定量式液體靜壓回轉(zhuǎn)臺的機械特性分析與參數(shù)識別.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)控機床各軸使刀具和工件按照各自預(yù)定的軌跡運動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，在精密數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用。而液體靜壓支承的油膜對負(fù)載變化的靈敏度直接影響精密機床的性能。為提高液體靜壓支承的油膜抵抗負(fù)載波動能力即油膜剛度，本課題以定量供油式直驅(qū)液體靜壓回轉(zhuǎn)臺為研究對象，通過建立其機械特性的數(shù)學(xué)模型，研究設(shè)計參數(shù)對其性能的影響，最后通過實驗驗證仿真結(jié)果的正確性。為達到此研究目的，論文主要做了以下工作：
　　首先，針對液體靜壓回轉(zhuǎn)臺的工作特點，通過對其油墊流場特性的理論分析，考慮離心力對

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對單個油腔油墊流場壓力進行了數(shù)值模擬計算，通過兩者間結(jié)果的對比，驗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)對液體靜轉(zhuǎn)回壓臺承載能力的影響。研究表明：靜壓回轉(zhuǎn)臺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，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)臺的動態(tài)特性，以定量供油式液體靜壓回轉(zhuǎn)臺為研究對象，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)臺的傳遞函數(shù)和動態(tài)性能參數(shù)數(shù)學(xué)表達式。對此，采用時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)對液體靜壓回轉(zhuǎn)臺動態(tài)性能的影響。研究表明：油液溫度越高，液體靜壓回轉(zhuǎn)臺的快速性越好，但其動剛度和吸振性越差：主油墊油腔壓力的增加，液體靜壓回轉(zhuǎn)臺的吸振性和動剛度挺高；油膜初始厚度越

5、大，液體靜壓回轉(zhuǎn)臺快速性越好，但其吸振性、抗振性和動剛度降低；同時，通過分析兩種不同結(jié)構(gòu)油墊的液體靜壓回轉(zhuǎn)合對階躍信號的響應(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)臺的快速性。
　　再者，在以上研究的基礎(chǔ)上，對兩種不同結(jié)構(gòu)的液體靜壓回轉(zhuǎn)臺的靜態(tài)特性和動態(tài)特性進行了實驗，通過實驗結(jié)果獲得了其承載能力和動剛度曲線，并完成了其法向阻尼系數(shù)的識別。實驗結(jié)果表明，在承載能力、動剛度和吸振性等方面，雙層油腔結(jié)構(gòu)液體靜壓回轉(zhuǎn)臺均優(yōu)于單層