液體靜壓導軌及其設(shè)計研究

1、 收稿日期 :2003-08-04液體靜壓導軌及其設(shè)計研究王東鋒(陜西秦川機械發(fā)展股份有限公司技術(shù)研究院 陜西寶雞 721009摘要 :介紹了液體靜壓導軌工作原理 、特點 、分類及適用場合 , 分析了承載能力 、油膜剛度 、油膜厚度以及導軌 間隙等靜壓導軌設(shè)計的影響因素 。關(guān)鍵詞 :液體靜壓導軌 ; 開式導軌 ; 閉式導軌 ; 油膜厚度 ; 導軌間隙 ; 承載能力 ; 油膜剛度中圖分類號 :TH137 文獻標識碼 :B 文章編號 :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 , 使運動件浮起 , , 同速度 (液體摩擦狀態(tài) , 時的摩擦阻力 , 減小了拖動導軌運動時的動力消耗 , 并具有很高的運動精度 。 1 靜壓導軌的工作原理及其特點以定壓供油開式靜壓導軌為例 , 說明靜壓導軌的 11油池 21進油濾油器 31油泵電 動機 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 定壓開式靜壓導軌原理工作原理。液體靜壓導軌通 常將移動件導軌分成 若干段 , 每 一段 相 當 于一 個 獨 立 的 支 承 , 每個支承由油腔和封 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 入 導 軌油 腔。 當導軌面 上 有 足夠的總壓力平衡運動 件的重量時 , 支 承即 被浮起 , 此 時油 液 通 過上、下支承 的 間隙 h 流出 , 壓力降為零 。, 即 當作用在上下支承的載荷 F 增大時 , 則上支承 有下沉的趨勢 , 油膜被壓縮 , 導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 采用固定節(jié)流器時 , 由于油腔壓力 p r 與導軌間隙 h 的三次方成反比 , 故導軌間隙的微量變化 , 就能獲得 較大的油腔壓力增量 , 因此 , 油膜剛度較高。 當采用 可變節(jié)流器時 , 則能獲得近似于無窮大的油膜剛度。液體靜壓導軌具有下列優(yōu)點 :(1 由于導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)動功率可大大降低。(2 因系純液體摩擦 , 故導軌不會磨損 , 壽命 長 , 能長期保持制造精度 , 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 , 也不會產(chǎn)生爬行。(4 油膜具有誤差均化作用 , 可提高導軌運動精 度 。(5 油膜承載能力大 , 剛度高 , 吸振性良好 , 導 軌運動平穩(wěn)。但液體靜壓導軌的缺點是需要一套具有良好過濾 效果的液壓裝置。 2 液體靜壓導軌的分類及適用的場合靜壓導軌特別適用于各種大、 重型機床、 數(shù)控機 床 、 精密機床的工作臺及其他運動件上。2004年 7月第 4期 (總第 164期 潤滑與密封LUBRIC ATION E NG INEERINGJuly 2004N o 14(serial N o 1164 由于導軌承受的載荷情況不同 , 在結(jié)構(gòu)形式上有開式 導軌和閉式導軌之分 。

7、 在供油方式上有定壓供油和定 量供油之分 。 211 開式靜壓導軌的基本形式開式靜壓導軌依靠運動件的自重及外載荷保持 移動件不從床身上分離 , 它屬于力封閉形式。 開式靜 壓導軌往往只在導軌的一個方向上開有油腔 , 只能水 平放置或傾斜一個較小的角度 。 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)簡單制造調(diào)整容易 。開式靜壓導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合 。 212 閉式靜壓導軌常用的結(jié)構(gòu)形式閉式靜壓導軌只有向其移動方向的一個自由度 , 其余自由度都由導軌結(jié)構(gòu)

