一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法技术

本发明专利技术公开了一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法，该方法运用龙格库塔法计算油膜厚度并分析得到工件质量与垫铁使用个数的关系及垫铁布局的形式。该方法首先推导雷诺方程，再计算油垫的承载力，建立转台的整体动力学模型，之后对各方程进行无量纲处理，最后基于龙格库塔法使用Matlab编写计算程序得到油膜厚度并分析得到垫铁布局的方法。对于非对称工件装夹，由于工件结构的不对称，出现偏心现象，可能会造成局部载荷过大，导致油垫油膜失效，因此垫铁支承时布局必须合理。为保证支承的稳定性和满足保持工件静定的最低要求，垫铁采用对称支撑形式。本发明专利技术可为转台加工非对称工件时垫铁的合理布局提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】
一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法
本专利技术属于静压转台加工分析领域，涉及一种定量式供油的转台对非对称工件加工时垫铁布局方法，该方法运用龙格库塔法计算油膜厚度并分析得到工件质量与垫铁使用个数的关系及合理布局。
技术介绍
静压转台(HydrostaticRotaryTable)用有压力的流体使有相对运动的两个表面分开并借助流体静压来承载。由于运动副之间完全被油膜隔开，所以运动副间的摩擦力大大减小，同时其承载能力、运动精度与寿命却大大提高。正因为液体静压支承的诸多优点，所以它广泛的应用于重型机床并成为其关键部件之一。在实际生产中，对于非对称工件装夹，由于工件结构的不对称，出现偏心现象。对其加工时需要采用垫铁支承，工件质量平均分配到垫铁上，造成局部载荷过大，超出静压支承油垫承载范围，导致静压转台导轨与油垫出现刮擦现象，影响加工精度。所以转台对非对称工件装夹时垫铁的布局要合理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种定量式供油的转台对非对称工件装夹时垫铁布局方法，该方法运用龙格库塔法计算油膜厚度并分析得到工件质量与垫铁布局的关系。首先推导雷诺方程，再计算油垫的承载力，建立转台的整体动力学模型，最后基于龙格库塔法使用Matlab编写计算程序得到油膜厚度并分析垫铁布局。本专利技术是采用以下技术手段实现的：S1该方法首先简化N-S方程并推导雷诺方程确定其边界条件，计算油垫的承载力，并建立转台的整体动力学模型。S2对雷诺方程、动力学方程等进行无量纲处理。S3基于龙格库塔法使用Matlab编写计算程序得到油垫油膜厚度并分析垫铁布局。本专利技术的特点在于使用简化的N-S方程推导雷诺方程，计算油垫承载力，使用龙格库塔法求解油膜厚度并分析得到垫铁的合理布局。本专利技术提供的方法可为转台加工非对称工件垫铁的布局提供指导。通过下面的描述并结合附图说明，本专利技术会更加清晰，附图说明用于解释本专利技术方法及实施例。附图说明图1支承油垫位置简图图2液体静压转台结构示意图图3静压转台受力示意图图4油膜厚度随外载荷的变化曲线图5垫铁个数随工件质量的变化曲线图6垫铁布局形式具体实施方式本专利技术涉及一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法，下面结合附图，对本专利技术的实施进行具体说明。图1为静压转台支承油垫与回转中心的示意图，当转台以Ω的转速转动后，支承油垫上方导轨面的线速度为将其向r方向和方向分解得到ur(z＝h)＝Vasin(β)，(如图1所示)。图2为液体静压转台结构示意图。左上方为支承油垫的结构简图，R1为油垫的内径，R2为油垫的外径，Q0为油垫供油量，hi为油垫的油膜厚度，其中i＝1,2,3～n。