闭式静压导轨结构静动态性能分析
数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计
作 台或拖 板 的导轨 ） 静导 轨 （ 和 常见 的为床 身导 轨 ）
组成 。
楔 ，导轨面 仍 处于直 接接触 状态 ，介 于液体 摩擦 和 干 摩擦之 间 。大部分 进给 运动 导轨 属于 此类型 。 按照受力情况又 可分为闭式导轨和开式导轨 ， 如
导轨 。
１ 导轨 的作 用和特 点
如 图 １ 示 的导轨 副 ，由动导 轨 （ 见 的为工 所 常
液体静 压导轨 ：两导轨之 间有一层静压油膜 ，属 于纯液 体摩 擦 ，多用 于进给 运动 导轨 。 液体动 压 导轨 ：当导轨面 之 间相 对滑 动速 度达 到一 定值后 ，液体 的动压 效应 使得 导轨 面 问出现 了 压力 油楔 ，把导 轨面 隔开 。动压 导轨也 属于纯 液 体 摩擦 ，多用 于 主运动 导轨 。 混 合 摩 擦 导 轨 ：在 导 轨 面 间 有 一 定 的 动 压 效
个独 立 的油 垫 ，由油腔 和 封油面 组 成 。来 自油泵
并经过 过 滤 的压力 为 的油 液 ， 节流 器节 流 后压 经 力 降为 进 入 运动 部 件 导轨 油腔 ，当油 腔 内的 总 压 力 升 高 到足 以 把运 动 部件 导 轨浮 起 时 ，运 动 部 件 导 轨 和 床 身 导 轨 之 间 就 被 一 层 厚 度 为 ｈ 油 的
液 体 静 压 导 轨 主 要 有 以下 优 点 ：
（） 为闭式导轨 。在外载荷和部件 自
重 作用 下 ， 两 导轨在 全长 上 保 持 贴 合 的 叫 做 开式 使
导轨 。
（ 会 产 生 摩 擦 损 伤 ，长 期 保 持 导 向精 度 ， ２不
为 了缩 短 与 国外 技术 水平 的差 距 ，增 强 国内磨 床 及 难加 工材 料 的制 造 能力 ，优 化设 计参 数 ，力求 通 过 一系 列静 压导轨 的参 数计 算 ，来确 定 闭式静 压 导轨 的基本 参数 ，试 制 出 了一套全 新 的 闭式 静压 导 轨 ，解 决 国 内部 分静 压导 轨 的刚性不 足 、稳 定性 差 的 问题 ，并 对部 分难 加工材 料进 行 了磨 削试验 ，验 证 了 数控 外 圆磨 床 砂 轮 架 闭式 静 压 导 轨 的设 计 参
关于数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计研究
2020/12车辆工程与技术丨Vehicle engineering and technology146车时代AUTO TIME 在数控外圆磨床中，砂轮架静压导轨为重要零部件，未能得到合理设计将造成磨床各轴运动过程中金属直接接触，产生较大磨损，导致机床精度受到影响。
在磨床加工精度要求不断提高的背景下，还应加强静压导轨设计研究，以便使磨床运动性能得到改善。
1数控外圆磨床砂轮架静压导轨设计要求在数控外圆磨床中，静压导轨为床身导轨。
在动导轨沿着静压导轨运动过程中，能否保持较高直线精度将对机床工作精度产生直接影响。
作为滑动导轨，静压导轨之间存在静压油膜，将产生液体摩擦。
为砂轮架提供支撑力的同时，导轨设计还应保证磨损较小，能够保持运动均匀，体现良好油膜刚性和运动精度。
在磨床加工精度达到10-3m 的情况下，工作台运动速度较低，将在0.5-5mm/min 低速下运动不爬行，还应使低速爬行问题得到解决。
2数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨设计方法2.1设计思路传统卸荷静压导轨结构简单，受油膜不均等因素影响，将出现波纹、振纹。
设计开时导轨，利用动导轨自重和外部载荷施加作用力，只能提供一个方向油垫支承，同样会出现油膜不均等问题。
设计闭式静压导轨，能够使油腔和封油面在各个方向保持均匀对称分布，能够使结构运行的稳定性得到保证。
在结构运行的过程中，运动部件上将承受颠覆力矩。
增加压板使辅助导轨面得以形成，能够使主导轨各面接触良好。
在实际设计过程中，可以按照300mm/min 最大移动速度进行设计，最小运行速度则要达到10mm/min。
磨床磨削精度需要达到0.001mm，能够使纵截面保持0.004mm 一致性，因此需要使设计出的静压导轨达到较高刚度和进给精度。
采用双矩形导轨，完成上下方向导向块、进给方向导向块和静压导轨块的对称布置，并完成砂轮架体壳和毛细管节流器的布置，能够获得具有较强承载刚性的主支撑面。
结构组织较为简单，面磨损较小，在出现间隙超差情况时只需要调节油压，并且可以利用三个方向油腔实现上下浮起量和导向控制。
立式车床液体静压导轨的性能分析与研究
立式车床液体静压导轨的性能分析与研究摘要：液体静压导轨是液体静压支承应用的重要方面。
由于具有工作寿命长、摩擦系数低、速度变化和载荷变化对油膜刚度影响小、工作稳定等诸多优点，液体静压导轨被广泛应用于精密加工机床、雷达天线等民用与军用设备中。
随着对数控机床的加工精度和效率要求的不断提高，为了提高工作台承载能力和性能，减少工作台和底座问磨损，延长工作台使用寿命，液体静压导轨在各种数控机床中（特别是重载高精度数控机床）也得到了广泛的应用。
关键词：立式车床;静压导轨;定量供油;薄膜反馈节流1.液体静压支承的原理及特点液体静压技术发展已经有很长的历史。
随着静压技术迅速发展，应用范围不断扩大，几乎遍及整个机械制造行业，包括仪器、冷轧机、雷达天线座等民用与军工的设备上。
静压导轨是静压技术在机床上的重要应用。
随着静压导轨技术的不断成熟，其在机床中的应用也越来越广泛，尤其在数控机床和超精密机床上应用更为广泛。
1.1液体静压支承的原理液体静压支承是借助于输入支承工作面间的液体静压力来支承载荷的滑动支承。
其工作条件为纯液体润滑。
液体静压支承按照供油方式的不同分为如下两种形式（1）定压供油式静压支承：仅由油腔、进油口及四周封闭的封油面即可组成最基本的单油腔静压支承。
