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

1、滾動直線導(dǎo)軌是數(shù)控機床、工業(yè)機器人等裝備上的關(guān)鍵功能部件，其接觸特性將會直接影響到整機的工作性能?，F(xiàn)代高端智能裝備要求滾動直線導(dǎo)軌在高速、重載等工況下具有高的運動精度和可靠性，接觸副的潤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)計已經(jīng)不能滿足滾動直線導(dǎo)軌的實際功能需要。目前，關(guān)于滾動直線導(dǎo)軌接觸副潤滑方面系統(tǒng)性地理論研究較少。事實上，滾動直線導(dǎo)軌常常涉及到點接觸副、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，所處的潤滑狀態(tài)不同，油膜潤滑性能也會相應(yīng)不同。因此，本文針對滾動直線導(dǎo)軌的實際工況條件，從潤滑機理上對其涉及到的三種接觸副的油膜潤滑及動力學(xué)特性問題進行了研究，為滾動直線導(dǎo)軌的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計提供理論方面的參考。具體的研究內(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滑模型，基于分形的方法對線接觸微觀彈流潤滑問題進行了分析。采用多重網(wǎng)格方法獲得了完全的數(shù)值解，預(yù)測了不同工況參數(shù)和表面形貌參數(shù)對滾柱-滾道線接觸副油

3、膜潤滑特性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)工況條件為低速、重載或具有低的潤滑油粘度時，滾動直線導(dǎo)軌的潤滑性能會降低；粗糙的表面形貌會引起接觸區(qū)壓力和油膜厚度的隨機波動，且表面粗糙度越大，壓力和油膜厚度的波動性則越劇烈。
　　基于點接觸彈流潤滑理論，研究了滾珠型直線導(dǎo)軌點接觸副的油膜潤滑特性，在預(yù)測表面粗糙度的影響時，引入了分形的方法來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)格積分方法進行了完全地數(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)、潤滑油環(huán)境粘度參數(shù)和分形粗糙度參數(shù)對鋼球-滾道點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，并開展了滾動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的阻尼性能試驗。在雙變量W-M函數(shù)和隨機雷諾方程的基礎(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，驗證了面接觸副擠壓油膜效應(yīng)可以顯著地改善滾動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的抗振性能。
　　研究了滾動直線導(dǎo)軌點及線接觸副在彈流潤滑狀態(tài)下的動力學(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模型，分析了外界振動對接觸潤滑區(qū)壓力和油膜厚度分布的影響；基于彈流潤滑理論，分別建立了滾動直線導(dǎo)軌點及線接觸副的油膜