大型精密重载静压工作台结构设计与性能分析

发布时间：2017-10-04 21:29

  本文关键词：大型精密重载静压工作台结构设计与性能分析

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【摘要】：随着科技的进步、质量和尺寸的要求越来越高,普通工作台的加工性能远不能满足现代加工中心对高速、高精度、重载的要求,其关键部件静压导轨的性能也决定了静压工作台加工精度性能。液体静压工作台系统是数控机床加工领域的重要组成部分,其动静态特性决定着加工的质量和精度,对液体静压转台系统的结构和动静力学性能优化设计的研究,提高数控机床工作台的承载力以及提高其加工精度等级,对制造业行业来说具有非常重要的工程和应用价值。根据大型回转工作台主要技术指标的要求结合机械结构设计理念,设计出精密重载大型工作台总体结构装配三维图。对于静压工作台结构设计采用模块化的结构设计方法,对静压回转工作台系统总体结构设计分为五部分功能模块,回转台面、支承装置、液压系统、动力驱动系统、工作台底座,并对主要结构进行ANSYS动静力学分析和校核计算,最后设计出符合要求的整机系统。对闭式静压导轨油膜流场特性的研究,以前的研究试验表明扇形油腔比椭圆形油腔在承载性能这方面比较稳定,因此在转台的静压导轨设计中选用扇形油腔静压导轨,然后对其工作状态下的静压油膜进行流体动力学分析。建立静压导轨及导轨内部三维流动的数学仿真模型并设置边界条件,通过计算机流体力学原理,选用层流计算模型,采用有限体积法选取FLUENT中的分离式求解器进行求解,得到油膜的压强场、温度场、速度场的分布。对闭式静压转台系统动态特性的研究,可知有效承载面积系数和油膜厚度是影响导轨的承载能力、抗倾覆力矩能力和油膜刚度力学性能的主要因素。运用MATALAB分析了有效承载面积对油膜承载和刚度的影响关系。考虑到油垫结构参数可能影响到液体静压导轨油膜特性,讨论了油腔深度和封油边宽度尺寸参数对油膜承载能力和油膜刚度的影响。最后建立了不同油腔数目的模型,运用ANSYS模态分析,研究了油腔数目对转台系统振动特性的影响。本文对液体静压转台系统的性能分析与研究,提高大型回转工作台结构动静刚度、承载能力及可靠性,解决大型回转工作台的传动和加工精度问题。
【关键词】：结构设计 闭式静压 油膜流场 特性优化 模态分析
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究背景及意义8-9
• 1.3 液体静压工作台特性的研究进展9-11
• 1.3.1 静压导轨中油膜特性的研究进展9-10
• 1.3.2 液体静压工作台结构动力优化的研究进展10-11
• 1.4 静压工作台特性分析国内外研究现状11-12
• 1.5 本文研究的主要内容12-13
• 第2章 静压工作台的设计13-29
• 2.1 静压工作台设计要求13-14
• 2.2 工作台机械本体设计14-24
• 2.2.1 工作台台面设计14-16
• 2.2.2 静压支承装置设计16-22
• 2.2.3 工作台底座设计22-24
• 2.3 供油系统设计24-26
• 2.3.1 供油系统设计要求24
• 2.3.2 液压系统设计24-25
• 2.3.3 液压泵和电机选型25-26
• 2.4 驱动系统设计26-28
• 2.4.1 驱动系统原理26-27
• 2.4.2 驱动系统回转电机计算27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 静压油膜流场分析29-39
• 3.1 计算机流体力学理论概述29
• 3.2 流体力学方程29-32
• 3.3 流体力学分析流程32-33
• 3.4 静压油膜数字仿真分析33-36
• 3.4.1 油膜模型建立33-34
• 3.4.2 油膜网格划分34
• 3.4.3 油膜边界条件设置34-35
• 3.4.4 流场状态分析35
• 3.4.5 模型导入求解35-36
• 3.5 油膜仿真结果分析36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 闭式静压导轨力学性能分析39-45
• 4.1 闭式导轨有效承载面积对静压导轨力学性能影响39-41
• 4.2 油腔深度对静压导轨力学性能影响41-42
• 4.3 封油边宽度对静压导轨力学性能影响42
• 4.4 油垫数目对静压导轨力学性能的影响42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 总结与展望45-47
• 5.1 全文总结45-46
• 5.2 研究展望46-47
• 参考文献47-50
• 致谢50-51
• 附录 1：攻读硕士学位期间发表的学术论文51

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本文编号：972968