静压导轨在重型机床设计中的应用_赵玉梅

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第 7 卷第 2 期 2009 年 6 月
陶瓷研究与职业教育
Ceramic Research & V ocational Educatio n
Vo l. 7 N o. 2 Jun. 2009
静压导轨在重型机床设计中的应用
赵玉梅
( 唐山华鼎机械制造有限公 司, 河北唐山 063020)
摘 要: 本文对静压导轨工作原理、类型以及优缺点 做了详 细的论述, 并 对静压 导轨在 重型机床 中的设 计和应 用提出 了
在重型机床的设计中, 由于传动部分重量往往 较大, 容易产生爬行现象, 为此常采用静压导轨来取 代一般导轨。
1 静压导轨的简要介绍
静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压 力油, 使运动件浮起, 工作过程中油膜压力随外载荷 变化而变化, 以平衡作用在导轨上的外负载, 在不同 速度( 包括静止) 下都能保证导轨面间始终处于纯液 体摩擦状态, 从而大大减小了两导轨面作相对运动 时的摩擦阻力, 减小了拖动导轨运动时的动力消耗, 并具有很高的运动精度。
图 1 单边式静压 导轨
图 2 对称式静压 导轨
2 静压导轨的油压系统及油腔的选择
一个完整的静压导轨系统, 还应有动力源及节 流等装置( 如图 4) 。当油泵 2 启动, 液压油从滤油器
收稿日期: 2009-03-10 作者简介: 赵玉梅( 1972- ) , 女, 汉族, 河北唐山人, 本科, 助理工程师, 主研方向为机加工技术。
Zhao Yumei
( T angshan H uading M echanism M anuf act ur ing, T angshan 063020)
Abstract: In this paper, the wo rking pr inciple as w ell as the ty pe, the adv ant ages and disadvantages o f hydro st atic g uidew ays ar e discussed in detail. M or eover it put s for war d a new idea about the application o f hy dr ostatic guideway s in designing heav y- duty cutt ing machines.
Key Words: creep; load; hydrostatic g uidew ay; kinematic precision; thro ttling dev ice; oil film thickness; g uidew ay backlash; bear ing capability ; oil film stiffness
图 12 薄膜反馈式节流阀对称静压导轨
对于具有可变节流阀的静压导轨, 当压力 P1 上 升及 P 2 下降时, 也改变与导轨上下油腔相连接的节 流阀的压力分布, 即膜片上半部压力升高, 下半部压 力下降, 弹性膜片在此压力差( Q1- Q2) 的作用下便 向下凹, 于是节流阀上油腔的节流间( 下转第 59 页)
新思路。
关键词: 爬行; 负荷; 静压导轨; 运动精度; 节流装置; 油膜厚度; 导轨间 隙; 承载能力; 油膜刚度
中图分类号: T H13
文献标识码: A
文章编号: 1672- 2965( 2009) 02- 0029- 03
The Brief Introduction about Hydrostatic Guideways and Its Application in Designing Heavy-duty Cutting Machinery
工作台浮起, 形成最初间隙 H, 使工作台与床身间有 一层油膜隔离, 这时油腔内的压力为 P。当工作台 受到外负荷 W 的作用下, 按外负荷 W 的作用方向 移动一距离 E, 使导轨与床身间的间隙变小为 h, 油 腔内的压力增高至 Q, 以抵抗外负荷 W 而保持工作 台处于受力平衡状态, 导轨移动时处于液体摩擦状 态下工作。
4 练习过程常见错误
