張洋

摘要：液體靜壓導(dǎo)軌是液體靜壓支承應(yīng)用的重要方面。由于具有工作壽命長、摩擦系數(shù)低、速度變化和載荷變化對油膜剛度影響小、工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，液體靜壓導(dǎo)軌被廣泛應(yīng)用于精密加工機(jī)床、雷達(dá)天線等民用與軍用設(shè)備中。隨著對數(shù)控機(jī)床的加工精度和效率要求的不斷提高，為了提高工作臺承載能力和性能，減少工作臺和底座問磨損，延長工作臺使用壽命，液體靜壓導(dǎo)軌在各種數(shù)控機(jī)床中（特別是重載高精度數(shù)控機(jī)床）也得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：立式車床;靜壓導(dǎo)軌;定量供油;薄膜反饋節(jié)流

1.液體靜壓支承的原理及特點

液體靜壓技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有很長的歷史。隨著靜壓技術(shù)迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，幾乎遍及整個機(jī)械制造行業(yè)，包括儀器、冷軋機(jī)、雷達(dá)天線座等民用與軍工的設(shè)備上。靜壓導(dǎo)軌是靜壓技術(shù)在機(jī)床上的重要應(yīng)用。隨著靜壓導(dǎo)軌技術(shù)的不斷成熟，其在機(jī)床中的應(yīng)用也越來越廣泛，尤其在數(shù)控機(jī)床和超精密機(jī)床上應(yīng)用更為廣泛。

1.1液體靜壓支承的原理

液體靜壓支承是借助于輸入支承工作面間的液體靜壓力來支承載荷的滑動支承。其工作條件為純液體潤滑。液體靜壓支承按照供油方式的不同分為如下兩種形式

（1）定壓供油式靜壓支承：僅由油腔、進(jìn)油口及四周封閉的封油面即可組成最基本的單油腔靜壓支承。由一油泵供油并且在通往油腔的油路上設(shè)置節(jié)流器。節(jié)流器起到調(diào)壓的作用，使油腔壓力隨載荷的變化而自動調(diào)節(jié)，從而保持油腔壓力與載荷平衡。定壓供油式靜壓支承具有成本低，易于安裝維護(hù)的優(yōu)點，但由于設(shè)有溢流閥和節(jié)流器，所以功率損耗大，油箱容易發(fā)熱。通常應(yīng)用于機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)功率小的部分。

（2）定量供油式靜壓支承：供油系統(tǒng)以恒定的流量供給油腔，油腔壓力取決于供給的流量和出油液阻。通常采用定量油泵或定量節(jié)流閥來實現(xiàn)恒定流量供油。定量供油式靜壓支承具有高可靠性，低功率損耗，低溫的優(yōu)點。但是由于油路較長，潤滑油的壓縮性和慣性的影響就較大。定量供油式靜壓支承在大型或重型機(jī)床的靜壓軸承和靜壓導(dǎo)軌上得到廣泛的應(yīng)用。

1.2液體靜壓支承的特點

液體靜壓支承由于具有如下的優(yōu)點所以得到了廣泛應(yīng)用：

（1）速度范圍寬：液體靜壓支承的承載能力主要由支承面的結(jié)構(gòu)尺寸以及供油壓力或流量決定。因此可在極低的速度或靜止的狀態(tài)下工作;

（2）高承載能力：通過選用支承有效面積和節(jié)流器的形式，可以得到較大的承載能力和油膜剛度;

（3）較高的運(yùn)動精度：支撐件和滑動件被一層薄薄的油膜隔開，減小了由于制造誤差對運(yùn)動精度的影響。因此其運(yùn)動精度遠(yuǎn)高于滑動支承;

（4）優(yōu)良的抗震性能：利用油膜的吸振作用，使得設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。

（5）長壽命長：支撐件和滑動件被一層薄薄的油膜隔開，兩相對滑動面不直接接觸，因而零部件的磨損損耗小。但靜壓導(dǎo)軌工作時的損耗均轉(zhuǎn)化為潤滑油的熱能。因此為保證長壽命應(yīng)有降低溫升的設(shè)計。

2.靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和基本計算

2.1?靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)

靜壓導(dǎo)軌按其結(jié)構(gòu)可分為開式及閉式兩類。下圖（a）為典型的開式結(jié)構(gòu)，（b）為典型的閉式結(jié)構(gòu)。

圖2.1?靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式

開式靜壓導(dǎo)軌依靠運(yùn)動部件的自重或外界載荷保持運(yùn)動部件與支承件不可分離，屬于力封閉。開式靜壓導(dǎo)軌只在導(dǎo)軌的一個方向上開有油腔，且只能水平或較小傾角的位置上放置。開式靜壓導(dǎo)軌承具有受較大正向載荷的能力;結(jié)構(gòu)簡單制造及調(diào)整方便的特點。閉式靜壓導(dǎo)軌的運(yùn)動件，除在其運(yùn)動方向具有一個自由度外，其余運(yùn)動自由度都由導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)所約束，故屬于幾何封閉。閉式靜壓導(dǎo)軌可以：承受正、反向、偏載荷以及顛覆力矩，因此廣泛的應(yīng)用于立式導(dǎo)軌。

2.2?靜壓導(dǎo)軌的基本計算

本文以數(shù)控立車為設(shè)計對象，重型立車導(dǎo)軌主要承受垂直方向的力，選用了靜壓導(dǎo)軌采用靜壓圓導(dǎo)軌，并在基座導(dǎo)軌上均勻地分布幾個分隔的油腔，以適應(yīng)不同方向的抗傾覆能力。為保證良好的精度和較低的功率損耗通常應(yīng)使導(dǎo)軌面的平面度誤差小于等于?（0.3～0.5）倍的油膜厚度，中小型機(jī)床的油膜厚度為0.015mm～0.03mm;大型機(jī)床為0.03mm～0.06mm。

圖2.2?扇形油墊圖

（1）扇形油墊的流量計算：

其中q為流量，流量系數(shù)，

（2）油墊有效承載面積的計算：

（3）每個油腔承載能力計算：

（4）油膜剛度計算：

3.結(jié)論

本文已經(jīng)對靜壓導(dǎo)軌進(jìn)行了分析，得到了不同形式的靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)缺點。定量的靜態(tài)性能的基本參數(shù)進(jìn)行了計算，對其他機(jī)床采用靜壓導(dǎo)軌有一定的借鑒作用。但是在實際的系統(tǒng)中仍會受到其他一些不確定因素的影響，如導(dǎo)軌的加工精度、油液中溶解的空氣等，因此實際情況可能與計算仿真結(jié)果不一樣，因此靜壓導(dǎo)軌在設(shè)計完成后的安裝調(diào)試也至關(guān)重要，關(guān)系到整個系統(tǒng)能否正常工作。

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