静压进给系统的动力学建模及控制方法研究
发布时间：2020-12-03 04:36
精密加工技术在军工、航空航天、工程机械等行业得到大范围应用,精密数控机床是执行精密加工任务的重要设备,而进给系统作为精密数控机床的核心组成部件,能保证工件和刀)尖具有正确的相对位置,实现机床的高质量加工。由于液体静压支承具有高刚度、低摩擦、阻尼特性好等优点,广泛用于精密数控机床进给系统。然而,目前国内外研究多是针对液体静压导轨或轴承,较少对包含有液体静压丝杠副的整体进给系统进行研究。本文对集成有静压丝杠的液体静压直线进给系统的动力学行为及其控制进行了相关研究,所做的具体工作如下:（1）以静压丝杠副为研究对象进行了承载性能分析。以其结构和工作原理为基础,将静压丝杠副油腔等效为对置分布的扇形油腔。通过理论分析得出了单个扇形油腔的支承特性,通过ANSYS FLUENT进行了仿真,与理论计算结果进行了对比,验证了等效分析的正确性。推导了静压丝杠副等效刚度及阻尼计算模型,探究了不同系统参数对静压丝杠副承载性能的影响。（2）将进给系统各结合部等效为液体弹簧阻尼,计算了其等效刚度阻尼的参数。基于拉格朗日方程建立了静压进给系统的动力学模型,根据系统的简化动力学模型推导了伺服电机-进给系统整体的传递函数...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体静压丝杠试验台
西安理工大学工程硕士专业学位论文21.3静压丝杠副与静压导轨研究现状在十九世纪中叶德国发明了液体静压轴承之后，英国和苏联紧随其后，相继发明了液体静压螺母，但由于加工技术限制，成品率低，因此并未取得广泛应用[3]。进入二十世纪后，日本针对流体丝杠螺母副进行了研究，流体支承主要使用的介质是气体。研究对象主要是气体静压小孔节流丝杠螺母副，陶瓷多孔质气体静压丝杠[4][5]等。JunhongMa等研发了一套驱动系统，应用了气体静压丝杠、轴承，使用光栅进行位置检测反馈[6]。JamesZhu等人也针对气体静压丝杠做过研究，采用的节流方式是利用多孔质材料，其结构如图1-1所示[7]。图1-1气体静压丝杠试验台Fig.1-1Gasstaticpressurescrewteststand与液体静压导轨和轴承的工作原理相似，液体静压丝杠在传动过程中通过向油腔通入高压油的方式，在丝杠和螺母之间形成流体润滑。在国内虽然对静压丝杠副也做了一些研究，但受制于加工技术，未能做到大规模生产，而国外的一些公司已经有了成熟的产品。图1-2所示分别为HYPROSTATIK公司和ZOLLERN公司生产的静压丝杠[8]。图1-2HYPROSTATIK静压丝杠和ZOLLERN静压丝杠Fig.1-2HYPROSTATIKhydrostaticscrewandZOLLERNhydrostaticscrew山东大学的张永涛考虑到螺距误差的影响，对液体静压丝杠螺母进行了相关研究[9]，并发现了油膜的存在具有均化误差的作用；给出了考虑螺距误差的油膜特性控制方程；提出了若干油膜均化误差的影响因素，例如螺母的径向位移和倾斜角度等。兰州理工大学的
1绪论3赵树清、罗生梅以一种用于高速进给系统的液体静压丝杠副为研究对象[3][10]，通过理论和实验相结合的方法，，基于静压丝杠副和常见的滚珠丝杠副的传动机理，将两者进行了对比研究，证明了在刚度、承载力及耐磨损方面，静压丝杠副的性能均要优于一般的滚珠丝杠。2011年，吴晓明等针对一种用于立式车床的静压丝杠副进行了研究，内容为丝杠的结构设计和计算[11]，如图1-3所示为其研究对象的结构示意图。图1-3立式车床上的静压丝杠副结构图Fig.1-3Structureofstaticpressurescrewpaironverticallathe焦建华等[12]申请了一项可用于大型立式车床的静压丝杠副的实用新型专利，，其对应的工况为重载。在丝杠的结构方面创新性的应用了锯齿形螺纹。该专利所提出的静压丝杠副具有受载大、摩擦孝可靠性高、磨擦孝传动效率高等优点，对于提高大型立式车床的升降传动效率具有重要意义。康源[13]利用液阻网格法对静压丝杠副的静态特性进行了研究，但由于在理论分析中较少涉及到加工精度和表面粗糙度的因素影响，在实际工况下，系统外界参数均对流场的特性有着显著的影响。在文中也提出了一套关于静压丝杠副的实验分析步骤和测试方案。卢品娟[14]等针对静压丝杠副的加工误差进行了研究，例如螺距误差、有效径误差及截型误差等，给出了误差产生的一系列原因。对相关制作加工工艺进行了介绍，通过该种加工工艺可以使丝杠的精度保持长期不变。TOnatEkinci[15]等人对气体静压导轨进行了理论建模和试验研究。主要是对气体静压导轨的位置误差进行分析，通过理论研究分析，给出了两项主要的影响因素，分别是支承刚度和几何误差。接着对研究对象进行预加载实验，最终实验结果与理论分析结果能够相互印证。ManishKumar[16]等人设计并制造了?
