在工业应用中,数控机床的直线进给运动实现的方式一般有三种:直线电机,伺服电机配合滚珠丝杠或静压丝杠（包括液体静压丝杠和气体静压丝杠）,本文主要研究液体静压丝杠。与滚珠丝杠相比,液体静压丝杠的非接触传动,拥有低振动、小噪声和磨损更小等诸多优点;与直线电机相比,液体静压丝杠的负载能力更高,位置稳定性更好,抗振性更强。因为这些优点,近年来液体静压丝杠的应用出现了增多的趋势。使用定压式供油泵的液体静压丝杠必须要使用节流器,可分为固定节流和可变节流两种。后者可使静压丝杠获得更优越的性能,系统刚度可以达到无穷大,但也会引起系统的不稳定。单面薄膜节流器属于可变节流,本文重点研究单面薄膜节流特性及其静压丝杠系统的静动态特性。开展的主要工作如下:1.设计了预压可调单面薄膜节流器及其节流的液体静压丝杠副。研究了通过建立三维结构网格来构建静压丝杠副性能计算精确模型的方法。利用MATLAB建立了一个高效自动生成静压丝杠的六面体结构网格的程序,给出实体分块信息之后,该程序使用映射法和扫掠法来生成各分块网格,然后对分块网格进行合并,定义边界条件,最后输出cfx5格式网格。利用此程序生成了一系列具有不同螺距误差和油膜厚度的静压丝杠三维网格,网格生成时间相比使用商业软件大大缩短,并克服了传统建模方法中将不可展特性螺旋面转化为二维扇形平面带来的理论误差。再借助于FLUENT计算了静压丝杠的静态特性,并对含有不同螺距误差模型的结果进行了比较,以确定螺距误差对系统承载能力、温度和空穴的影响。2.研究了单面薄膜节流器的性能计算建模方法,对平直薄膜和岛式薄膜两种单面节流器的性能进行了对比研究。首先建立了两种节流器节流缝隙内压力计算的数学模型,给出了岛式薄膜均匀缝隙内压力计算的解析方程和平直薄膜不均匀间隙内压力计算的数值解法;然后,分别建立了计算薄膜自身固体变形的岛式薄膜集中质量模型和基于分布质量的平直薄膜轴对称线弹性方程;给出了流固耦合边界条件和流固耦合计算的欧拉方法,并对上述模型进行了验证。最后,对两种节流器的性能进行了对比研究。发现使用平直间隙假设计算单面平直薄膜节流器的静态流量会造成巨大误差,原因在于这种方法高估了平直薄膜的刚度值。明确了在供油压力和节流器出口压力相差较低时,两者能够拥有相同的静态流量,但是岛式薄膜节流器能够为系统带来更好的动态性能。在供油压力和节流器出口压力相差较高时,单面平直薄膜节流器可以节省流量,从而降低系统功率。3.提出了一种基于任意边界条件的单面薄膜节流器流固耦合数值计算方法,以解决理论计算的流量与实际流量差距很大的问题。这种差异的来源在于薄膜实际工况中的边界条件既不是理想的周边固支边界,也不是理想的周边简支边界,而是处于两者之间的一种边界状态。为了使计算模型和实际工况更好地吻合,构建了基于Mindlin板有限元模型和Kirchhoff板有限元模型的任意边界法。任意边界法在有限元模型的边界点上添加一组位移弹簧和扭转弹簧,改变对应扭转弹簧k2的刚度值即可使薄膜边界条件在周边固支边界和周边简支之间任意过渡。利用实验数据拟合了k2的刚度取值,所计算的静态流量结果与传统算法和简支大变形方法得到的结果进行了对比。发现任意边界法得到的结果与实验结果最为接近。薄膜的边界状态似乎不是定常边界,k2的刚度取值会随着供油压力的改变而改变,薄膜节流器的静态流量特性对k2的刚度取值非常敏感。任意边界条件的建立对于准确计算单面薄膜节流器的静态流量和认识单面薄膜节流器的实际工况具有十分重要的实际应用意义。4.针对使用单面薄膜节流器会造成静压系统的不稳定问题,开展了单面薄膜节流器及其静压丝杠系统的非线性动力学研究,发现这种不稳定性的来源是薄膜节流器和丝杠节流缝隙两个非线性系统的相互耦合。明确了薄膜节流器一阶模型的参考质量,通过一阶模型和二阶模型的对比发现降低薄膜质量和降低薄膜无量纲刚度可以消除薄膜节流器在稳定点处的震荡。对于静压丝杠,单面薄膜节流器的设计存在一个最佳无量纲刚度k=4/3。对各种情况下的静压丝杠静动态特性做了分析,发现k＜4/3时静压丝杠的静态平衡点难以求出。静刚度为负不代表静压丝杠不稳定,只有k＜4/3时在特定载荷下静压丝杠会出现不稳定性。静压丝杠属于闭式静压推力支承,处于不稳定状态时,相应的情况下开式推力静压支承也会处于不稳定状态。对开式推力静压支承进行了稳定性分析,发现不稳定性与薄膜节流器和轴承的尺寸大小、薄膜刚度和外载荷的大小有关。存在一个非线性控制律可以使系统在宽载荷范围下保持无穷大静刚度。探讨了开式推力静压支承的轨迹跟踪非线性控制方法,仿真验证了非线性控制律的有效性。