滑动滑块导轨副微织构多目标优化设计及性能分析

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机床设备作为装备制造业的核心组成部分,其产品性能、精度、寿命等要求越来越高,进而要求机床进一步朝着高效率、高精密、高自动化、高柔性、低损坏率等方向研究发展,而在机床中承担导向和承载作用的滑动滑块导轨副的承载性能、抗摩擦磨损性能以及抗热性能对机床整机的加工精度、产品质量、寿命起着重要的作用。而表面织构被证明是改善摩擦副特性的一种有效可行手段,因此将微织构应用于机床滑动滑块导轨副中,有望能进一步提升机床滑动滑块导轨副乃至整机的整体性能。本文依托辽宁省教育厅项目—“摩擦副表面多孔微织构多目标优化设计理论与制造关键技术研究”(LJ2020ZD001),对滑动滑块导轨副表面制备椭圆开口偏置类抛物线截面型微织构进行研究,其内容和结论如下:(1)本文以机床传动系统中的矩形滑动滑块导轨副为研究对象,通过应用流体润滑理论和CFD仿真分析的方法对未织构滑动滑块导轨副在润滑状态下摩擦副间润滑油膜的承载性能、抗摩擦磨损性能、温升以及在乏油状态下摩擦副表面的接触应力进行分析。(2)对比分析椭圆开口无偏置类抛物线截面型、圆形开口偏置类抛物线截面型、椭圆开口偏置类抛物线截面型单元胞的流体动压效果,确定本论文所选取的单元胞类型为椭圆开口偏置类抛物线截面型并对其进行三维实体构筑,分析当选用偏置类单元胞孔时偏置因素与流向的关系对承载压强和摩擦系数的影响。(3)对微织构的形状参数(长轴半径、短轴半径、深度、偏置量、Rho)以及分布参数(横向间距、纵向间距、角度)对滑动滑块导轨副的承载性能、摩擦系数以及温升的影响规律进行研究,并利用响应面分析理论进行多目标多参数优化设计,获得最优机床滑动滑块导轨副微织构特征参数(形状参数、分布参数)。(4)对最优特征参数微织构的织构化滑动滑块导轨副相关性能进行仿真分析,并与原型滑动滑块导轨副相关性能进行对比分析,证明本文的研究成果,同时对滑动滑块导轨是否双向运动切削推荐了微织构的最佳特征参数。本文研究成果可为微织构应用于高档数控加工机床乃至其它具有摩擦副的高端装备提供理论和技术参考。该论文有图54幅,表34个,参考文献68篇。
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