由一油泵供油并且在通往油腔的油路上设置节流器。
节流器起到调压的作用，使油腔压力随载荷的变化而自动调节，从而保持油腔压力与载荷平衡。
定压供油式静压支承具有成本低，易于安装维护的优点，但由于设有溢流阀和节流器，所以功率损耗大，油箱容易发热。
通常应用于机床运转功率小的部分。
（2）定量供油式静压支承：供油系统以恒定的流量供给油腔，油腔压力取决于供给的流量和出油液阻。
通常采用定量油泵或定量节流阀来实现恒定流量供油。
定量供油式静压支承具有高可靠性，低功率损耗，低温的优点。
但是由于油路较长，润滑油的压缩性和惯性的影响就较大。
定量供油式静压支承在大型或重型机床的静压轴承和静压导轨上得到广泛的应用。
静压导轨的流体-结构耦合分析及动态性能优化设计
小 等优 点 ，所 以广 泛用 于精 密加 工机 床 中并成 为核
心部 件 。
目前 国 内外许 多研 究人 员采 用有 限元 方法 对静
压轴 承 的油膜 进行 分析 ，很 少 分析静 压 导轨 的油膜 情 况 ，但 它们 的原 理相似 。部分学 者采 用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软 件对 静压 轴承 的油膜压 力状 态 、流动 状态 和温 度场
家 高 档 数 控 机 床 与 基 础 制 造 装 备 重 大 专 项 资 助
编 号 ：２ ０ １ ３ Ｚ Ｘ０ ４ ０ ０ ２ ０ ３１
油垫 的流 量 ：
ｑ ＝ （ ＋ 百 Ｂ ＋ ｂ ） （ Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ ）
油腔 单元 的流量 ：
（ １ ） ２ ４ Fra bibliotek考虑 压力 和温 升 的情况 下 ，对 液 体静压 导轨 进行 模 态分 析 ，得 到静压 导轨 的 幅频特 性 云 图，并考 虑压 力、 温 度及 外载 荷对 静压 导轨 系统 固有 频率 的影 响 。
速情 况下 圆形 腔和 扇 形腔 的腔 面积 、腔深 对摩 擦 副
的 力学性 能 、油膜 压力 状态 、流动状 态和 温度 场 的 影 响规律 …。还有 部分 学者 采用 Ｕ ＮＩ Ｃ Ｃ Ｆ Ｄ流 体场
软件研 究 了单 一供 气 的小孔 节 流式 圆板气 体静 压轴
１ 液 体 静压导 轨 的静 态性 能理 论分 析
承 的供气 进 出 口的流 体特性 ，使用 非三 维流体 场 计
算 。
１ ． １ 液体静压导轨的流量和刚度计算
一
般毛细管节流开示静压导轨计算公式如下ｂ ：
本文 以液 体静 压 导轨 为研 究对象 ，首先根 据理 论公 式分 析液 体静 压 导轨 的静态 性 能 ，包 括刚 度 、
大型数控龙门铣床工作台静压蜗杆副改造
大型数控龙门铣床工作台静压蜗杆副改造摘要：cfz-35数控龙门铣床工作台床身导轨为闭式静压导轨，工作台进给采用静压蜗杆副传动。
针对工作台进给速度不稳定、颤动的现象进行检测汾析，对静压蜗杆副进行改造，获得良好效果。
关键词:龙门铣床静压蜗杆副故障分析改造中图分类号：s756.1 文献标识码： a 文章编号：概述随着科学技术的高速发展，大型工业产品加工的需求，重载、大型、高速、精密、自动化、多功能的加工机床在企业中拥有量越来越大。
这类机床具有尺寸大、质量重、精度要求高等特点，其对结构、环境、操控等都提出了更高的要求。
采用静压技术是这类机床普遍采用的先进技术之一，其优点是摩擦阻力小、传动效率高、抗振性能好、使用寿命长，并具有平均误差的作用。
但静压技术的应用效果与结构设计、零件的制造工艺和精度、装配精度、环境温度等等密切相关。
1996年我原来所在企业从德国sc hie6s公司引进了cfz-35数控龙门铣设备，该机床床身长20m，工作台宽3.5m、长l om，工作台床身采用闭式静压导轨，工作台进给采用静压蜗杆副传动。
自引进安装使用以来，使用情况基本良好。
2001年夏季，工作台移动时在局部位置抖动厉害，数控报警，无法正常生产。
经检查发现主要是蜗母条表面skc-3涂层多处脱落所致。
安排了专项修理，由德国schiess公司拆下全部蜗母条处理后重新浇灌skc-3涂层，并重新安装调整后恢复正常生产。
停机近三个月，耗资近70万余元。
2002年夏季又出现同样故障，蜗母条表面涂层又有多处脱落，由于生产繁忙，自行采取用skc-3涂料进行局部修补，勉强恢复生产。
停机1个半月，耗资近3万元。
2003年上半年，机床工作台又出现抖动现象，蜗母条表面涂层大量脱落，机床面临停止使用的状况。
如何解决这个难题，已迫在眉睫。
二、诊断与分析通过对机床所处环境温度、工作油温及床身水平、工作对象、传动结构、控制系统等的检测和诊断分析，判定工作台抖动及蜗母条涂层碎裂脱落现象主要是由下列原因引起的。
空气静压导轨静态性能的解析计算及分析
" % + （ & !% ’ !% !" !$ ,） $ ’ （ %） * （ 由-+.、 式可求两平行平板之间的气体流量和压力分布。 ,）
%/ % 空气静压导轨静态性能计算
根据图 % ， 将 !, & !$ ，! $ & !% ，$ " - - # $ . .% ，* " / 0 % 代入 （ 式， 得到流经导轨的气体流量为： +） %） （ - ’ $） .%%&（ !,% ’ !$ #012 & $% !()/ 式中： !, 为小孔出口压力； ! $ 为大气压力； - 为节流孔数。 设空气导轨的气膜厚度在整个导轨面内处处相等，在供气 压力一定时， 各节流孔的出口压力均相等， 其值为 !, ， 则由供气 孔流入导轨的总流量为： #3- & -4!$ #
!4 N $ !/ !4 N $ !; 将（ 式写成： "） !L, A " !/L ! !4 !@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@A