8、所約束 (亦稱幾何封閉 。閉式導軌常用的結(jié)構(gòu)形式如圖 3 所示。圖 3 閉式靜壓導軌基本形式閉式導軌具有下列特點 :(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)整較復雜。(4 導軌本身的結(jié)構(gòu)剛度要求較高 , 尤其是副導軌的結(jié)構(gòu)剛度要求較高。(5 閉式導軌一般采用不等面積的油腔結(jié)構(gòu) , 比 較經(jīng)濟 。閉式導軌應(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軌等場合。 3 靜壓導軌的設(shè)計 311 承載能力及油膜剛度比較作為靜壓導軌 , 無論開式或閉式 , 在理論上和實 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軌的油膜在設(shè)計狀態(tài)下 允許承受的最大負承力。 , 。 工件重量、 切 而油膜剛度必須達到在負載變化時 油膜厚度變化量達到設(shè)計要求的限度 , 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、 毛細管節(jié)流。 312 導軌精度及油膜厚度液體靜壓導軌應(yīng)保持兩個相對運動的導軌面處于純液體摩擦狀態(tài) , 同時應(yīng)保證導軌有良好的運動精度、 高的油膜剛度 , 較小 的油泵功率消耗 , 因此對靜壓導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 : 在移動件導軌面內(nèi)的幾何精度總誤差 (包 括平面度 、 扭曲度、 平行度等 (cm ;h 0 導軌的油膜厚度 (cm 。 導軌油膜厚度 h 0不宜過大 , 以免降低導軌剛度 , 也不宜過小。 一般推薦下列數(shù)值 :中小型機床 h 0=0101501030mm 大型機床 h 0=01030106mm導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個點 , 刮削深度約為 5m 。313 油腔數(shù)及其布置(下轉(zhuǎn)第 127頁 811潤滑與密封 總第 164期注 :二維切削 , t =0105mm ; v =515m/m in ,

11、 刀具 :高速軸 , =45。德國 Theo M ang 博士對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 相連接的毛細管網(wǎng)絡(luò) , 滲透到切削表面 (毛細管直徑 一般為 10-310-4mm ; 切削液進入到切削面的方 式 , 主要是擴散 , 是切削液蒸發(fā)或熱分解產(chǎn)生的有效 組分 , 擴散滲透到切削表面 , 產(chǎn)生了潤滑效應(yīng) 3; 輸 送動力學研究揭示了這一特殊作用 。新的理論和實踐 , 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好處 , 是大幅度題 , 尤其是滾齒機一類機床 , ,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 , 會加速油品氧化 , 使油品的防銹性 能下降 , 嚴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 , 會大大 緩解漏油的影響 , 處理起來也比較簡單。油基切削液進入到接觸表面 , 主要靠滲透 , 因 此 , 要求使用滲透性好的

13、潤滑油。 過去使用的低粘度 礦物油主要是煤油 、 錠子油。 這些油閃點低 , 容易燃 燒。 長期以來 , 低粘油閃點低這個問題 , 限制了油基 切削液的應(yīng)用和發(fā)展 。 國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 牌號黏度 (40 /(2 s -1閃點 (開口 /參考價格 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 一級品 11021040 目前加氫油迅速發(fā)展 ,

14、 價格與餾分油相差無幾 , 但閃點大幅度提高 , 閃點都在 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 各種潤滑油基礎(chǔ)油的典型蒸發(fā)另外 , 由于潤滑技術(shù)的發(fā)展 , 添加劑的種類不斷 完善、 性能大幅度提高 , 實現(xiàn)了油品低粘化、通用 化 , 有人在研究將一臺機床上使用的潤滑油和切削液 統(tǒng)一起來 , 用一種 “多功能油” , 這樣做將給機床設(shè) 計和金屬加工帶來巨大的方便。德國發(fā)動機制造行 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1 呂兆歧 , 謝泉 1油品研究與應(yīng)用指南 M

15、1中國石化出版 社 , 1997126712 汪德濤 1潤滑技術(shù)手冊 M1機械工業(yè)出版社 , 199912091 3 德 Theo M ang 1潤滑劑與潤滑 M 1化學工業(yè)出版社 , 20031(上接第 118頁 (1 為了使油膜均勻 , 每條導軌面在其長度方向 的油腔數(shù)目不得少于 2個。(2 移動導軌長度在 2m 以下時 , 油腔數(shù)目取 2 4個。(3 移動導軌長度大于 2m 時 , 一般不超過 56個 , 每個油腔長度為 015115m 。(4 直線運動導軌 , 油腔開在移動導軌面上 ; 回 轉(zhuǎn)運動導軌 , 油腔開在固定導軌面上。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。(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行過濾 , 達到