滾動直線導軌接觸副的微觀流體潤滑及動力學特性研究.pdf

1、滾動直線導軌是數(shù)控機床、工業(yè)機器人等裝備上的關鍵功能部件，其接觸特性將會直接影響到整機的工作性能。現(xiàn)代高端智能裝備要求滾動直線導軌在高速、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接觸理論下的力學設計已經不能滿足滾動直線導軌的實際功能需要。目前，關于滾動直線導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不同。因此，本文針對滾動直線導軌的實際工況條件，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特性問題進行了研究，為滾動直線導軌的動態(tài)優(yōu)化設計提供理論方面的參考。具體的研究內容主要包括：
　　建立了滾柱型直線導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。結果表明，當工況條件為低速、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軌點接觸副的油膜潤滑特性，在預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-導軌面接觸副擠壓油膜阻尼模型，并開展了滾動直線導軌系統(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上，推導了阻尼滑座和導軌間在擠壓作用下產生的油膜阻尼的數(shù)學模型，并進行了相關參數(shù)的影響分析。結果發(fā)現(xiàn)，粗糙的表面形貌對油膜阻尼特性產生不利的影響，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)。通過結構模態(tài)試驗，驗證了面接觸副擠壓油膜效應可以顯著地改善滾動直線導軌系統(tǒng)的抗振性能。
　　研究了滾動直線導軌點及線接觸副在彈流潤滑狀態(tài)下的動力學特性。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軌點及線接觸副的油膜