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文檔簡介
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(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(jìn)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(dá)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(jìn)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
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