图3为转台受力简图，转台由n个均布油垫支承，支承力分别为Fi(i＝1～n)，它们与加力点和转台中心的连线的夹角各油垫中心到转台中心的距离为RL，预压油垫的支承力为Fy。转台的半径为RT，转台的转速为Ω。F为外载，与x轴的角度为到转台中心的距离为b。步骤(1)，支承油垫承载力计算假定油垫的润滑符合薄膜润滑理论，油液的流态为层流，忽略温度的影响，根据量纲分析可以将极坐标系下的连续性方程和N-S方程简化为对z积分再带入边界条件得到雷诺方程：求解(2)式，并带入圆形定量补偿的油垫边界条件：可以得到油垫承载力为：将表面粗糙度分为周向粗糙度和径向粗糙度两部分。其中：式中，c—随机油膜厚度的一半hc—油腔深度步骤(2)静压转台整体动力学建模认为转台自身不发生变形，所以在偏心载荷下的动力学方程为：其m是转台质量，中J是转台在偏心力F作用下偏转的转动惯量为假设工作台面在任何位置均处于平衡状态，h为转台所有支承油垫油膜厚度的平均值，θx和θy为转台在偏心动载荷作用下转台分别对x轴和y轴的倾角；hy0是预紧油垫的初始厚度。根据几何关系，预紧油垫和支承油垫的油膜厚度可以表示如下：其中i＝1～n。步骤(3)计算流程以8油垫支承的静压转台为计算对象，将参数代入(4)、(6)、(7)式并应用龙格库塔法求解方程组就可以得到转台的响应。上述计算过程将使用matlab编程实现。根据数据的分析与对比的需要对一些参数进行无量纲处理，令：油垫的参数及油液的参数为：n＝8，R1＝160mm，R2＝175mm，RT＝2500mm，RL＝1500mm，h0＝0.1mm，Q0＝1*10-4m3/s，η＝0.091Pa.s，m＝30827Kg。根据这些参数按照步骤(3)所述的计算流程计算油膜的厚度并分析得到垫铁布局方法。计算结果如图4所示。图4为外载荷加载在油垫中心，油膜厚度H1变化规律。可见随着载荷的增大，油膜厚度减小，当Fw＝3时，油膜厚度H1<0.6，导致转台导轨和油垫表面出现刮擦现象，加速磨损。图5为垫铁使用个数与加工工件质量的关系。对非对称工件进行装夹时，需要使用垫铁支承，为保证支承稳定性，至少使用三个垫铁。当加工质量增大时，会造成局部载荷过大，使油垫油膜压溃甚至失效，进而根据加工工件质量的不同，垫铁使用个数也不同。图6为垫铁布局的形式。根据垫铁使用的个数及保持工件静定的最低要求下，支承方式越简单越好，采用对称支撑形式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，S1该方法首先简化N‑S方程并推导雷诺方程确定其边界条件，计算油垫的承载力，并建立转台的整体动力学模型；S2对雷诺方程、动力学方程进行无量纲处理；S3基于龙格库塔法使用Matlab编写计算程序得到油垫油膜厚度并分析垫铁布局。

【技术特征摘要】
1.一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，S1该方法首先简化N-S方程并推导雷诺方程确定其边界条件，计算油垫的承载力，并建立转台的整体动力学模型；S2对雷诺方程、动力学方程进行无量纲处理；S3基于龙格库塔法使用Matlab编写计算程序得到油垫油膜厚度并分析垫铁布局。2.根据权利要求1所述的一种用于非对称工件装夹的静压转台支撑垫铁布局方法，其特征在于：该方法首先推导雷诺方程，再计算油垫的承载力，建立转台的整体动力学模型，最后基于龙格库塔法使用Matlab编写计算程序得到油膜厚度并分析得到垫铁布局形式；该方法的具体实现步骤为：步骤(1)，支承油垫承载力计算假定油垫的润滑符合薄膜润滑理论，油液的流态为层流，忽略温度的影响，根据量纲分析可以将极坐标系下的连续性方程和N-S方程简化为对z积分再带入边界条件可以得到雷诺方程：求解(2)式，并带入圆形定量补偿的油垫边界条件：得到油垫承载力为：

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，殷亚文，罗宗兰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11