重型龙门镗铣床静压导轨流固耦合特性建模与分析

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重型数控机床是加工大型、特大型零件的必备加工设备,是为国防军工、航空航天、船舶、能源、交通运输、冶金、工程机械等主要工业支柱产业以及国家重点工程项目服务,是关系到我国国民经济发展与综合实力的战略物资,是国家高档数控机床与基础制造装备重大专项的重要组成部分。随科技的发展,各行业对重型高档数控机床的加工精度和运行可靠性提出了更高的要求。静压导轨是重型高档数控机床进给系统中关键部件,由于其高精度、高承载性、高刚度、低摩擦等特点被广泛应用于重型数控机床各运动部件之间的连接。静压导轨的工作性能对机床整体精度有着不可忽略的影响。重载作用下,静压导轨面在压力作用下的变形不可忽略,其变形量直接影响支承油垫油膜厚度,进而对油垫的承载力和静压导轨的运动精度产生影响。为揭示导轨面与油垫之间的流固耦合特性作用机理,本文进行了以下研究工作:  (1)基于雷诺方程和弹性力学基本原理,对雷诺方程和薄板变形方程进行基本推导,并利用有限差分算法对雷诺方程进行求解,建立静压油膜承载特性分析方程,并分析油膜厚度和供油流量对油膜工作性能影响规律。  (2)利用一种能够考虑流固耦合特性的矩形油垫快捷计算法方法分析计算静压油膜工作性能。提高了油膜分析计算工作效率,并以矩形油垫为研究对象,分析了其在不同供油参数、不同油膜厚度、不同倾覆状态下的工作性能。  (3)设计了静压单油垫试验台。对试验台进行了试验台机械结构设计,传感器布置方案设计和供油系统设计,对矩形油垫不同供油参数,不同倾覆状态下承载力变化情况进行了实验,验证了矩形油垫快捷计算方法的正确性。  (4)将单油垫计算分析模型运用到重型数控机床龙门框滑座结构上,对龙门框滑座进行整体建模,结合龙门框滑座力学平衡方程,利用有限差分算法和迭代算法,求解各个油垫处油膜压力分布情况和滑座整体变形情况。为静压导轨的设计和制造提供了理论基础。
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