液體靜壓導軌靜態(tài)特性研究目錄TOC\o"1-3"\h\u174671.1流場邊界條件求解 1295691.2對于液體靜壓導軌靜態(tài)性能的研究 253081.2.1油墊的承載能力 227721.2.2靜剛度 298241.2.3靜壓導軌工作中的功率損失 3308941.3相關(guān)參數(shù)對于導軌靜態(tài)性能的影響 3306241.3.1油腔油液粘度 3110471.3.2油膜厚度 424761.3.3封油邊寬度 592801.3.4液體靜壓導軌油膜相關(guān)壓力分布 6對于液體靜壓導軌靜態(tài)性能的研究，研究的主要是兩個參數(shù)，分別為靜壓導軌的承載力和油膜剛度。而對于兩者的研究，都離不開對于油墊的研究。所以說，為了更便于研究導軌的油膜剛度和承載力，需要對油墊進行仿真分析。通常認為在靜載荷條件下油腔的壓力是一個定值。本小節(jié)將會采用有限差分法對求得的數(shù)據(jù)結(jié)果進行離散分析。流場邊界條件求解物理學的壓力邊界條件通常有三種類別，對于液體靜壓導軌在封油邊上的壓力邊界條件而言，我們把它歸納為第一類邊界條件。而對于油腔內(nèi)部存在的壓力以及封油邊處的外界壓力是不能忽略的。當達到該邊界條件時，外界的大氣壓強通常是0。而內(nèi)部的邊界條件是需要對平板縫隙流動的流量進行求解得出。下圖即為關(guān)于平板縫隙流動示意圖圖3-1平板縫隙流動示意圖對于液體靜壓導軌靜態(tài)性能的研究靜壓導軌的承載能力往往是由多種因素共同決定的，通過研究發(fā)現(xiàn)靜壓導軌的承載能力和它是開式結(jié)構(gòu)，還是閉式結(jié)構(gòu)有著很大的影響。一般情況下，開式靜壓導軌，它的承載能力更大。但也正是因為這樣，閉式的靜壓導軌，它的剛度更大。在實際生活中，需要根據(jù)現(xiàn)實條件，合理選用開式和閉式靜壓導軌。設計定量式液體靜壓導軌，主要依據(jù)是外負載情況。導軌所受的外力負載是直接影響導軌靜態(tài)性能的諸多方面的，就如上面章節(jié)所說的那樣，沒有與外負載相匹配的合適剛度，油膜的厚度選擇也必然受到較大的影響。這三個階段需要好好進行選擇分析，如果能選出合理的油膜厚度，那就會方便對油腔壓力下的進出流量進行計算。油墊的承載能力通過有限差分法求出封油邊上的壓力分布，再對壓力積分，求出整個油墊的承載力。計算公式如下面所示：式子中Ae指的是把單元壓力節(jié)點作為中心的四邊形面積。而如果對于整個封油邊來進行積分計算，那么就能求出關(guān)于靜壓導軌油膜承載能力的公式，所得結(jié)果如下：其中：A表示的是油腔的面積；Pa表示的是油腔的壓力。靜剛度靜剛度指的是導軌對于外載荷（靜態(tài)載荷）的相關(guān)承載能力，對于閉式液體靜壓導軌來說，它的靜剛度等于對置油墊剛度和。靜壓導軌油膜的計算公式為：其中：ΔW指的是當油膜厚度的變化是Δh時，相關(guān)承載力的變量；Δh表示的是靜壓導軌油膜厚度相關(guān)變量。靜壓導軌工作中的功率損失靜壓支承工作時，必然會發(fā)生功率上的消耗，比如導軌在運動中，會產(chǎn)生油膜摩擦的功率損耗。而支承件與被支承件之間，也會有摩擦導致的功率損耗。最后，還需要注意的是導軌發(fā)生進給運動時，外負載所提供的壓力。當在一定的壓力作用下，油腔油液會發(fā)生流動，會流經(jīng)液壓管路、相關(guān)工作裝置等。