超精密液体静压导轨中流场状态的设计和控制方程.pdf

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1、自然科学科学世界2015年1月·1·超精密液体静压导轨中流场状态的设计和控制方程胡均平陈玉球(1．中南大学，湖南长沙410083；2．湖南有色金属职业技术学院，湖南株洲412006)【摘要】介绍超精密液体静压导轨中流体状态的确定依据，流场中流体遵循的守恒定律：质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律。为后继超精密液体静压导轨的静态性能分析提供理论依据。【关键词】超精密；液体静压导轨；守恒定律．超精密液体静压导轨技术的发展直接影响国防工业和尖端2．2动量守恒方程(运动方程)科学技术的发展，世界强国都在超精密液体静压导轨加工技术任何流动的液体都必须满

2、足的基本定律，该定律可以表述领域投入大量的人力和物力进行研究，并取得了一系列成果。为：微元体中流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微近年来，国防航空航天、光学、激光技术的发展以及人造卫星元体上各种力之和。姿态控制、遥感测量和光刻等技术的快速发展，各种高精度的塑塑垫+￡坐∥卫生曼卫。平面、曲面和复杂零件的加工需求越来越迫切，都离不开超精0穗毋彘密液体静压导轨技术的发展。流场中流体无论属于层流还是紊J¨J⋯￡⋯瞳皇￡■流状态，都必须满足三大基本守恒定律，而流体的状态又直接秘hz。!影响超精密液体静压导轨的静态性能，影响设备的加工质量。0++⋯+一

3、+lt0+￡曼1流场中流体状态的确定翻融西酝恶穗‘靓液体的流动按状态分为层流和紊流。流体在运动过程中，式中，P为流体的微元体上的压力；、是因分子各质点完全沿着管轴方向直线运动，质点之间互不掺混、互不粘性作用而产生的粘性应力f的分量，、和是微元体干扰的流动状态称为层状流动，简称层流。若运动着的质点不上的体力。在静压导轨工作时，由于导轨所受的切削力远小于仅沿着管轴方向的直线运动，还伴有横向扰动，质点之间彼此工作台自身的重力，所以切削力可以忽略不计，因此。混杂，流线杂乱无章，这种流动状态称为紊流。2．3能量守恒方程(运动方程)根据实验得知，液体流动状态

4、主要取决于液体流速扒管有热交换的流动系统必须满足的能量守恒的基本定律。该道内径d和液体的运动粘度。当液体在圆截面导管流动时，定律表述为：微元体中能量的增加率等于进入微元体的净热流其雷诺数公式：R=量加上体力与面力对微元体所做的功。直角坐标系下三维非稳式中：口一液体在管理中的平均流速，m／s；管导内径，nl；态导热微分方程的一般形式：善f矗～《建)wf；{{t。{tt：液体的运动粘度，m2／s；从上式可以看出，雷诺数Re与流《蒜¨《和速D和管径d成正比，与运动粘度v成反比，同时可以看出雷诺数Re是一个没有单位的数。当雷诺数Re~2300时，流动为式

5、中，t、P、、、和分别为微元体的温度、密度、层流；当雷诺数Re~2300时，流动为紊流。比热容、导热系数、单位时间内单位体积的内热源生成热和时2流场中流体力学的控制方程间。如果将导热系数看作常数，在无内热源且稳态的情况下，由于机床无论在快进还是工进时，导轨运动的速度都不是上式可简化为拉普拉斯方程：+01l很快，液体静压导轨内部的流动可以近似地认为是不可压缩的3结语三维定常流动，并通过对液体静压导轨中液压油的雷诺数Re(1)超精密液体静压导轨中液体的流动按状态分为层流和进行计算，可以确定为层流状态，导轨内的液压油流动遵循基紊流。流体状态主要取其雷诺

6、数。本的守恒规定：质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律。(2)超精密液体静压导轨中液体无论处于何种状态，都必2．1质量守恒方程(连续性方程)须遵循三大基本定律：任何流动问题都必须遵循质量守恒定律。其定律表述为：质量守恒方程(连续性方程)、动量守恒方程(运动方程)、质量不会凭空增加，还不凭空减小。单位时间内流体的质量增能量守恒方程(运动方程)。加，等于同一时间内流入该微元体的质量。即质量守恒方程为：{tx恕参考文献由于所研究的液体为层流，所以液体处于稳定流动状态，[1】黄新．液体静压导轨在宝钢宽厚板双边剪上的应用[J】，宽厚板，2004，10’

7、(6)：18．22密度p不随时间的变化而变化，故0，则上式可以简化为：《魏[2】李炳键．液体静压导轨在机床中的应用[J】，山西机械，l氅}02003，(3)；46．47溉飘融[3】李列．XK2125床身工作台导轨副采用恒流供油式静压导轨式中，其中p为液体的密度，U、v、w分别是在、Y、z的探讨[J]，机床与液压2006，(10)方向上的分量