用于液体静压导轨的花岗岩材料结构分析与试验研究

论文摘要

在设计精密导轨时,通常会选择钢材料来制造导轨。钢材料具有强度大,硬度高的优点,但它也存在加工周期长,成本高等缺点,特别是热处理后的残余内应力会使导轨发生微变形,从而影响导轨精度。本文以精密液体静压导轨为研究对象,重点研究了花岗石材料制作静压导轨的可行性。使用有限元分析软件ANSYS,分析花岗岩材料液压导轨溜板在受外载荷时的变形量,同时与相同状态下氮化钢材料液压导轨溜板变形量进行了比较,通过对花岗石材料的结构尺寸优化,使得花岗石溜板的变形量达到了使用要求。最后通过试验研究,检验了导轨的直线度、刚度,并与氮化钢液压导轨进行对比,达到良好效果,各项性能指标均满足要求。首先,确定了精密导轨的总体结构形式;论述了液体静压支承系统中有关平面支承单元的理论;分析不同设计参数λ0对于对置双向支承油垫承载能力和刚度的影响;对小孔节流式矩形平面油垫的结构尺寸进行了设计。其次,使用有限元分析软件ANSYS,分析花岗岩液压导轨溜板在受外载荷时的变形量,同时与相同状态下氮化钢液压导轨溜板变形量进行了比较,定性地分析溜板变形对导轨承载能力和刚度的影响。然后,制定优化方案,通过改变花岗岩材料液压导轨溜板的结构尺寸,使其变形量满足设计要求。使用电感测微仪测量经过结构优化的花岗岩材料液压导轨溜板变形量,验证了有限元计算结果正确。最后,对花岗岩材料液压导轨展开试验研究。测量导轨水平方向和竖直方向直线度以及导轨油膜刚度,并与氮化钢液压导轨进行对比。本论文完成了导轨的结构设计、分析、精度测量全部过程,设计的花岗岩材料液体静压导轨的各项性能指标均满足使用要求,此导轨的成功研制为相关领域的类似设计提供了借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的与意义
• 1.2 精密导轨的研究和发展现状
• 1.2.1 国外精密导轨的研究和发展概况
• 1.2.2 国内精密导轨的研究和发展概况
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 精密导轨材料选择和结构分析
• 2.1 精密导轨材料分析和选择
• 2.2 精密导轨偶合面接触方式选择
• 2.3 平面支承单元工作原理
• 2.4 矩形平面单油垫支承理论
• 2.4.1 矩形平面油垫压力分布与等效面积
• 2.4.2 节流方式的选择
• 2.4.3 矩形平面油垫结构尺寸重要设计参数λ0
• 2.4.4 小孔节流式矩形平面油垫承载能力和刚度
• 2.5 对置双向支承油垫的设计
• 2.5.1 对置双向支承油垫的基本原理
• 2.5.2 小孔节流式对置双向支承油垫的承载能力和刚度
• 2.6 精密导轨总体结构类型确定
• 2.7 本章小结
• 第3章 花岗岩材料与氮化钢材料液压导轨对比分析
• 3.1 结构静力学分析的有限元技术简介
• 3.2 花岗岩材料液体静压导轨溜板建模及求解
• 3.2.1 材料特性及单元类型的选择
• 3.2.2 几何建模及网格划分
• 3.2.3 受外载荷时花岗岩材料液体静压导轨溜板变形分析
• 3.2.4 受外载荷时氮化钢材料液体静压导轨溜板变形分析
• 3.3 两种不同材料液体静压导轨比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 花岗岩材料液压导轨溜板优化设计
• 4.1 导轨溜板变形影响分析
• 4.2 不同建模方法计算结果的比较分析
• 4.3 花岗岩材料液压导轨溜板结构修改建议
• 4.4 花岗岩材料液压导轨溜板的有限元优化计算
• 4.4.1 花岗岩材料液压导轨上溜板优化计算
• 4.4.2 花岗岩材料液压导轨下溜板优化计算
• 4.4.3 花岗岩材料液压下溜板优化方案选择
• 4.5 本章小结
• 第5章 花岗岩材料液体静压导轨试验研究
• 5.1 花岗岩材料液压油浸润试验
• 5.2 花岗岩材料液压油浸泡前后材料性能对比试验
• 5.3 空载时花岗岩材料液压导轨上溜板变形量测量
• 5.3.1 上溜板变形量测量实验方案设计
• 5.3.2 实验结果分析
• 5.4 花岗岩材料液体静压导轨直线度测量
• 5.4.1 测量工具
• 5.4.2 测量过程及结果
• 5.5 花岗岩材料液体静压导轨油膜静刚度分析
• 5.6 花岗岩材料液压导轨性能比较
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