" 引言
超精密加工不仅需要超精密的回转运动，而且需要超精密 的直 线 运动 ， 实现 直 线 运动 的 超精 密 导 轨的 精 度 在 $G "@H I "$$HH 之内，其结构有滚动导轨、静压导轨和气垫导轨等数种 不磨损、 运动平稳、 精度 形式 J " K 。空气静压导轨具有摩擦力小、 高和几乎没有热变形等突出优点，但有承载低，还需要压缩空 气气源等缺点 J L! M K ， 但超精密切削加工的切削力小， 仅为几十 牛顿的力，因此，空气静压导轨广泛应用于超精密车床及精密 测量仪器。 空气静压导轨的结构形式有圆柱形、矩形、 <—平面形等， 这里主要研究矩形空气静压导轨的解析计算方法。
精密数控机床闭式静压导轨结构设计及油腔流场研究_李松
· 86·
机床与液压
第 42 卷
为例，导轨及刀塔质量约 1. 5 t ，最大切削力为 F = 830 N。为实现导轨工作状态下的最大刚度，闭式导 轨采用非对称面积结构 。 闭式静压导轨由主油腔和辅油腔组成对置的闭式 静压支撑 。文中主要研究 X 轴导轨主油腔内流场分布
表1 变量 A1 ≈ 副油腔的 基本尺寸 A2 ≈ 计算公式 1 （ L1 + l 1 ） （ B1 + b 1 ） 4 1 （ L2 + l 2 ） （ B2 + b 2 ） 4 K A = A2 / A1 油腔压力 F0 pr = A1 － A2
压原理图如图 1 所示 。
图1
静压导轨系统液压原理图
1
对置油腔结构设计
根据机床的具体参数和加工工艺，以 X 轴导 轨
收稿日期： 2013 － 07 － 03 基金项目： 国家 “十一五” 机床重大专项资助项目 （ 2009ZX04001 － 053 ） 作者简介： 李松 （ 1987 —） ，男，博 士 研 究 生，主 要 从 事 液 压 传 动 和 静 压 导 轨 技 术 方 面 的 研 究。 E － mail： lisongsnow @ 163. com。
规律 。参照已有导轨结构及结合现有床身尺寸，初步 确定对置静压腔中主静压腔其尺寸为： B1 = 63 mm， b1 = b2 = 33 mm； L1 = 120 mm，l1 = l2 = 90 mm； ，非对称 在导轨刚度满足无穷大刚度条件下 闭式液体静压导轨的结构参数设计计算如表 1 所示 。
参数解释 主油腔的有效承载面积 A1 副油腔的有效承载面积 A2 面积系数 K A = 0. 8 油腔压力 p r 每对油腔承受的负载 F0 = 1. 84 kN 每个油腔的流量 q 油膜厚度 h = 0. 04 mm 动力黏度 η t = 19. 7 ˑ 10
闭式静压导轨结构静动态性能分析
Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｃｌ ｏ ｓ ｅ ｄ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ Ｇｕ ｉ ｄ ｅ ｗａ ｙ
Ｌ Ｉ Ｓ ｏ ｎ ｇ ， Ｓ ＯＮＧ Ｊ ｉ ｎ — ｃ ｈ ｕ ｎ，ＲＥ Ｎ Ｇｕ ａ ｎ ｇ － ａ ｎ ，Ｃ ＡＩ Ｙａ ｎ
１ 引言
“ Ｈ Ｔ Ｃ ３ ２ ５ ０ ￣ ｎ精密数控车床和车削 中心” 是 国家“ 高档数控 机床与基 础制造装备 ” 科技重大专项课题之一 ， 目标是设计制 造
生， 能有效满足机床 的使 用要求。 关键词 ： 闭式静压导轨 ； Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ： 静态分析 ； 模态分析
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈｌ ６ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ０ １ ０ — ０ ３
机 械 设 计 与 制 造
１ ０
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
＆
Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
第１ Ｏ期 ２ ０ １ ３年 ｌ ０月
闭式静压 导轨 结构静动 态性 能分析
李 松， 宋锦春 ， 任广安 ， 蔡 衍
１ １ ０ ８ １ ９ ） （ 东北大学 机械工程与 自动化学院 ， 辽宁 沈阳
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ １ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
探讨静压导轨发展现状及趋势研究分析
探讨静压导轨发展现状及趋势研究分析摘要：在重型龙门机床中，静压导轨技术扮演着至关重要的角色，它不仅是机床整体性能的重要体现，更是其核心技术之一。
静压导轨以其卓越的承载能力、高精度的测量能力以及卓越的稳定性而著称。
在设计过程中，静压导轨的承载计算、静压块的外形尺寸计算以及多头泵的压力选取等计算都具有同等重要的意义。
关键词：重型龙门机床；静压导轨技术；热变形1、引言导轨的结构形式可划分为两类：一类为具有开放式静压特性的导轨，而另一类则是采用闭式静压结构的导轨。
通过节流器将压力油导入开式静压导轨的各个油腔中，使各个运动部件上浮，从而使导轨表面被油膜隔离，最终油腔中的油经封油边源源不断地返回油箱中。
当动导轨在外载荷的作用下向下发生位移，导轨间隙减小，回油阻力增大，使得油腔内油压上升，从而达到均衡外载荷的目的。
该闭式静压导轨的上下导轨面均设有油腔，可承受双向外载荷，以确保所有运动部件的平稳运行。
导轨供油方式有定压式与定量式。
定压式静压导轨是对节流器入口油压强要求较高、应用较为广泛的设备。
定量式静压导轨是不需用节流器而给各油腔供给定量油泵，其通过油腔的压力油流量恒定。
