液體靜壓導(dǎo)軌及其設(shè)計(jì)研究

1、 收稿日期 :2003-08-04液體靜壓導(dǎo)軌及其設(shè)計(jì)研究王東鋒(陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司技術(shù)研究院 陜西寶雞 721009摘要 :介紹了液體靜壓導(dǎo)軌工作原理 、特點(diǎn) 、分類及適用場(chǎng)合 , 分析了承載能力 、油膜剛度 、油膜厚度以及導(dǎo)軌 間隙等靜壓導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的影響因素 。關(guān)鍵詞 :液體靜壓導(dǎo)軌 ; 開式導(dǎo)軌 ; 閉式導(dǎo)軌 ; 油膜厚度 ; 導(dǎo)軌間隙 ; 承載能力 ; 油膜剛度中圖分類號(hào) :TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :0254-0150(2004 4-117-2H ydrostatic Slide and its Design R esearchWang Dongfeng(T e

2、chn ology Research Institute of Shaanxi Qinchuan Machinery Development C o. ,Ltd. ,Baoji 721009,China Abstract :The hydrostatic slide s principle ,characteristic ,classification ,applicable situation were introduced ,and the effectfactors for slide design ,including load capacity ,oil film rigidity

3、,oil film thickness as well as slide were analyzed.K eyw ords :hydrostatic slide ;opened slide ;closed slide ;oil film film rigidity 入壓力油 , 使運(yùn)動(dòng)件浮起 , , 同速度 (液體摩擦狀態(tài) , 時(shí)的摩擦阻力 , 減小了拖動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力消耗 , 并具有很高的運(yùn)動(dòng)精度 。 1 靜壓導(dǎo)軌的工作原理及其特點(diǎn)以定壓供油開式靜壓導(dǎo)軌為例 , 說明靜壓導(dǎo)軌的 11油池 21進(jìn)油濾油器 31油泵電 動(dòng)機(jī) 41油泵 51溢流閥 61粗濾油器 71精濾油器 81壓力表 91節(jié)

4、流器 101上支承 111下支承 圖 1 定壓開式靜壓導(dǎo)軌原理工作原理。液體靜壓導(dǎo)軌通 常將移動(dòng)件導(dǎo)軌分成 若干段 , 每 一段 相 當(dāng) 于一 個(gè) 獨(dú) 立 的 支 承 , 每個(gè)支承由油腔和封 油面組成。如 圖 1所 示 , 來自油泵 并 經(jīng) 過 濾的壓力為 p s 的油液 經(jīng)節(jié)流器節(jié)流后壓力 降為 p r , 進(jìn) 入 導(dǎo) 軌油 腔。 當(dāng)導(dǎo)軌面 上 有 足夠的總壓力平衡運(yùn)動(dòng) 件的重量時(shí) , 支 承即 被浮起 , 此 時(shí)油 液 通 過上、下支承 的 間隙 h 流出 , 壓力降為零 。, 即 當(dāng)作用在上下支承的載荷 F 增大時(shí) , 則上支承 有下沉的趨勢(shì) , 油膜被壓縮 , 導(dǎo)軌面間的油液外流的 液

5、阻增大 , 由于節(jié)流器的調(diào)壓作用 , 使油腔壓力 p r 隨之增大 (在承載能力范圍內(nèi) , 以平衡外載荷。當(dāng) 采用固定節(jié)流器時(shí) , 由于油腔壓力 p r 與導(dǎo)軌間隙 h 的三次方成反比 , 故導(dǎo)軌間隙的微量變化 , 就能獲得 較大的油腔壓力增量 , 因此 , 油膜剛度較高。 當(dāng)采用 可變節(jié)流器時(shí) , 則能獲得近似于無窮大的油膜剛度。液體靜壓導(dǎo)軌具有下列優(yōu)點(diǎn) :(1 由于導(dǎo)軌面間是純液體摩擦 , 其摩擦系數(shù)極 小 (約為 010005左右 , 故驅(qū)動(dòng)功率可大大降低。(2 因系純液體摩擦 , 故導(dǎo)軌不會(huì)磨損 , 壽命 長(zhǎng) , 能長(zhǎng)期保持制造精度 , 減少了維修工作量。(3 油膜厚度幾乎不受速度的影

6、響 , 即使在極低 速時(shí) , 也不會(huì)產(chǎn)生爬行。(4 油膜具有誤差均化作用 , 可提高導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精 度 。(5 油膜承載能力大 , 剛度高 , 吸振性良好 , 導(dǎo) 軌運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。但液體靜壓導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是需要一套具有良好過濾 效果的液壓裝置。 2 液體靜壓導(dǎo)軌的分類及適用的場(chǎng)合靜壓導(dǎo)軌特別適用于各種大、 重型機(jī)床、 數(shù)控機(jī) 床 、 精密機(jī)床的工作臺(tái)及其他運(yùn)動(dòng)件上。2004年 7月第 4期 (總第 164期 潤(rùn)滑與密封LUBRIC ATION E NG INEERINGJuly 2004N o 14(serial N o 1164 由于導(dǎo)軌承受的載荷情況不同 , 在結(jié)構(gòu)形式上有開式 導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌之分 。