如何做好反身动作? 把握反身动作的尺度至关 重要, 是每一个习舞者必须掌握的。在训练过程中 常见的错误有以下几点:
一是忽视或没有反身动作, 导致动作生硬、不连 贯, 转度不够不到位, 影响下一舞步的运作。
二是利用腰部以上, 甚至用肩膀和手臂机械地 转动身体来完成 CBM, 从而导致男女舞伴技术和身 体姿态变形。改正方法: 正 确的 CBM 应来自于体 内, 在自然的呼吸过程中加之主力腿膝盖的扭动, 从 容协调地完成身体转动。这样不仅可以使男女舞伴 的架型不变、姿势优美, 而且还可使他们保持良好的 身体位置和身体相关位置。
静压导轨的缺点如下: a. 静压导轨的结构复杂, 且需一套供给油压设备, 因此机床的成本就会提高; b. 静压导轨的油膜厚度比较难以保持恒定。
4 静压导轨在重型机床上的应用
如图 11 所示, 为重型机床上经常采用的单边式 静压导轨。
其工作台的自重为 G, 当油腔内充满液压油时,
图 11 单边式静压导轨
如图 12 所示, 为对称式静压导轨。它以薄膜反 馈为节流阀, 当无外加负荷时, 压力油 P 经节流阀进 入导轨的上下油腔, 其相对的压力分别为 P1 和 P2, 每个油腔都形成一个独立的液压支撑点, 液压油的 的压力作用在工作台上。当压力 差( P 1- P2) 的作 用克服了工作台的自重, 工作台呈悬浮状态, 其最初 间隙分别为 H 1 和 H 2。当工作台受到外负荷 W 的 作用下而下沉, 此时导轨上油腔间隙 减少为 h1( h1 < H 1) , 导轨下油腔间隙增大为 h2( h2> H 2) 。由于 上导轨间隙减少, 使回油阻力增大, 上油腔内压力增 大为 Q1( Q1> P1) ; 相反由于下导轨间隙增大, 使回 油阻力 减小, 下油 腔内压力减小 为 Q2( Q2 < P2) 。 压力差( Q1- Q2) 便产生平衡外负荷 W 的作用。
三是在 CBM 过程中, 身体转动过大, 超过动力 腿前进的方向, 造成架型改变, 动作运行方位改变, 使男女舞伴配合相互受阻。改正的方法: a. 欲出步 前, 先反向预留反身动作所需的身体转度, 避免身体 与脚在同一方位启动。如在左转 1/ 4 练习中, 男士 左脚向正 前方运行 前身体略 向右 预转少 许( 约 1/
8) , 这样就可准确把握好反身动作的尺度。b. 动作 结束时身体要预留下一动作的反身动作转动角度。 如 NAT U AL . SPIN T U RN 的第三 步结束时, 脚尖 指向逆舞程线方向, 但身体背向斜中央, 而不是背向 舞程线, 这 样 有利 于 下 一 动 作 的衔 接, 充 分利 用 CBM 使动作与动 作之间连贯、流畅。CBM 往往在 垂直位于主力腿运作, 它稍先于动力脚出步之前或 几乎二者同时开始, 但它结束于这一舞步运行停止 之前, 不可在舞步运行停止后还继续 做 CBM, 否则 就犯了 CBM 身体转度超过动力脚运行方向的错误。
3 静压导轨的优缺点
静压导轨的优点很多, 主要有以下几项: a. 静压 导轨由于处于完全油膜的纯液体摩擦状态, 摩擦系 数很低( 约 0. 0005) , 驱动功率可大幅度降低; b. 静 压导轨的运动不受负荷和速度的限制, 低速运动时 平稳性好, 不会出现爬行现象; c. 液压摩擦的导轨, 不易产生磨损, 因此可以长期保持导轨的导向精度, 提高导轨的使用寿命; d. 液压油具有振动吸收能力, 使机床抗振性能良好; e. 静压导轨的承载能力大, 刚 度大; f. 静压导轨的摩擦热量小, 导轨温升及热变形 小, 可以提高机床的加工精度。
静压导轨的结构形式分Leabharlann Baidu单边式静压导轨、对 称式静压导轨( 如图 1 和图 2) 。
单边式静压导轨一般承受垂直的单向负荷, 其 负荷的方向只能朝油膜厚度减少的方向; 对称式静 压导轨能承受双向的垂直负荷, 其油膜刚度比单边 式的好, 但制造较复杂。还有一种对称式静压导轨, 除了支承工作台垂直方向的负荷外, 又能承受侧面 方向的负荷( 如图 3) 。
设计静压油腔时, 若静压导轨往复运动, 油腔应 设在运动的导轨上, 而不能设在支承导轨上, 否则当
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赵玉梅: 静压导轨在重型机床设计中的应用