2、静压导轨的原理静压导轨结构形式可以分为开放和封闭2种；另外燃油供应也可以分为定量式与定压式。
静压导轨上、下两个相对运动导轨面在受到一定压力时，会形成具有一定承载能力的高刚度结构使上、下两个导轨面脱离漂浮在油膜上，而压力油则保持不变。
本实用新型利用流量控制器对油膜进行调整，使得油膜有一定承载能力及刚度，确保运动件间是纯液体摩擦以减小导轨及滑块间摩擦力并确保导轨在工作过程中的准确性相对于传统导轨，静压导轨有明显优点：因导轨间摩擦变为液体摩擦而在长期使用过程中磨损最小；若导轨运动速度改变，则对油膜刚度和厚度影响最小。
3、静压导轨性能的影响要素分析3.1油膜厚度的影响静压导轨的主要性能参数包括其承载能力和刚度等，这些参数与油膜的特性息息相关。
静压导轨，作为一种创新的传动机构，在工业领域得到了广泛的应用，特别适用于支撑高速精密机床和大型机械传动装置。
闭式液体静压导轨的性能分析与研究
闭式液体静压导轨的性能分析与研究
精密数控车床和车削中心是高精度、高效率的自动化机床,在复杂零件的批量生产中发挥着重要作用。
本文的研究对象是闭式液体静压导轨,它是实现精密进给的运动部件,不仅有着非常高的静态性能和运动直线度,而且具有高刚度、高阻尼等特性。
在运动速度极低的情况下能够运行平稳,不会产生间歇性爬行运动,在精密
和超精密机床上应用广泛。
本文进行了闭式液体静压导轨的结构和液压系统设计。
所设计的导轨采用了闭式结构,能够有效地承载正反向载荷、偏载和颠覆力矩；具有不等面积的对置油腔,可以提高承载能力；采用了双面薄膜节流器,能自动调节各油腔压力以适应外载荷的变化；定压的供油方式充分地保证了压力的平稳和油膜的刚度。
在Solidworks中协同建模,利用ANSYS Workbench对导轨的关键零部件进行了有限元分析。
其中包括静态性能分析、模态分析、基于静态分析的拓扑优化设计和形状优化设计等。
静态性能分析得到最大变形量和最大应力值；模态分析得到各阶的固有频率和振型；基于静态分析的拓扑优化设计,在保证各方面设计要求的前提下,实现轻量化；基于静态分析的形状优化设计,研究了关键尺寸对于静态性能的影响。
在GAMBIT中建模和划分网格,并且以计算流体动力学为基础,利用FLUENT
对导轨的内部流场和温度场进行了数值模拟分析与研究。
得到主油腔的静压力分布云图、动压力分布云图、速度云图和温度分布云图。
本文对于闭式液体静压导轨的性能分析与研究,为导轨的进一步优化设计和实验研究提供了理论依据。
闭式静压导轨结构静动态性能分析
0.00
50.00
100.00（mm）
25.00
75.00
（a）第一阶模态振型
Z Y
X
12
17.605 Max 15.649 13.693 11.737 9.7805 7.8244 5.8683 3.9122 1.9561 0 Min
机械设计与制造
4.529 Max 4.0257 3.5225 3.0193 2.5161 2.0129 1.5097 1.0064 0.50322 0 Min
高精密车床采用闭式液体静压导轨支承。静压导轨要求零 件本身有足够的刚度，以免在压力油的作用下由于零件的变形而 影响静压效果。在精密加工中，对导轨零件的刚度和导轨的动态 性能要求较高。针对静压导轨部分进行分析研究，导轨主要包含 滑动滑板、固定滑板和底座部分。
2 静态性能分析
HTC3250μn 精密数控车床和车削中心的 Z 轴导轨材料采 用 40Cr，在 Workbench 中设置材料属性参数如下。
Y X Z
图 7 滑板的中间位置静态受力总变形图 Fig.7 The Static Deformation Map in the Middle
3 模态分析
滑动滑板的 4 阶固有频率及相应的振型分析，如表 1 所示。
导轨的各阶模态振型，如图 8 所示（省略 3 阶和 4 阶模态振型）。
机床加工最大转速 8000r/min。滑动滑板的一阶、二阶固有频率都
M
T
E
L
D
S
K
R
C
A
B
O
I
C
H
O
G
X
F
A
Y X
0.00
200.00
采用PM流量控制器的闭式静压导轨静态性能分析
特别需要注意的是，流量值与油液的黏度有关。
本 文流量是 在动力 黏度 μ = 10mPa ∙ s 1mPa ∙ s =
10−3Pa∙s 时的流量来计算的。当油液的实际黏度为
其他值时，可用如下公式转换为实际流量：
������������
=
10 ∙ ������10mPa ∙s
������ ������
(a) 主要部件分解
4
房小艳 等 采用 PM 流量控制器的闭式静压导轨静态性能分析
薄膜
������������2
调节腔室
外壳
节流口
调节腔室 节流台
������������1 ������������ ������������
本体
毛细沟槽
(b) 剖视图
图 1 PM 流量控制器结构示意图
(d) 工作原理简图
（3）
式中，������10mPa ∙s为动力黏度为10mPa ∙ s时的流量；������������ 为油液的实际动力黏度；������������ 为实际流量；
2 PM 流量控制器的特性曲线 PM 流量控制器通过压力差控制金属薄膜的挠
曲变形程度，进而控制金属薄膜与节流台的间隙以
5
精密制造与自动化
2019 年第 1 期
实现节流液阻的控制，实现适应出口端外载荷变化 的功能。金属薄膜无滑动所以几乎无磨损，同时， 惯性滞后相对小，动态特性好。整个控制过程无需 外部能量，是一种自发的、主动的补偿元件。
在结构上，PM 流量控制器比传统结构的节流 器要复杂得多，其流量-压力特性公式和曲线的推导 也十分繁琐。Hyprostatik 公司给出的 PM 流量控制 器的特性曲线如图 3 所示。
图 3 PM 流量控制器的特性曲线图
整体闭式与开式气浮导轨静态性能对比分析