7、 在供油方式上有定壓供油和定 量供油之分 。 211 開式靜壓導(dǎo)軌的基本形式開式靜壓導(dǎo)軌依靠運(yùn)動(dòng)件的自重及外載荷保持 移動(dòng)件不從床身上分離 , 它屬于力封閉形式。 開式靜 壓導(dǎo)軌往往只在導(dǎo)軌的一個(gè)方向上開有油腔 , 只能水 平放置或傾斜一個(gè)較小的角度 。 主要結(jié)構(gòu)形式如圖 2 所示。:(1 承受正向載荷能力大 。(2 承受偏載荷及顛覆力矩的能力較差 , 不能承 受反向力。(3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造調(diào)整容易 。開式靜壓導(dǎo)軌用在載荷分布均勻 、 偏載小 、 顛覆 力矩小的水平放置或僅有較小傾角的場(chǎng)合 。 212 閉式靜壓導(dǎo)軌常用的結(jié)構(gòu)形式閉式靜壓導(dǎo)軌只有向其移動(dòng)方向的一個(gè)自由度 , 其余自由度都由導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

8、所約束 (亦稱幾何封閉 。閉式導(dǎo)軌常用的結(jié)構(gòu)形式如圖 3 所示。圖 3 閉式靜壓導(dǎo)軌基本形式閉式導(dǎo)軌具有下列特點(diǎn) :(1 能夠承受正、 反方向的載荷 , 油膜剛度高 。 (2 承受偏載及顛覆力矩的能力較高。 (3 加工制造及油膜調(diào)整較復(fù)雜。(4 導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)剛度要求較高 , 尤其是副導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)剛度要求較高。(5 閉式導(dǎo)軌一般采用不等面積的油腔結(jié)構(gòu) , 比 較經(jīng)濟(jì) 。閉式導(dǎo)軌應(yīng)用于載荷分布不均勻、偏載大及有 正 、 反方向載荷或立式導(dǎo)軌等場(chǎng)合。 3 靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 311 承載能力及油膜剛度比較作為靜壓導(dǎo)軌 , 無論開式或閉式 , 在理論上和實(shí) 際應(yīng)用中 , 均必須具有一定的承載能力和油膜剛度

9、。所謂承載能力是指靜壓導(dǎo)軌的油膜在設(shè)計(jì)狀態(tài)下 允許承受的最大負(fù)承力。 , 。 工件重量、 切 而油膜剛度必須達(dá)到在負(fù)載變化時(shí) 油膜厚度變化量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的限度 , 或者說不能超 圖 4 不同節(jié)流器形式之靜壓滑軌剛度的比較出一定的剛度值限制。油膜剛度的比較如圖 4所 示。由 圖 可 知 , 剛 度 最高的是反饋節(jié)流 , 其次 是定流量供油、小孔節(jié)流、 毛細(xì)管節(jié)流。 312 導(dǎo)軌精度及油膜厚度液體靜壓導(dǎo)軌應(yīng)保持兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面處于純液體摩擦狀態(tài) , 同時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)軌有良好的運(yùn)動(dòng)精度、 高的油膜剛度 , 較小 的油泵功率消耗 , 因此對(duì)靜壓導(dǎo)軌面的幾何精度有一 定的要求 。 通常需保證 : (1/

10、21/3 h 0式中 : 在移動(dòng)件導(dǎo)軌面內(nèi)的幾何精度總誤差 (包 括平面度 、 扭曲度、 平行度等 (cm ;h 0 導(dǎo)軌的油膜厚度 (cm 。 導(dǎo)軌油膜厚度 h 0不宜過大 , 以免降低導(dǎo)軌剛度 , 也不宜過小。 一般推薦下列數(shù)值 :中小型機(jī)床 h 0=0101501030mm 大型機(jī)床 h 0=01030106mm導(dǎo)軌面可用刮研或磨削獲得。 一般刮研的精度較 高 , 每 25mm ×25mm 內(nèi)約有 16個(gè)點(diǎn) , 刮削深度約為 5m 。313 油腔數(shù)及其布置(下轉(zhuǎn)第 127頁(yè) 811潤(rùn)滑與密封 總第 164期注 :二維切削 , t =0105mm ; v =515m/m in ,

