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重型数控龙门机床静压转台承载能力分析与应用

作　者: 史霄
导　师: 蔡力钢
学　校: 北京工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 静压转台承载能力 支承系统有限元模型 非线性弹簧单元
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


重型与超重型机床是我国大型电力、航天航空、大型船舶、交通和大型冶金与矿山特种装备等相关行业发展的急需，是关系到我国国民经济发展与综合实力的战略物资，然而关于重型机床的设计和分析技术尚不完善。静压转台作为重型机床的关键部件，直接关系到机床的加工能力和精度水平。针对重型数控龙门机床静压转台的承载能力进行分析，在考虑转台变形与油膜支承力之间耦合影响的前提下，分析工件支承点位置、油膜温升以及油膜厚度不均等影响因素对转台承载能能力的影响，从而为用户提供可靠的关于转台承载能力的数据及支承点布局方案，同时可为转台支承油垫相关参数的设计提供理论依据。首先对重型机床静压转台的总体结构及静压支承原理作简要介绍，并针对静压转台中应用的静压轴承讨论其设计方法。介绍静压油膜支承力的理论计算方法和仿真分析方法，验证采用Fluent对油膜进行仿真分析的可行性。在此基础上，结合静压油膜支承力呈非线性的特点和非线性弹簧单元的定义方法，提出一种将静压油膜等效为非线性弹簧单元的方法，建立静压转台支承系统的有限元模型。利用此模型即可考虑转台变形与油垫支承力之间的耦合影响。在静压转台支承系统有限元模型的基础上，分别计算自重、不同加载半径、不同加载点个数时各个支承油垫的支承力分布。以最大油腔压力为限制条件，计算各种加载情况下的转台最大承载力，得到转台最大承载力随加载半径、加载点个数的变化规律，及最佳加载半径和加载点个数。为了考虑油膜温升对转台承载力的影响，介绍静压供油系统温升计算方法，并分析温升对液压油粘度及油膜厚度的影响。将计算所得温升作为边界条件求解静压转台的温度场分布，并将温度场作为体载荷加入转台支承系统有限元模型中，计算转台在此情况下的最大承载力，得到温升对承载力的影响规律。通过将转台支承系统中不同的非线性弹簧设置不同的初始油膜厚度，可模拟由于油垫装配误差和导轨加工误差造成的油膜厚度不均，从而考虑其对静压转台最大承载力的影响。根据实验测得的各个支承油腔压力，得到各个油垫的初始油膜厚度，建立模型。随后加载不同质量的工件，分别进行仿真计算和实验测试，验证仿真方法的正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题的研究背景和研究意义  9-10
    1.1.1 课题的研究背景  9
    1.1.2 课题的研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 关于静压轴承的研究现状  10-13
    1.2.2 关于静压支承系统的研究现状  13-14
    1.2.3 目前存在的主要问题  14
  1.3 课题来源与主要研究内容  14-17
    1.3.1 课题的来源  14
    1.3.2 主要研究内容  14-17
第2章 重型机床静压转台结构及静压支承原理  17-27
  2.1 重型机床静压转台总体结构介绍  17-18
  2.2 静压转台供油方式及支承原理  18-20
  2.3 静压转台支承系统设计  20-26
    2.3.1 支承油垫设计  22-24
    2.3.2 径向油垫设计  24-25
    2.3.3 预紧油垫设计  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 静压油膜支承力计算及仿真分析  27-41
  3.1 静压油膜支承力理论计算  27-30
  3.2 静压油膜支承力仿真分析  30-40
    3.2.1 数值方法介绍及计算流体力学原理  30-31
    3.2.2 计算流体力学在静压支承中的应用  31-34
    3.2.3 静压油膜支承力仿真分析  34-38
    3.2.4 上壁面倾斜对静压油垫支承力的影响  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章 静压转台支承系统建模及承载力分析  41-57
  4.1 静压油膜的等效方法  41-46
    4.1.1 非线性弹簧单元定义方法  42-44
    4.1.2 支承及预紧油垫等效非线性弹簧参数定义  44-46
  4.2 静压转台支承系统有限元模型  46-48
  4.3 静压转台承载力分析  48-56
    4.3.1 自重下的油垫支承力计算  48-51
    4.3.2 加载半径对承载力影响分析  51-54
    4.3.3 加载点个数对承载力影响分析  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章 油膜温升对转台承载力的影响  57-63
  5.1 静压供油系统温升计算  57-58
  5.2 温升对液压油粘度及油膜厚度的影响  58-59
  5.3 温升对转台承载力影响  59-61
    5.3.1 热-结构耦合分析简介  59-60
    5.3.2 静压转台温度场分析  60-61
    5.3.3 静压转台热-结构耦合分析  61
  5.4 本章小结  61-63
第6章 油膜厚度不均对转台承载力的影响  63-69
  6.1 油膜厚度不均的分析方法  63
  6.2 油膜厚度不均对承载力影响的实验验证  63-67
    6.2.1 空载下油腔压力测试与仿真  63-65
    6.2.2 载重下油腔压力测试与仿真  65-67
  6.3 本章小结  67-69
结论  69-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  75-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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