滾動(dòng)直線導(dǎo)軌接觸副的微觀流體潤(rùn)滑及動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等裝備上的關(guān)鍵功能部件，其接觸特性將會(huì)直接影響到整機(jī)的工作性能?，F(xiàn)代高端智能裝備要求滾動(dòng)直線導(dǎo)軌在高速、重載等工況下具有高的運(yùn)動(dòng)精度和可靠性，接觸副的潤(rùn)滑顯然起著重要的作用。故傳統(tǒng)的基于Hertz接觸理論下的力學(xué)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的實(shí)際功能需要。目前，關(guān)于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌接觸副潤(rùn)滑方面系統(tǒng)性地理論研究較少。事實(shí)上，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌常常涉及到點(diǎn)接觸副、線接觸副和面接觸副三種接觸問題，受不同工況參數(shù)和接觸

2、形態(tài)的影響，所處的潤(rùn)滑狀態(tài)不同，油膜潤(rùn)滑性能也會(huì)相應(yīng)不同。因此，本文針對(duì)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的實(shí)際工況條件，從潤(rùn)滑機(jī)理上對(duì)其涉及到的三種接觸副的油膜潤(rùn)滑及動(dòng)力學(xué)特性問題進(jìn)行了研究，為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論方面的參考。具體的研究?jī)?nèi)容主要包括：
　　建立了滾柱型直線導(dǎo)軌線接觸副的彈流潤(rùn)滑模型，基于分形的方法對(duì)線接觸微觀彈流潤(rùn)滑問題進(jìn)行了分析。采用多重網(wǎng)格方法獲得了完全的數(shù)值解，預(yù)測(cè)了不同工況參數(shù)和表面形貌參數(shù)對(duì)滾柱-滾道線接觸副油

3、膜潤(rùn)滑特性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)工況條件為低速、重載或具有低的潤(rùn)滑油粘度時(shí)，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的潤(rùn)滑性能會(huì)降低；粗糙的表面形貌會(huì)引起接觸區(qū)壓力和油膜厚度的隨機(jī)波動(dòng)，且表面粗糙度越大，壓力和油膜厚度的波動(dòng)性則越劇烈。
　　基于點(diǎn)接觸彈流潤(rùn)滑理論，研究了滾珠型直線導(dǎo)軌點(diǎn)接觸副的油膜潤(rùn)滑特性，在預(yù)測(cè)表面粗糙度的影響時(shí)，引入了分形的方法來(lái)描述各向同性材料的三維表面形貌模型。利用多重網(wǎng)格法和多重網(wǎng)格積分方法進(jìn)行了完全地?cái)?shù)值求解，得到了等溫條件下的壓

4、力和油膜厚度分布。分別考察了載荷參數(shù)、速度參數(shù)、潤(rùn)滑油環(huán)境粘度參數(shù)和分形粗糙度參數(shù)對(duì)鋼球-滾道點(diǎn)接觸副油膜特性的影響。
　　基于分形的方法，建立了考慮表面形貌影響的阻尼滑座-導(dǎo)軌面接觸副擠壓油膜阻尼模型，并開展了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的阻尼性能試驗(yàn)。在雙變量W-M函數(shù)和隨機(jī)雷諾方程的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了阻尼滑座和導(dǎo)軌間在擠壓作用下產(chǎn)生的油膜阻尼的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的影響分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粗糙的表面形貌對(duì)油膜阻尼特性產(chǎn)生不利的影響，并深入

5、探討了油膜阻尼系數(shù)與粗糙度參數(shù)和油膜厚度之間的變化關(guān)系；降低油膜厚度或增加阻尼滑座長(zhǎng)度可以明顯提高油膜阻尼系數(shù)。通過結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證了面接觸副擠壓油膜效應(yīng)可以顯著地改善滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的抗振性能。
　　研究了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌點(diǎn)及線接觸副在彈流潤(rùn)滑狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特性。分別建立了鋼球-滾道接觸副和滾柱-滾道接觸副的自由振動(dòng)模型，分析了外界振動(dòng)對(duì)接觸潤(rùn)滑區(qū)壓力和油膜厚度分布的影響；基于彈流潤(rùn)滑理論，分別建立了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌點(diǎn)及線接觸副的油膜