規(guī)律進行了分析、解釋。
　　從利于產生動壓效應的角度出發(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“?/p>

4、坡”式流動，流向收斂的楔形間隙，極大地增強了封油面上的動壓效應。計算分析了這種布局下，液體靜壓絲杠副軸向承載能力、軸向動剛度和軸向阻尼等的變化規(guī)律，結果表明所提新方法顯著提高了液體靜壓絲杠副的靜動態(tài)特性。
　　然后，分析了液體靜壓絲杠副的傳動精度和油膜的螺距誤差均化作用。給出了同時考慮絲杠和螺母螺距誤差的油膜特性控制方程?；陟o壓螺母的準靜態(tài)平衡，計算了在低速、恒定外載工況下靜壓螺母的運動誤差。研究了螺距誤差的不同組成成分對運動精

5、度的影響，發(fā)現當絲杠上只有螺距累積誤差時，靜壓螺母的運動誤差等于絲杠螺紋兩側螺旋面螺距累積誤差的平均值。用均化系數定量衡量油膜對絲杠周期螺距誤差的均化效果，發(fā)現開螺旋油腔的螺母螺紋數和絲杠螺距誤差的周期是影響均化系數的主要因素。進一步分析了靜壓螺母的螺旋油腔結構形式與螺母的徑向位移和傾斜對均化系數的影響，發(fā)現斷續(xù)油腔靜壓螺母的均化系數在特定的空間頻率出現凸起，螺母徑向位移和傾斜對均化系數的影響不大。
　　最后，分析了靜壓螺母的高速

6、運動特性?；陟o壓螺母的運動方程，并引入歐拉方程，作為聯系運動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動非線性模型。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的運動特性。發(fā)現:在高速、較小靜載荷下靜壓螺母波動位移曲線的波動變化不大，液體靜壓絲杠副在低速工況下螺距誤差均化作用的結論，可以擴展到高速、較小靜載荷的工況;受階躍載荷作用時，螺母過渡運動過程平滑、無超調，運動平穩(wěn)性