Vol. 45 No. 6June. 202i第45卷第6期202i 年6月液压与'动Chinese Hydraulics & Pneumatics doi ： i0. ii832/j. issn. i000-4858.202i.06.0i3整体闭式与开式气浮导轨静态性能对比分析鹿张君安，冯凌华，卢志伟，刘 波(西安工业大学机电工程学院，陕西西安7i002i )摘 要：静压气浮导轨是精密气浮工作台的重要组成部件，其承载能力和刚度直接影响了工作台的平稳性以及所加工零件的精度。
针对所设计的精密高刚度二维气浮工作台，提出采用有限差分的数值计算方法，在双边间隙总和与供气压力相同的条件下，对整体闭式及开式气浮导轨的气浮面进行整体求解计算，对 比分析其压力分布、承载能力、刚度等静态性能参数。
结果表明：由于闭式气浮导轨的下气浮块在垂直方向上起到了辅助支撑的作用，形成了四周封闭的气膜面，因此增强了闭式气浮导轨的紧密性和可靠性,使得整 体闭式气浮导轨的刚度和稳定性均优于开式气浮导轨；实验结果与理论分析较吻合，为此类精密定位平台的设计优化提供了理论依据。
关键词：气浮工作台；整体闭式气浮导轨;开式气浮导轨；刚度中图分类号:THi38 文献标志码：B 文章编号：i000-4858(202i )06-0084-07Comparative Analysis on Static Performance oO IntegralClosed and Open GuidewayLU Han , ZHANG Jun-an , FENG Ling-hua, LU Zhi-wei , LIU Bo(School of Mechanical and Electronic Engineering , Xi'an Technoloo —al University , Xi'an , Shaanxi 7i002i )Abstract : The Aeostaic guideway is an importani component of precision aeostaic worktable. Iis load capacityand stiVess directly affect the stability of the worktable and the accuracy of the machined parts. Finite difOanca numerical calculation method is proposed for the designed two -dimensional aeostatic workable with high precisionand high stitnes. The resuCs show that the loweo dir floating block of the closed aerostatic guideway plays anauxiliaro support roOe in the vertical direction and forms a closed at film surfaca , so the tightness and reliability of the closed aerostatic guideway are enhanced. The stiffnes and stability of the whcOe closed aerostatic guideway arebetter than that of the open aerostatic guineway.Key words : aerostatic worktabie , inteoi closed aerostatic guideway , open aerostatic guideway , stitnes引言静压气体导轨和直线电机驱动技术的超精密气浮定位工作平台，是以气体作为润滑剂,在工作平台和静止导轨面之间产生气膜,使两者在无接触的情况下实 现相对运动的支撑元件［i -2］。
基于数值模拟的超精密静压导轨静态特性分析_崔海龙
后采用积分法得到油膜面的承载力，在此基础上采用逐差法得到油膜面的刚度值； 接着分析了节流
孔直径、供油压力及油膜间隙对承载力及刚度特性的影响规律； 最后将流体域油膜面的压力分布耦
合到固体域的运动滑块上进行流固耦合分析，得到导轨运动滑块在流场压力及外部载荷作用下的应
力、应变等静力特性，完成了静压导轨的强度校核。
隙过小将会导致阻塞现象） ，因此需要通过数值模拟 计算匹配供气压力与节流孔孔径大小、油膜间隙厚度 的关系。在节流孔大小为 1mm，油膜间隙在 14 ～ 22μm 范围条件下，不同供气压力对应的空载和满载的偏心 率曲线如图 7 所示（ 负号表示向下偏心，正号表示向上 偏心） 。从图 7 中可以看出，当供油压力小于 0. 9MPa 时，向下的偏心率超过 0. 4，当供油压力大于 1. 1MPa 时，向上的偏心率超过 0. 5，因此 本 文 选 用 供 油 压 力 1. 0MPa。
2 静压导轨数值模拟分析
2． 1 有限元模型建立 流体数值模拟分析通常只用考虑通流区域的流动
特性，流体建模过程做如下处理： ①导轨滑块实体区域 不用建模，只保留导轨滑块的外表面，用于分析导轨滑 块表面的压强分布和受力特性； ②保留全部液体通流 区域，用于分析整个流体域的流场特性。本文的研究 对象为静压导轨的承载和刚度特性，保留与其相关的 流体域以及特定边界条件，将与其无关的结构进行简 化，由于各油膜支承面相互独立，为减小计算规模，先 取出单独的一组液压支承系统进行分析，其流体域几 何模型如图 3 所示。从图中可以看出，整个流场区域 被节流孔入口（ INLET） 、节流孔壁面（ WALL） 、油塞壁 面（ WALL） 、油腔壁面（ WALL） 、油膜壁面（ WALL） 及 油膜出口（ OUTLET） 组成。
基于内反馈闭式静压节流原理的静压导轨设计
doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2018.09.004基于内反馈闭式静压节流原理的静压导轨设计范长庚1!2,路文忠9,陈永亮8(1.天津市第二机床有限公司，天津300409; 2.天津大学机械工程学院，天津300072)摘要：主要介绍了基于内反馈闭式静压节流原理的静压导轨的设计。
首先阐述了内反馈闭式静压的节流原理和理论计算过程，其次结合基于内反馈闭式静压节流原理，提供了静压导轨的设计步骤;最后在分析了静压导轨的基本结构和参数特性的基础上，从理论计算和仿真分析两个方面论述了设计方法的有效性和合理性。
关键词：内反馈闭式静压;节流;静压导轨;仿真分析中图分类号:TH137 文献标志码:A 文章编号= 1008-0813 (2018 $09 A012-06The Design of Hydrostatic Guideway witli Internal Feedback ClosedHydrostatic Throttling PrincipleFAN Chang-geng1，2，LU Wen-zhong1，CHEN Yong-liang2(1. Tianjin N o.2 Machine Tool Co.，Ltd.，Tianjin300409，China;2.School of Mechanical Engineering，Tianjin University，Tianjin300072，China)A bstract:Mainly introduces t he design based on the internal feedback closed hydrostatic throttling principle the hyd all，Elaborate the closed h ydrostatic throttling principle and theoretical calculation process. Secondly，based on the principle of internalfeedback closed hydrostatic throttling，the design method of hydrostatic guideway is given. At last，based on the anal and parameter characteristics of the hydrostatic guideway，the validity and rationality of the design method are disc theoretical calculation and simulation analysis.Key words：internal feedback closed hydrostatic；throttling %hydrostatic guideway；simulation analysis/-v、t‘.>，0 刖s随着经济的发展，科技的进步，工业水平的不断提 高，机床精度要求不断的提高，静压导轨越来越普遍的 应用于高精度数控机床。
静压轴承的稳定性与动态特性分析
静压轴承的稳定性与动态特性分析导言：静压轴承是一种常见的轴承形式，其工作原理是利用气体或液体介质的静压力来支撑工作负荷。
相比于传统的滚动轴承，静压轴承具有较大的承载能力、较低的摩擦损失与振动噪声，成为许多高速转动设备中的重要组成部分。
本文将深入分析静压轴承的稳定性与动态特性，探讨其在实际应用中所面临的问题与挑战。
一、静压轴承的工作原理静压轴承使用介质力来支撑轴的负荷，其中介质可以是气体或液体。
其工作原理可以简单地描述为：当轴在静压轴承中旋转时，介质流体中形成良好的压力分布，从而产生支撑力。
具体而言，介质通过孔隙或缝隙进入轴承，由于轴的旋转而形成流动，这种流动产生了支撑力，并使轴与轴承垫片之间形成气膜或液膜。
这种气膜或液膜可以有效减小轴与轴承之间的接触面积，从而降低了摩擦和磨损，实现了轴的平稳运动。
二、静压轴承的稳定性分析1. 稳定性的定义静压轴承的稳定性是指轴承在工作过程中对外界干扰的抗扰能力。
在设备运行中，由于各种原因（如不均匀载荷、外力冲击等）会对轴承产生干扰，静压轴承的稳定性直接影响设备的运行稳定性与寿命。
2. 稳定性的影响因素静压轴承的稳定性受多种因素影响，包括介质特性、工作速度、载荷、尺寸和制造精度等。
首先，介质特性是影响轴承稳定性的重要因素，如介质黏度、压力和供应方式。
其次，工作速度也对轴承稳定性有很大影响，速度过高可能使介质无法形成稳定的气膜或液膜，导致轴承失稳。
此外，载荷、尺寸和制造精度都会对稳定性产生影响，如过大的载荷可能使气膜或液膜破裂，影响轴承的稳定性。
3. 稳定性的提升方法为了增强静压轴承的稳定性，可以采取以下措施。
首先，改变介质参数，如增加介质流量或压力，提高气膜或液膜的承载能力。
其次，通过优化轴承结构设计，如改变孔隙或缝隙的尺寸和位置，以提高气膜或液膜的压力分布。
此外，控制工作速度，避免超过轴承的承载能力，是提升稳定性的重要手段。
三、静压轴承的动态特性分析1. 动态特性的定义静压轴承的动态特性是指轴承在工作过程中的动态响应和振动特性。
闭式静压导轨工作原理
闭式静压导轨工作原理嘿，咱今儿来聊聊闭式静压导轨的工作原理哈！你说这闭式静压导轨啊，就像是一个超级稳定的大力士。
想象一下，普通的导轨就像是走在坑坑洼洼路上的人，时不时就会颠簸一下。
但闭式静压导轨可不一样，它就像走在平坦的康庄大道上，稳稳当当的。
它是怎么做到这么厉害的呢？其实啊，就是靠那神奇的静压油膜。
这油膜就像是给导轨穿上了一层超级柔软又有力量的保护衣。
当导轨工作的时候，这层油膜就会均匀地分布在导轨和滑块之间，把它们隔开。