本文编号：2896002
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体静压丝杠试验台
西安理工大学工程硕士专业学位论文21.3静压丝杠副与静压导轨研究现状在十九世纪中叶德国发明了液体静压轴承之后，英国和苏联紧随其后，相继发明了液体静压螺母，但由于加工技术限制，成品率低，因此并未取得广泛应用[3]。进入二十世纪后，日本针对流体丝杠螺母副进行了研究，流体支承主要使用的介质是气体。研究对象主要是气体静压小孔节流丝杠螺母副，陶瓷多孔质气体静压丝杠[4][5]等。JunhongMa等研发了一套驱动系统，应用了气体静压丝杠、轴承，使用光栅进行位置检测反馈[6]。JamesZhu等人也针对气体静压丝杠做过研究，采用的节流方式是利用多孔质材料，其结构如图1-1所示[7]。图1-1气体静压丝杠试验台Fig.1-1Gasstaticpressurescrewteststand与液体静压导轨和轴承的工作原理相似，液体静压丝杠在传动过程中通过向油腔通入高压油的方式，在丝杠和螺母之间形成流体润滑。在国内虽然对静压丝杠副也做了一些研究，但受制于加工技术，未能做到大规模生产，而国外的一些公司已经有了成熟的产品。图1-2所示分别为HYPROSTATIK公司和ZOLLERN公司生产的静压丝杠[8]。图1-2HYPROSTATIK静压丝杠和ZOLLERN静压丝杠Fig.1-2HYPROSTATIKhydrostaticscrewandZOLLERNhydrostaticscrew山东大学的张永涛考虑到螺距误差的影响，对液体静压丝杠螺母进行了相关研究[9]，并发现了油膜的存在具有均化误差的作用；给出了考虑螺距误差的油膜特性控制方程；提出了若干油膜均化误差的影响因素，例如螺母的径向位移和倾斜角度等。兰州理工大学的
1绪论3赵树清、罗生梅以一种用于高速进给系统的液体静压丝杠副为研究对象[3][10]，通过理论和实验相结合的方法，，基于静压丝杠副和常见的滚珠丝杠副的传动机理，将两者进行了对比研究，证明了在刚度、承载力及耐磨损方面，静压丝杠副的性能均要优于一般的滚珠丝杠。2011年，吴晓明等针对一种用于立式车床的静压丝杠副进行了研究，内容为丝杠的结构设计和计算[11]，如图1-3所示为其研究对象的结构示意图。图1-3立式车床上的静压丝杠副结构图Fig.1-3Structureofstaticpressurescrewpaironverticallathe焦建华等[12]申请了一项可用于大型立式车床的静压丝杠副的实用新型专利，，其对应的工况为重载。在丝杠的结构方面创新性的应用了锯齿形螺纹。该专利所提出的静压丝杠副具有受载大、摩擦孝可靠性高、磨擦孝传动效率高等优点，对于提高大型立式车床的升降传动效率具有重要意义。康源[13]利用液阻网格法对静压丝杠副的静态特性进行了研究，但由于在理论分析中较少涉及到加工精度和表面粗糙度的因素影响，在实际工况下，系统外界参数均对流场的特性有着显著的影响。在文中也提出了一套关于静压丝杠副的实验分析步骤和测试方案。卢品娟[14]等针对静压丝杠副的加工误差进行了研究，例如螺距误差、有效径误差及截型误差等，给出了误差产生的一系列原因。对相关制作加工工艺进行了介绍，通过该种加工工艺可以使丝杠的精度保持长期不变。TOnatEkinci[15]等人对气体静压导轨进行了理论建模和试验研究。主要是对气体静压导轨的位置误差进行分析，通过理论研究分析，给出了两项主要的影响因素，分别是支承刚度和几何误差。接着对研究对象进行预加载实验，最终实验结果与理论分析结果能够相互印证。ManishKumar[16]等人设计并制造了?
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