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液体静压转台是重型数控机床的关键配件,它的作用是支承工件并提供高精度的回转运动。重型机床的发展要求对于重型静压转台的运动精度、最高转速、最大承载、工作寿命,可靠性提出了更加苛刻的要求,也对这些部件的设计和运行控制提出了严峻的挑战。本文基于流体润滑理论及龙格库塔法对静压转台加工装配误差、偏载、表面粗糙度、初始油膜厚度、供油量、离心力对静压支承系统的动态特性做了分析,设计实验方案对转台的整体动力学模型及油垫非线性承载力进行验证,最后基于油膜失效条件下,分析静压转台的承载特性。 (1)分析定量式供油和定压式供油静压转台工作机理。基于流体润滑理论,以油液为层流态,忽略油膜曲率和温度的影响,推导了考虑离心力及表面粗糙度的支承油垫及预紧油垫非线性承载力模型,而后引入离心力影响因子,通过实例结构参数计算分析了静压转台转速、油膜厚度、润滑油粘度、供油量与离心力影响因子的关系。最后根据傅里叶级数拟合加工装配误差,采用正弦函数等效轮廓误差曲线,得到考虑加工装配误差的油膜厚度。 (2)建立静压转台的整体动力学模型,采用数值计算方法求解非线性动力学方程,在MATLAB中编写基于四阶龙格库塔法的计算程序,代入参数,求解方程组就可以得到静压转台的响应及各参数的影响规律。分析加工装配误差、偏载、表面粗糙度、初始油膜厚度、供油量、离心力等因素对静压转台动态特性的影响规律。 (3)在理论计算分析的基础上,设计了三种方案进行实验研究:载荷保持不变,转速为20r/min工况下,改变润滑油供油量,通过电涡流位移传感器采集数据,以研究供油量对油膜厚度的影响规律;空载下,保持润滑油供油量不变,改变转台转速,以研究转速对油膜厚度的影响规律;转台静止,保持润滑油供油量不变,改变载荷加载位置,以研究不同加载位置对油膜厚度的影响规律。通过理论计算值与实验值之间的对比,验证了静压转台的整体动力学方程及油垫非线性承载力模型的正确性。 (4)分析油垫油膜失效的原因,利用微元法推导了转台倾斜时支承油垫的承载力模型,通过机械振动原理建立转台的振动方程,分析单个或多个油垫油膜失效对转台承载特性的影响。本论文所建的模型及分析结论将为转台的综合性能的提升及服役性能提供理论基础。