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工作台移动时, 就会使油腔暴露出来, 与大气压相同 而失效。若由于结构限制必须将静压油腔设在支承 导轨上, 就要 加装检测装置, 或限 制工作台 移动范 围, 以免油腔暴露出来而失去承载能力。还有导轨 上各油腔的油封宽度 N 应大于 B- A 后的数值, 否 则就要用横向油沟隔开( 如图 10) , 以免油腔间产生 窜油而使导轨不易调整。
图 10 具横向油沟的沟槽式油腔
导轨间隙越小, 所需的流量也越小, 则油膜刚度 越大, 油泵消耗功率也会变小, 因此, 导轨的油膜厚 度应尽量薄一些, 但由于受 到加工精 度、表 面粗糙 度、机床各部零件刚度与节流器最小节流尺寸的限 制, 油膜厚度又不能取得太小, 至少应大于导轨面的 几何总误差, 包括平面度、扭曲度、平行度等, 否则不 能实现纯液体摩擦, 对于重型机床, 油膜厚度一般建 议为 0. 03~ 0. 08 毫米。
图 3 具侧向承载的对称式静 压导轨
图 7 半岛式
图 4 静压导轨油压系统
1 吸入, 使用溢流阀 3 调节供油压力 P, 压力油再经 精密滤油器 4 过滤后, 经节流阀组 5 进入各油腔, 各 油腔压力分别为 P1、P2、P 3。静压导轨在相同油腔 压力下负载容量会因面积系数值增大而变大, 用摩 擦动力消耗的观点来看, 缩小油封宽度可降低摩擦 阻力, 然而油封宽度太窄会使承载台因工作台重压 而产生塑性变形, 所以油腔的面积与油封宽度必须 选择适当。常用的油腔结构形式分为沟槽式 ( 见图 5) 、岛式和全腔式( 见图 6) 。
图 5 沟槽式
图 6 全腔式
图 8 单岛式
图 9 双岛式
静压导轨的油腔数目主要取决于导轨长度、负 载分布情况及机床工作台、床身等支承部件的刚度。 选择原则如下:
a. 为了使油膜均匀分布, 每条导轨面在其长度 方向的油腔数目不得少于 2 个;
b. 移动部件( 如工作台) 的导轨长度在 2 米以下 时, 油腔数目可取 2~ 4 个;
c. 移动部件的导轨长度大于 2 米以上时, 油腔 数目一般不超过 5~ 6 个, 每个油腔长度为 0. 5~ 1. 5 米。当载荷分布均匀, 机床刚度较高时, 油腔长度可 取长些, 相应油腔数目可取少些; 反之, 当载荷分布 不均匀, 机床刚度较低时, 油腔长度可取短些, 数目 可取多些, 以提高导轨受偏的能力。
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陶瓷研究与职业教育
第7卷
图中 B 是导轨宽度, m 是油腔长度, C 是油封宽 度, A 是油腔宽度, h 是油腔深度, L 是单一油区长 度。沟槽式油腔由供油沟组成, 用于宽度较小的导 轨, 当导轨宽度较大时选用其他形式的油腔。岛式 又可分为半岛式( 见图 7) 、单岛式( 见图 8) 和双岛式 ( 见图 9) 。
四是反身动作与倾斜同时存在, 造成重心不集 中、舞姿松散, 破坏其优美造型。改正方法: 反身动 作的同时应保 持良好的平衡 姿态, 不可同时 倾斜。 如在狐步舞羽步与参步的练习中, 初学者往往不注 重 CBM 与倾斜的关系, 在羽步第三步结束时没有将 倾斜恢复平衡, 使得参步第一步运作时仍然在倾斜 状态下同时做反身动作, 使舞者的重心不稳, 音乐处 理不充分, 力量的蓄积、控制释放过程无法保证, 狐 步舞飘逸、典雅、从容、稳健的风格难以实现。
第2期
孙红章: 摩登舞反身动作( CBM ) 分析
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和, 做好有效的反身动作是完成动作的前提。特别 在男士领舞时反身动作的质量直接影响到男女舞伴 的配合, 以及引带与被引带的信息传递。另外 CBM 在身体转动的同时加上主力腿膝盖的向前、脚掌对 地板施加的压力, 使得出步时动力来源更加清晰, 并 有助于力量的蓄积和释放, 腿部的发力更加明显。
5 结语
随着社会的飞速发展, 物质文明和精神文明的 提高, 人们对于身体锻炼的热情与日剧增, 而摩登舞 的习练既能锻炼身体、修塑身型, 还能给人以美的追 求和享受。习练者只有注意修正这些常见性错误, 才能从中分享到更多的快乐。
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