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滑动导轨表面激光微织构防爬行减摩技术研究

滑动导轨表面激光微织构防爬行减摩技术研究

作者：陈诚江苏大学

学位级别：硕士

滑动导轨是机床中承载工件和运动导向的机构,其精度和动态稳定性是实现高精密加工的先决条件。然而,在低速、重载的运动工况下,滑动导轨常出现时动时停的爬行现象,严重影响机床的加工精度与产品的质量。本文将激光表面微织构技术应用到... 详细信息

滑动导轨是机床中承载工件和运动导向的机构,其精度和动态稳定性是实现高精密加工的先决条件。然而,在低速、重载的运动工况下,滑动导轨常出现时动时停的爬行现象,严重影响机床的加工精度与产品的质量。本文将激光表面微织构技术应用到滑动导轨上,通过在导轨表面加工各种织构形貌,改善滑动导轨的摩擦性能,同时,将仿真分析与试验研究相结合,探究激光参数对表面织构形貌的影响规律,并研究织构形貌的成形机理与影响因素,为织构化导轨的应用提供指导。本文主要研究内容以及结论如下:(1)运用Comsol仿真软件,采用变形几何法,耦合传热与层流物理场,考虑流体传热、蒸发速度、反冲压力、热毛细力等因素,建立激光加工的数值模型,分析激光参数(激光功率、脉冲宽度以及脉冲个数)对织构加工的影响。研究发现,随激光参数增加,织构形貌从最初的球冠状依次演变为凹顶球冠状、火山口状、凹坑状形貌。热毛细力引发的熔质流动是凸状体形貌形成的主要原因,并且熔质的流速会影响凸起的高度与直径。随着激光参数增大,形貌由中心凸起转变为边缘凸起,凸起的高度呈现先增大后减小的趋势;凹坑形貌主要是由于法向反冲压力的作用,且脉冲个数比激光功率、脉宽的影响更显著。(2)采用JPT连续光纤激光器在GCr15轴承钢表面进行工艺试验,试验所得到的形貌与仿真结果保持一致。随着激光参数增加,凸起高度呈现先快速增大,然后缓慢增加,最后减小的变化规律;织构深度和织构直径随激光参数增加均呈现先增大后逐渐稳定的趋势,且脉冲个数对凹陷深度和织构直径的影响更显著。当激光参数增大到一定程度时,熔质气化形成的等离子体阻碍激光照射,使得凹坑深度和凹坑直径增速减缓。(3)基于Reynolds方程和油膜厚度方程,建立了导轨摩擦副表面三种不同织构形貌的润滑模型,并通过数值计算进行求解,得出各织构表面的油膜压力分布情况。研究发现,织构处理能改变油膜的压力分布,从而有效改善导轨副的润滑状态;凹坑织构的动压效应最显著,且织构深度影响形貌作用效果,随着深度增加,峰值油膜压力呈现先增大后减小的变化趋势;对于凸起织构,当凸起高度增大时,峰值油膜压力(6)增加,谷值油膜压力4)9))减小,且油膜压力数值远小于凹坑织构。(4)运用RETC摩擦磨损试验机,模拟滑动导轨在低速重载时的运动情况,对比探究不同织构表面的摩擦学性能。实验结果表明,相较于光滑试样,经表面织构化处理的试样运动稳定性更好。凹坑织构在降低摩擦系数、保持运动稳定性方面表现最佳;面积占有率对织构试样的摩擦性能有一定影响,不同织构由于其作用机理不同,最优织构面积占有率也不同,本次试验各织构的最佳面积占有率分别为:球冠状试样为44.1%、凹顶球冠状试样为12.6%、火山口状试样为10.9%、凹坑试样为11.6%。

关键词：滑动导轨爬行现象激光表面织构摩擦试验润滑性能

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机床滑动导轨微织构多目标优化设计

航空制造技术 2022年第6期65卷 36-44页

作者：于英华王智群要金龙徐平辽宁工程技术大学阜新123000

为探索满足数控机床对其导轨高承载性、高精度、高精度保持性等方面要求的新途径,提出在滑动导轨表面制备椭圆开口偏置类抛物线微织构。选取矩形滑动滑块导轨副为研究原型,通过CFD方法对其在流体润滑状态下的承载压强、摩擦系数、温升... 详细信息

为探索满足数控机床对其导轨高承载性、高精度、高精度保持性等方面要求的新途径,提出在滑动导轨表面制备椭圆开口偏置类抛物线微织构。选取矩形滑动滑块导轨副为研究原型,通过CFD方法对其在流体润滑状态下的承载压强、摩擦系数、温升及在乏油状态下的表面接触应力进行分析;基于响应面理论,通过CFD方法研究了微织构形状参数对导轨承载压强和摩擦系数的影响规律,并优化得到最优微织构形状参数;在此基础上,研究了微织构分布参数对导轨承载压强、摩擦系数、温升的影响规律,并优化得到最优微织构分布参数;最后,对最优特征参数微织构导轨的承载压强、摩擦系数、温升及乏油状态下的接触应力进行仿真分析,并将其结果与原型导轨相关性能进行对比。结果表明,该新型微织构可使导轨在润滑状态下的承压强提高15.15%,摩擦系数、温度及乏油状态下的接触应力分别降低26.43%、7.94%和8.09%。

