CN110069871B - 静压回转工作台偏载承载力计算方法 - Google Patents

静压回转工作台偏载承载力计算方法 Download PDF

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Abstract

一种静压回转工作台偏载承载力计算方法，静压支承工作时受工件形状不规则、装夹位置以及切削力等影响，工件质心不在工作台中心或承受偏载。根据力的平移定理，可分解为一个轴向力和一个倾覆力偶矩。如果仅有轴向力，则工作台向油垫平移不发生偏转，此时油膜厚度为
Figure 66843DEST_PATH_IMAGE002
，对应的油腔压力为
Figure 516279DEST_PATH_IMAGE004
，在偏载力矩作用下工作台发生倾斜，进而改变各油腔压力和承载力分布情况。以十二油垫双矩形油腔为模型，给出静压回转工作台偏载承载力计算方法，得到准确的油腔压力。

Description

静压回转工作台偏载承载力计算方法
技术领域
本发明涉及一种静压回转工作台偏载承载力计算方法，尤其涉及一种双矩形腔静压回转工作台偏载承载力计算方法。
背景技术
由于液体静压回转工作台具有功耗低，寿命长，运行稳定，精度高等一些列优点，已成为大型数控装备的核心部件。近年来随着科学技术的不断进步，对于机床加工精度、加工尺寸、加工速度以及承载能力等方面都提出了越来越高的要求。回转工作台在理想的工作状态下，工件的质心应当在回转工作台的中心而施加中心载荷，但在实际运行中，有时受工件的形状及装夹位置限制的影响，工件质心可能不在回转工作台的中心，并且这是不可避免的，故工作台会受到偏载而发生倾斜，工作台发生倾斜轻则会降低工件加工质量，重则会导致油膜局部厚度变薄，甚至发生干摩擦，使静压推力轴承失效。针对此难题，以十二油垫双矩形油腔静压回转工作台为研究对象，获得一种偏载承载力计算方法。
发明内容
一种静压回转工作台偏载承载力计算方法，轴承工作时由于工件形状不规则和装夹位置以及切削力等原因，使得工件质心不在工作台中心，进而使工作台承受偏载，根据力的平移定理，可分解为一个轴向力G和一个倾覆力偶矩M＝Gle。如果仅有轴向力G，则工作台向油垫平移不发生偏转，此时油膜厚度为h0，对应的油腔压力为p0，在倾覆力偶矩M的作用下使得工作台发生偏转，进而也改变了各油腔压力和承载力的分布情况。故现在对油腔压力分成两个部分来进行考虑：一、只承受轴向力时的情况，二、只承受力偶矩时的情况，然后将两种情况的油腔压力进行叠加，才可获得偏载后各油腔真实压力和油膜厚度。
基于流体动力学、润滑理论、静压技术和摩擦学理论等知识推导出了一种静压回转工作台偏载力计算方法。为静压推力轴承实现高速重载奠定了技术基础，为静压推力轴承承载能力优化提供重要参考依据。应用该方法计算的静压回转工作台承载能力更加准确，有效避免干摩擦的发生。
附图说明
图1是单油腔压力分布图。
图2是导轨受偏载示意图。
图3计算方法调用流程图。
具体实施方式
可以通过以下技术方案来实现，
轴承工作时由于工件形状不规则和装夹位置以及切削力等原因，使得工件质心不在工作台中心，进而使工作台承受偏载，根据力的平移定理，可分解为一个轴向力G和一个倾覆力偶矩M＝Gle。如果仅有轴向力G，则工作台向油垫平移不发生偏转，此时油膜厚度为h0，对应的油腔压力为p0，在倾覆力偶矩M的作用下使得工作台发生偏转，进而也改变了各油腔压力和承载力的分布情况。故现在的油腔压力应该是只承受轴向力时的油腔压力与倾覆力偶矩对油腔造成的偏载压力的叠加。
一个油垫中包括两个油腔，中心加载时只受轴向力，由于它们承载性能相同，故这里只需计算出一个油腔的承载力即可，双矩形腔的承载力为单个油腔承载力的二倍。
当工作台被顶起后，液压油从封油边流出，工作台与油垫之间实现流体润滑并形成一定间隙，因为油腔深度远远大于这个间隙，故可以认为在油腔部分的液压油各点压力相同，封油边上压力向外逐渐减小直至为零，并且规律呈直线下降，如图1所示。
当油垫的尺寸已定，则油垫的承载能力与油腔压力关系为，
W0＝p0Ae
在轴承承受倾覆力偶矩的情况下，油腔压力计算应采用以下方法。
本文采用的是十二油垫双矩形腔静压支承，为简化计算，故在分析偏载时可将双矩形腔看成一个矩形腔。在倾覆力偶矩M的作用下，工作台转动了倾角ψ，各个油腔的压力也发生了变化，如图2所示。
油腔1的压力由下降到p1，而油腔7的压力则由p0上升到p7。以此类推，油腔2、油腔3、油腔11和油腔12的压力下降，而油腔5、油腔6、油腔8和油腔9的压力上升，油腔4和油腔10的压力认为不变，各油腔压力具体公式分别是：
Figure BDA0002040958900000021
Figure BDA0002040958900000022
Figure BDA0002040958900000023
p4＝p10＝p0
Figure BDA0002040958900000031
Figure BDA0002040958900000032
Figure BDA0002040958900000033
故各个油垫的承载能力分别为：
Figure BDA0002040958900000034
Figure BDA0002040958900000035
Figure BDA0002040958900000036
W4＝W10＝p0Ae
Figure BDA0002040958900000037
Figure BDA0002040958900000038
Figure BDA0002040958900000039
式中：
Figure BDA00020409589000000310
εM为在倾覆力偶矩M作用位移最大处的位移率；eM为变化的位移；h0为初始位移。
具体承载能力计算流程如图3所示。