这有啥好处呢？好处可多啦！首先呢，它能减少摩擦，就好像是给导轨抹了润滑油一样，让它们能轻松地相对运动，而且几乎不会有磨损。
你说神奇不神奇？这样一来，导轨的使用寿命那可就大大延长啦。
然后呢，因为有了这层油膜，导轨的运动就会特别平稳，不会有那种抖动或者晃动。
就好像是在坐非常平稳的电梯一样，一点颠簸的感觉都没有。
这对于一些对精度要求特别高的设备来说，那可真是太重要啦！而且哦，这闭式静压导轨还特别能适应各种恶劣的环境。
不管是高温还是低温，不管是潮湿还是干燥，它都能稳稳地工作。
就像是一个坚强的战士，啥困难都不怕。
你看那些高精度的机床、测量仪器啥的，很多都用了闭式静压导轨呢。
它能让这些设备发挥出最好的性能，制造出超级精密的零件。
咱再打个比方，这闭式静压导轨就像是一个优秀的舞蹈家，在舞台上翩翩起舞，动作优雅又精准。
而那静压油膜就是它的舞鞋，给它提供了最好的支撑和保护。
说真的，闭式静压导轨真的是一项非常了不起的技术。
它让我们的工业生产变得更加高效、更加精确。
没有它，很多高科技的产品可能都没办法制造出来呢！你说它重要不重要？所以啊，咱可得好好了解了解它，让它为我们的生活和工作带来更多的便利和进步。
怎么样，闭式静压导轨是不是很厉害呀？。
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Y X Z
图 7 滑板的中间位置静态受力总变形图 Fig.7 The Static Deformation Map in the Middle
3 模态分析
滑动滑板的 4 阶固有频率及相应的振型分析，如表 1 所示。
导轨的各阶模态振型，如图 8 所示（省略 3 阶和 4 阶模态振型）。
机床加工最大转速 8000r/min。滑动滑板的一阶、二阶固有频率都
2.1736e-005 Max Z
Y X
图 3 滑动滑板静态受力应力分布云图 Fig.3 Stress Distribution Map of Slider
Ｆｉｘｅｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ２：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ３：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ４：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ５：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ６：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ７：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ８：８８２０．Ｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｏｒｃｅ ９：７５３３８．Ｎ
李 松等：闭式静压导轨结构静动态性能分析
11
如图 6、图 7 所示，导轨处于滑板的外边缘位置和中间位置 时，最大变形均发生在滑板的上边缘处。而对导轨精度影响比较 大的是与油膜接触的受力面上的变形，从图中可以看出运行过程 中受力面上的最大变形为 0.0064839mm，能够满足设计要求。
0.00
100.00
由图 2 可知最大变形位置在靠近导轨边缘的主油腔处，由 于靠近边缘，又同时受到三个方向的载荷，最大的变形量为 0.00041746mm，不会影响导轨的正常运行，满足设计要求。
0.00
100.00
200.00（mm）
50.00
150.00
X
Y
Z
图 1 滑动滑板几何模型的网格划分 Fig.1 Mesh of Slider
高精密车床采用闭式液体静压导轨支承。静压导轨要求零 件本身有足够的刚度，以免在压力油的作用下由于零件的变形而 影响静压效果。在精密加工中，对导轨零件的刚度和导轨的动态 性能要求较高。针对静压导轨部分进行分析研究，导轨主要包含 滑动滑板、固定滑板和底座部分。
2 静态性能分析
HTC3250μn 精密数控车床和车削中心的 Z 轴导轨材料采 用 40Cr，在 Workbench 中设置材料属性参数如下。
机械设计与制造
第 10 期
10
Machinery Design ＆ Manufacture
2013 年 10 月
闭式静压导轨结构静动态性能分析
李 松，宋锦春，任广安，蔡 衍
（东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819）
摘 要：闭式液体静压导轨是高精密车床的重要元件，用 Solidworks 建立精密机床导轨的关键零部件的实体模型，并 且利用 Workbench 对其进行了有限元分析，其中包括静态性能分析和模态分析。静态性能分析得到导轨零件在工作状 态下的受力变形云图和应力分布云图，获得零件的最大变形量和最大应力值；模态分析得到了导轨零件各阶的固有频 率和振型，分析结果显示各个导轨零件的各阶固有频率均远远大于机床工作的固有频率，能有效避免“共振”现象的发 生，能有效满足机床的使用要求。 关键词：闭式静压导轨；Workbench；静态分析；模态分析 中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2013）10-0010-03
阶次 固有频率［Hz］
振型描述
1
4911.3
导轨上有油腔的工作部分绕着 Z 轴摆动
2
5046.8 以导轨中间位置为中心，导轨两侧绕 Z 轴逆向扭摆
3
5397.0
导轨中间位置相对于两侧同时绕 Z 轴扭摆
4
6125.0
整个导轨工作部分绕 Z 轴大幅度扭摆
17.605 Max 15.649 13.693 11.737 9.7805 7.8244 5.8683 3.9122 1.9561 0 Min