关键词：滑动导轨微织构优化设计承载压强摩擦系数温度接触应力

高能同步辐射光源中基于四层滑动导轨的磁铁在线调节机构研制

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核科学与工程 2023年第5期43卷 1196-1202页

作者：吴蕾杨澍李春华王梓豪季大恒李敏贤陈思雨徐元迪宗刘旭中国科学院高能理研究所北京100049 中国科学院大学北京100049

在高能同步辐射光源(HEPS)储存环中,基于束流光学参数校正的需要,所有的六极磁铁将安装在基于束流位置进行远程电动调节的机构上。HEPS六极铁在线调节机构需要在高负载下实现超高精度和稳定性,研制难度较大,前期进行方案设计和样机研制... 详细信息

在高能同步辐射光源(HEPS)储存环中,基于束流光学参数校正的需要,所有的六极磁铁将安装在基于束流位置进行远程电动调节的机构上。HEPS六极铁在线调节机构需要在高负载下实现超高精度和稳定性,研制难度较大,前期进行方案设计和样机研制有利于为工程实施建立坚实的基础。本文对基于四层滑动导轨的调节机构进行样机研制和测试,探索提高运动精度和减小运动姿态角度误差的加工和装配工艺方法,以准确掌握该方案调节机构的性能,包括线性运动精度、运动姿态角度误差和磁铁支撑系统稳定性。经测试,在450 kg六极磁铁负载下,该调节机构在磁轴位置高度上的运动精度好于5μm;调节机构沿运动轴的俯仰角误差≤2″,摇摆角和滚动角误差≤3″;安装调节机构后磁铁支撑系统的整体固有频率>54 Hz。实测结果表明,基于四层滑动导轨的磁铁在线调节机构最终能达到所需的线性运动精度和运动姿态角度误差要求,且其高刚度特点可以满足HEPS磁铁支撑系统高稳定性的要求。但是,板件之间巨大的滑动摩擦会在运动过程中带来非运动方向的位移耦合,该耦合量需要根据束流的物理需求进行评估。

关键词：磁铁在线调节机构滑动导轨运动精度稳定性

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滑动导轨结合面动刚度的试验研究

中国机械工程 2012年第9期23卷 1021-1025页

作者：郭成龙袁军堂王维友夏玲玲黄俊南京理工大学南京210094 一汽解放汽车有限公司长春130011

基于等效单自由度模型自主研发了滑动结合面动态特性参数识别试验台,对不同类型的滑动结合面进行参数识别试验,得到了结合面的动刚度,并分析了滑动速度、面压、介质等因素对刚度的影响规律。分析结果表明:滑动速度的增大会降低结合面的... 详细信息

基于等效单自由度模型自主研发了滑动结合面动态特性参数识别试验台,对不同类型的滑动结合面进行参数识别试验,得到了结合面的动刚度,并分析了滑动速度、面压、介质等因素对刚度的影响规律。分析结果表明:滑动速度的增大会降低结合面的动刚度;适当增大面压可提高结合面的动刚度,且能降低速度增大对动刚度的影响;添加润滑油能使结合面的动刚度提高20%左右;贴塑导轨比普通金属导轨能更好地维持结合面动刚度的稳定性,其动刚度随速度的变化在25%左右。

关键词：滑动导轨结合面动刚度动压润滑

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机床滑动导轨副加速磨损退化试验建模与分析

北京工业大学学报 2015年第4期41卷 501-506页

作者：王民范晓慧胡建忠昝涛北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124

为了分析机床滑动导轨副加速退化试验中的磨损机理,建立了滑动导轨副在实际工况下的受力变形模型并计算得到导轨接触面间的接触力.设计了加速磨损退化试验,并基于Archard模型建立了机床滑动导轨副实际工况下磨损计算模型,主要建立了床... 详细信息

为了分析机床滑动导轨副加速退化试验中的磨损机理,建立了滑动导轨副在实际工况下的受力变形模型并计算得到导轨接触面间的接触力.设计了加速磨损退化试验,并基于Archard模型建立了机床滑动导轨副实际工况下磨损计算模型,主要建立了床身导轨接触面磨损模型.基于理论模型,采用加大滑动导轨负载力水平的方法,对加速磨损退化试验中的滑动导轨床身导轨接触面的磨损量和磨损曲线进行预测.结果表明:该模型可较好地指导实际的加速磨损退化试验参数设计和根据高负载下试验获得的床身导轨磨损量预测工作负载下的磨损.