Claims (1)

1.一种静压回转工作台偏载承载力计算方法，应用于十二油垫双矩形油腔静压回转工作台, 其特征在于：确定工件重心不在中心时，油垫压力受到倾覆力矩影响，根据力的平移定理，可分解为一个轴向力G和一个倾覆力偶矩M＝Gle，如果仅有轴向力G，则工作台向油垫平移不发生偏转，此时油膜厚度为h0，对应的油腔压力为p0，在倾覆力偶矩M的作用下使得工作台发生偏转，进而也改变了各油腔压力和承载力的分布情况，对油腔压力分成两个部分来进行考虑：其一，只承受轴向力时的情况，其二，只承受力偶矩时的情况，然后将两种情况的油腔压力进行叠加，才可获得偏载后各油腔真实压力和油膜厚度，其中，通过计算机模拟计算偏载力大小和偏载距离时各油垫承载力的大小，给出一种偏载时各个油垫承载力计算方法，其中，偏载时各个油垫承载力计算方法如下：
一个油垫中包括两个油腔，中心加载时只受轴向力，由于它们承载性能相同，故这里只需计算出一个油腔的承载力即可，双矩形腔的承载力为单个油腔承载力的二倍；
当工作台被顶起后，液压油从封油边流出，工作台与油垫之间实现流体润滑并形成一定间隙，因为油腔深度远远大于这个间隙，故可以认为在油腔部分的液压油各点压力相同，封油边上压力向外逐渐减小直至为零，并且规律呈直线下降；
当油垫的尺寸已定，则油垫的承载能力与油腔压力关系为：
W0＝p0Ae (1)
在轴承承受倾覆力偶矩的情况下，油腔压力计算应采用以下方法；
所采用的是十二油垫双矩形腔静压支承，故在分析偏载时可将双矩形腔看成一个矩形腔，在倾覆力偶矩M的作用下，工作台转动了倾角ψ，各个油腔的压力也发生了变化；
油腔1的压力由p0下降到p1，而油腔7的压力则由p0上升到p7，以此类推，油腔2、油腔3、油腔11和油腔12的压力下降，而油腔5、油腔6、油腔8和油腔9的压力上升，油腔4和油腔10的压力认为不变，各油腔压力具体公式分别是：
Figure FDA0003808126100000011
Figure FDA0003808126100000012
p4＝p10＝p0
Figure FDA0003808126100000021
Figure FDA0003808126100000022
故各个油垫的承载能力分别为：
Figure FDA0003808126100000023
Figure FDA0003808126100000024
W4＝W10＝p0Ae
Figure FDA0003808126100000025
Figure FDA0003808126100000026
式中：
Figure FDA0003808126100000027
εM为在倾覆力偶矩M作用位移最大处的位移率，eM为变化的位移，h0为初始位移。
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