Abstract：The closed hydrostatic guideway is an important component for high-precision lathe. The models of its key parts are established by using Solidworks software，and the finite element analysis，including static analysis and modal analysis are obtained by using Workbench. In addition，maximum deformation and stress value are got from deformation map and stress distribution map under working condition during static analysis，and natural frequency and vibration mode are obtained during modal analysis. What is more，natural frequency of these key parts is significantly larger than the one during lathe working， and therefore resonance will not happen and they satisfy the demands for lathe. Key Words：Closed Hydrostatic Guideway；Workbench；Static Analysis；Modal
远远大于机床工作频率 133Hz，所以能满足机床工作需要。固定
滑板和底座部件的六阶固有频率及相应的振型分析，如表 2 所示。
各阶模态振型，如图 9 所示（省略 5 阶和 6 阶模态振型）。固定滑
板和底座部件的前两阶固有频率都远远大于机床工作频率，能有
效避开共振点，能满足机床工作需要。
表 １ 滑动滑板的模态分析结果 Ｔａｂ．１ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ Ｓｌｉｄｅｒ
条件和载荷，如图 4、图5 所示。
0.018121 Max 0.013107 0.014004 0.012081 0.010067 0.0080537 0.0060403 0.0040259 0.0020134 0 Min
Max
Y X
0.00
200.00
400.00（mm）
Z
100.00
300.00
Performance Analysis on Closed Hydrostatic Guideway
LI Song，SONG Jin-chun，REN Guang-an，CAI Yan
（School of Mechanical Engineering & Automation，Northeastern University，Liaoning Shenyang 110819，China）
1 引言
“HTC3250μn 精密数控车床和车削中心”是国家“高档数控 机床与基础制造装备”科技重大专项课题之一，目标是设计制造 出具有国际领先水平的系列高档精密数控车床和车削中心。精密 数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，它具有广泛的加 工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有 直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中 发挥了良好的经济效果。除可以进行一般车削外，还可以进行径 向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向 孔的钻削等加工。
M
T
E
L
D
S
K
R
C
A
B
O
I
C
H
O
G
X
F
A
Y X
0.00
200.00
400.00（mm）
Z
100.00
300.00
图 5 中间位置约束条件和载荷 Fig.5 Constraint Conditions and Loads in the Middle
0.00
200.00
400.00（mm）
100.00
300.00
图 6 滑板外边缘位置静态受力总变形图 Fig.6 The Static Deformation Map on External Rim
Max
0.011204 Max 0.0099588 0.0087139 0.0074691 0.0062242 0.0049794 0.0037345 0.0024897 0.0012448 0 Min
来稿日期：2012-12-01 基金项目：国家十一五机床重大专项（20092X04001-053） 作者简介：李 松，（1987-），男，江苏徐州，在读博士研究生，主要研究方向：机电液一体化；
宋锦春，（1957-），男，辽宁沈阳人，博士，教授，主要研究方向：机电液一体化
第 10 期
0.00041746 Max 0.00037108 0.00032469 0.00027831Max 0.00028192 0.00018554 0.00018915 9.2769e-5 4.6384e-5 0Min
No.10 Ｏｃｔ．２０１３
0.00
50.00
100.00（mm）
25.00
75.00
（b）第二阶模态振型
图 8 导轨的各阶模态振型 Fig.8 Modal Shape of Guideway
0.00
50.00
100.00（mm）
25.00
75.00
（a）第一阶模态振型