关键词： Archard模型接触变形磨损滑动导轨加速磨损退化试验

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基于滑动导轨的双目视觉系统设计

电脑知识与技术 2022年第5期18卷 88-90,97页

作者：卫晨李艾华崔智高火箭军工程大学陕西西安710025

当前,计算机视觉技术的蓬勃发展使双目视觉系统成为智能监控领域的研究热点。文章通过对六类双目视觉系统的分析,决定使用双目PTZ视觉系统进行本文的研究。然而,双目视觉系统受相机之间距离(基线长度)影响较大,如基线长度小时,有利于双... 详细信息

当前,计算机视觉技术的蓬勃发展使双目视觉系统成为智能监控领域的研究热点。文章通过对六类双目视觉系统的分析,决定使用双目PTZ视觉系统进行本文的研究。然而,双目视觉系统受相机之间距离(基线长度)影响较大,如基线长度小时,有利于双目相机的协同跟踪,而基线长度大时,有利于提高立体视觉的获取精度。为了方便根据不同的场景应用或实现功能选择合适的基线长度,文章设计了一种基于滑动导轨的可变基线双目视觉系统。通过调试与验证,文章所设计的变基线双目视觉系统可实现两相机距离的自动调节与控制,控制精度与反应延时均满足要求,为双目视觉系统的研究提供了实验验证平台。

关键词：双目视觉滑动导轨串口通信 PTZ相机

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基于信赖域算法的滑动导轨动力学优化设计

中国农机化学报 2019年第2期40卷 125-129页

作者：崔建昆胡宇豪周孔涛曾发林上海理工大学中德学院上海市200000 上海理工大学机械学院上海市200000 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212000

针对农业运载工具中滑动导轨出现的卡槽和滚轮共振造成的损坏问题,对受迫运动工况下滚轮的三向受力和滑动机构平顺度进行研究,设计一种改进型导轨滚轮系统。用信赖域迭代算法对导轨曲率进行优化,将模型分割成一系列子区域,在该子区域的... 详细信息

针对农业运载工具中滑动导轨出现的卡槽和滚轮共振造成的损坏问题,对受迫运动工况下滚轮的三向受力和滑动机构平顺度进行研究,设计一种改进型导轨滚轮系统。用信赖域迭代算法对导轨曲率进行优化,将模型分割成一系列子区域,在该子区域的信赖域内对模型进行迭代近似求解,获得满足平顺性的导轨弯曲部分尺寸参数。在ADAMS中对导轨系统滑动单元倾斜振动情况和承力单元受迫运动情况进行仿真分析,给出滑动导轨优化后的判定数据。结果表明:采用分向受力的多滚轮设计可以有效分解每组导轨滚轮机构受到的作用力,承重轮在次坐标方向的受力低于主坐标方向的7.4%,导向轮在非转向段受力小于5N提高系统的平顺性和可靠性。

关键词：滑动导轨多体动力学迭代优化分向受力

基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究

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润滑与密封 2014年第8期39卷 73-76,98页

作者：王超胡亚辉谭雁清崔洪胤天津理工大学复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

以机床滑动导轨副典型工况下的载荷和速度为变量因素,采用正交实验设计方法,进行销盘磨损实验,研究滑动导轨副在干摩擦条件下的磨损规律。参照经典的Archard磨损公式对实验数据进行回归并修正,得出相应的磨损率的回归公式。将该回归公式... 详细信息

以机床滑动导轨副典型工况下的载荷和速度为变量因素,采用正交实验设计方法,进行销盘磨损实验,研究滑动导轨副在干摩擦条件下的磨损规律。参照经典的Archard磨损公式对实验数据进行回归并修正,得出相应的磨损率的回归公式。将该回归公式和Archard公式计算结果与实验数据进行对比,得出该回归公式能更好地预测导轨副的磨损率。

关键词：滑动导轨销盘磨损试验正交实验 Archard磨损模型回归分析

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机床滑动导轨的润滑状况及耐磨损分析

组合机床与自动化加工技术 1994年第8期 2-4,8页

作者：皮亚南戴莉莉汪先明胡勇克南昌大学机械系

机床滑动导轨的润滑状况及耐磨损分析南昌大学机械系皮亚南，戴莉莉，汪先明，胡勇克主题词：滑动导轨，磨损，油膜１引言机床设备中的滑动导轨是机床精度的基础，除应满足强度、刚度外，导轨的润滑状况和耐磨性关系到机床的使用性能、... 详细信息

机床滑动导轨的润滑状况及耐磨损分析南昌大学机械系皮亚南，戴莉莉，汪先明，胡勇克主题词：滑动导轨，磨损，油膜１引言机床设备中的滑动导轨是机床精度的基础，除应满足强度、刚度外，导轨的润滑状况和耐磨性关系到机床的使用性能、使用寿命、生产效率及加工质量。导轨...

关键词：机床滑动导轨润滑磨损