定量式液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械特性分析與參數(shù)識(shí)別.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場兗爭日益激烈，裝備制造業(yè)的發(fā)展受到了各行各業(yè)的高度重視。在軍工、航空航天、能源開采、工程機(jī)械等支柱行業(yè)中，精密與超精密加工技術(shù)占有舉足較重的地位。其中，數(shù)控機(jī)床是精密加工的重要設(shè)備之一，如為獲得復(fù)雜的光學(xué)曲面、自由曲面模具及大型超精密光學(xué)零件的高精度工作面，從加工的角度講，就是通過精確控制數(shù)控機(jī)床各軸使刀具和工件按照各自預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)并保證兩者的位姿精度，這不僅取決于各軸的控制精度，也受各軸導(dǎo)向精度的影響。由于液

2、體靜壓支承具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在精密數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。而液體靜壓支承的油膜對(duì)負(fù)載變化的靈敏度直接影響精密機(jī)床的性能。為提高液體靜壓支承的油膜抵抗負(fù)載波動(dòng)能力即油膜剛度，本課題以定量供油式直驅(qū)液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，通過建立其機(jī)械特性的數(shù)學(xué)模型，研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其性能的影響，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性。為達(dá)到此研究目的，論文主要做了以下工作：
　　首先，針對(duì)液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作特點(diǎn)，通過對(duì)其油墊流場特性的理論分析，考慮離心力對(duì)

3、扇形油墊內(nèi)油腔壓力的影響，建立了扇形油墊油腔壓力的解析數(shù)學(xué)模型。采用CFX對(duì)單個(gè)油腔油墊流場壓力進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，通過兩者間結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了所建模型的正確性，依據(jù)所建模型，分析了液壓油密度、回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速、油腔入口流量和油腔結(jié)構(gòu)對(duì)液體靜轉(zhuǎn)回壓臺(tái)承載能力的影響。研究表明：靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的承載特性隨著入口流量的增大而增大，隨回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速和油液密度的增加而下降；研究發(fā)現(xiàn)，在供油條件相同的情況下，采用雙層油腔結(jié)構(gòu)油墊的靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)，其承載能力和剛度得到

4、提高。
　　其次，為分析液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性，以定量供油式液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，結(jié)合其力平衡方程和流量連續(xù)方程，推導(dǎo)了液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的傳遞函數(shù)和動(dòng)態(tài)性能參數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)此，采用時(shí)域和頻域分析方法分析了油膜初始厚度，油液溫度、主油腔壓力、油墊結(jié)構(gòu)對(duì)液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能的影響。研究表明：油液溫度越高，液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的快速性越好，但其動(dòng)剛度和吸振性越差：主油墊油腔壓力的增加，液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的吸振性和動(dòng)剛度挺高；油膜初始厚度越

5、大，液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)快速性越好，但其吸振性、抗振性和動(dòng)剛度降低；同時(shí)，通過分析兩種不同結(jié)構(gòu)油墊的液體靜壓回轉(zhuǎn)合對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)知；采用歿層油腔結(jié)構(gòu)油墊，有利于提高液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的快速性。
　　再者，在以上研究的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)的液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得了其承載能力和動(dòng)剛度曲線，并完成了其法向阻尼系數(shù)的識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在承載能力、動(dòng)剛度和吸振性等方面，雙層油腔結(jié)構(gòu)液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)均優(yōu)于單層