這些過程都會造成功率損失。當不考慮流經(jīng)管路等功率損失，那么油泵在供油壓力P輸出的流量q的功率為：相關(guān)參數(shù)對于導軌靜態(tài)性能的影響油腔油液粘度液體靜壓導軌一旦進行進給運動，就必然產(chǎn)生功率損耗（如上文所述），而功率的損失，就一定會散發(fā)熱量，這樣的話，會使油腔內(nèi)的溫度升高，使得油液溫度變高。通常情況下，溫度一旦升高，那么作為油腔中的液體，也會隨之發(fā)生變化。具體來講就是：溫度變高，液體中的分子熱運動十分明顯，使得液體的黏度大大下降，更容易產(chǎn)生變形，流動性大大增強了。而對于油腔中的氣體來說，氣體分子的熱運動也會十分劇烈，但是與液體分子相反的是，它反而流動性變差了。一旦油液的黏度出現(xiàn)變化，那么靜壓導軌的油腔壓力必然受到重大影響，而開式靜壓支承的油膜厚度，以及剛度，流量等導軌的靜動態(tài)特性。因為油液黏度隨著溫度的升高而下降，兩者是呈現(xiàn)出反比來的，所以需要好好利用二者之間的相互關(guān)系。當油液黏度增大時，導軌的靜剛度和承載能力都會提高，并且和油液的黏度線性相關(guān)。反之，如果動了，那么也會加大系統(tǒng)總功率的損失。而這些，都是由于油液黏度的升高，它受到的外力也會變大，這樣還會加劇相關(guān)摩擦。摩擦增大了，產(chǎn)生的熱量就會變多，就會進一步加大功率的損耗。而下圖就是潤滑油的粘溫特性曲線：圖3-1潤滑油粘溫特性曲線油膜厚度設計靜壓導軌，是根據(jù)所給的承載力的范圍，從而設計出導軌的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后根據(jù)所給的初始油膜厚度ho，最后通過相關(guān)計算，得出設計的靜壓導軌的流量流速，以及該液壓系統(tǒng)在工作過程中的功率損耗。在設計導軌時，不能讓導軌的間隙過大，不然的話，會對油膜的剛度產(chǎn)生影響，甚至對開式機床導軌來說，還易產(chǎn)生飄移。通過研究可知，為了得到較大的剛度，可以讓所設計的油膜剛度選取的小一些，推薦選取的范圍為20μm到40μm。而對于重載導軌來說，因為它損失的功率是比較大的，所以通常油膜厚度選取的范圍為30μm到60μm。而下面的兩個圖表示的是油膜厚度與承載力、靜剛度以及總功率損失的關(guān)系曲線：圖3-2油膜厚度與靜剛度、承載力曲線圖3-3油膜厚度與總功率損失曲線封油邊寬度靜壓導軌在進給運動中，能夠通過油腔內(nèi)存在的潤滑油，進行摩擦阻力極小的液體摩擦。而在導軌的上下表面間，會形成一層很薄的油膜。而這層油膜的作用，就是使得工作臺進行上升和下沉。正因為此，封油邊的尺寸對于油膜的形成以及相關(guān)油膜的靜態(tài)承載性能都有較大的影響。對于定流量閉式靜壓導軌來說，如果設計的流量不變，那么它的承載能力將會隨著油液黏度的增加而增大，但導軌的剛度對于封油邊寬度是沒有太大聯(lián)系的，通常認為封油邊的寬度是幾乎影響不到靜壓導軌的剛度的，同樣的情況也適用于導軌的承載能力。上下導軌之間的間隙大小卻對整個系統(tǒng)總功率損失有著重大影響。從以上論述，不難發(fā)現(xiàn)，導軌油膜厚度是靜壓導軌最重要的性能參數(shù)指標。下面為封油邊寬度和靜剛度、承載力以及總功率損失關(guān)系的兩圖:圖3-4封油邊寬度與承載力、靜剛度曲線圖3-5封油邊寬度和總功率損失圖液體靜壓導軌