11、 刀具 :高速軸 , =45。德國(guó) Theo M ang 博士對(duì)油基極壓抗磨切削液產(chǎn)生 的優(yōu)異效果 , 提出了新的理論 :切削液通過接觸面互 相連接的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò) , 滲透到切削表面 (毛細(xì)管直徑 一般為 10-310-4mm ; 切削液進(jìn)入到切削面的方 式 , 主要是擴(kuò)散 , 是切削液蒸發(fā)或熱分解產(chǎn)生的有效 組分 , 擴(kuò)散滲透到切削表面 , 產(chǎn)生了潤(rùn)滑效應(yīng) 3; 輸 送動(dòng)力學(xué)研究揭示了這一特殊作用 。新的理論和實(shí)踐 , 為切削液的發(fā)展開辟了新的途 徑 , 指明了方向 。312 油基切削液的發(fā)展水基切削液的沒落 , 迫使人們另尋途徑 , 轉(zhuǎn)向油 基切削液的開發(fā) 。 用油基切削液取代水基切削液 ,

12、 不 僅可以降低冷卻劑的使用費(fèi)用 , 而且可以解決很多環(huán) 保問題。 純凈油不含生物殺傷劑和細(xì)菌殺傷劑 ; 純凈 油比乳化油更加與皮膚相容 ; 油基切削液的使用壽命 可以無限。 使用油基切削液的另一個(gè)好處 , 是大幅度題 , 尤其是滾齒機(jī)一類機(jī)床 , ,難避免。量增加 , 值 , , 影響切削液的使用壽命。 油中 混入水基切削液 , 會(huì)加速油品氧化 , 使油品的防銹性 能下降 , 嚴(yán)重影響油品的性能和壽命。 使用油基切削 液 , 由于它們的基本組分相同 , 都是礦物油 , 會(huì)大大 緩解漏油的影響 , 處理起來也比較簡(jiǎn)單。油基切削液進(jìn)入到接觸表面 , 主要靠滲透 , 因 此 , 要求使用滲透性好的

13、潤(rùn)滑油。 過去使用的低粘度 礦物油主要是煤油 、 錠子油。 這些油閃點(diǎn)低 , 容易燃 燒。 長(zhǎng)期以來 , 低粘油閃點(diǎn)低這個(gè)問題 , 限制了油基 切削液的應(yīng)用和發(fā)展 。 國(guó)外曾使用低粘度酯類油作為 切削液 , 取得良好效果 。但酯類油價(jià)格很高 (見表 2 , 不利于推廣使用 。表 2 低粘油的性能比較名稱 牌號(hào)黏度 (40 /(2 s -1閃點(diǎn) (開口 /參考價(jià)格 元 /噸 酯類油 (新戊基多元醇酯 加氫油CST 21051504050 CST 510222184150軸承油(錠子油 FC -351153450 FC -22221403900煤油 一級(jí)品 11021040 目前加氫油迅速發(fā)展 ,

14、 價(jià)格與餾分油相差無幾 , 但閃點(diǎn)大幅度提高 , 閃點(diǎn)都在 200 以上 ; 蒸發(fā)量大 幅度降低 , 從礦物油的 16%下降到 6%(見圖 3 , 為 油基切削液的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。圖 3 各種潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的典型蒸發(fā)另外 , 由于潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展 , 添加劑的種類不斷 完善、 性能大幅度提高 , 實(shí)現(xiàn)了油品低粘化、通用 化 , 有人在研究將一臺(tái)機(jī)床上使用的潤(rùn)滑油和切削液 統(tǒng)一起來 , 用一種 “多功能油” , 這樣做將給機(jī)床設(shè) 計(jì)和金屬加工帶來巨大的方便。德國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造行 業(yè) , 曾經(jīng)有從缸體的粗加工一直到汽缸的衍磨使用一 種油的事例 3。參考文獻(xiàn)1 呂兆歧 , 謝泉 1油品研究與應(yīng)用指南 M

15、1中國(guó)石化出版 社 , 1997126712 汪德濤 1潤(rùn)滑技術(shù)手冊(cè) M1機(jī)械工業(yè)出版社 , 199912091 3 德 Theo M ang 1潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑 M 1化學(xué)工業(yè)出版社 , 20031(上接第 118頁(yè) (1 為了使油膜均勻 , 每條導(dǎo)軌面在其長(zhǎng)度方向 的油腔數(shù)目不得少于 2個(gè)。(2 移動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度在 2m 以下時(shí) , 油腔數(shù)目取 2 4個(gè)。(3 移動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度大于 2m 時(shí) , 一般不超過 56個(gè) , 每個(gè)油腔長(zhǎng)度為 015115m 。(4 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 , 油腔開在移動(dòng)導(dǎo)軌面上 ; 回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 , 油腔開在固定導(dǎo)軌面上。314 節(jié)流器的選擇及油溫控制、 油液凈化問題 (1 節(jié)流器一般有毛細(xì)管 、 小孔節(jié)流 、 滑閥節(jié)流 及薄膜反饋節(jié)流 4種可選擇設(shè)計(jì)。(2 油溫應(yīng)予控制 , 不得超過 50 , 最好采用 恒溫控制 。(3 油液凈化 , 應(yīng)利用精度過濾裝置進(jìn)行過濾 , 達(dá)到