一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法技術(shù)

一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法，本發(fā)明專利技術(shù)旨在提供一種靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法。該方法的主要特點(diǎn)是在計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的過程中充分考慮了流固耦合作用的影響。首先計(jì)算支承油墊的承載力，對(duì)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行受力分析，建立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)平衡方程。然后對(duì)于靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，基于圓形薄板基本理論，將轉(zhuǎn)臺(tái)等效成外邊緣無限大模型，計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在外力以及初始靜壓油膜支承力作用下的變形。考慮流固耦合的影響，基于有限迭代法編程計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際變形。本發(fā)明專利技術(shù)考慮了靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)和液體靜壓支承油墊的相互作用，即流固耦合作用的影響，求解出了在重載作用下液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的變形。

A method for calculating the deformation of hydrostatic turntable considering the influence of fluid structure interaction

The invention relates to a method for calculating the deformation of a static pressure rotating table taking into account the influence of fluid structure interaction. The main feature of the method is that the effects of fluid structure interaction are taken into account in the calculation of the deformation of the hydrostatic turntable. Firstly, the bearing capacity of the supporting oil cushion is calculated, and the force analysis of the static pressure turntable is carried out, and the balance equation of the hydrostatic turntable is established. Then, for the hydrostatic turntable, based on the basic theory of the circular plate, the rotating platform is equivalent to the outer edge infinite model. The deformation of the hydrostatic turntable under external force and the initial hydrostatic oil film supporting force is calculated. Considering the influence of fluid structure coupling, the actual deformation of the turntable is calculated by the finite iteration method. The invention considers the interaction between the hydrostatic turntable and the hydrostatic supporting oil pad, namely the influence of fluid solid coupling operation, and solves the deformation of the hydrostatic turntable under heavy load.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法
本專利技術(shù)屬于靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域，涉及一種考慮流固耦合影響的重型機(jī)床靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法，特別是一種基于圓形薄板理論的考慮流固耦合的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)(HydrostaticRotaryTable)是重型高檔數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵配件，重型靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在承載重型工件時(shí)，由于轉(zhuǎn)臺(tái)自身剛度的制約，轉(zhuǎn)臺(tái)自身將發(fā)生彈性變形。由于靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)由多個(gè)油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌間形成的油膜支承，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致油墊處轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌變形增加，將直接影響靜壓油膜流態(tài)及其承載能力。因此，準(zhǔn)確計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的變形能夠更精確的研究靜壓油墊的支撐性能以及靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力。以往對(duì)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的研究更多的是將靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)和靜壓油膜支承分別考慮。本專利技術(shù)基于圓形薄板理論，將靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)和靜壓油膜支承綜合考率，即考慮流固耦合作用的影響計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的變形。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)旨在提供一種靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法。該方法的主要特點(diǎn)是在計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的過程中充分考慮了流固耦合作用的影響。本專利技術(shù)是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：1、計(jì)算支承油墊的承載力，對(duì)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行受力分析，建立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)平衡方程。2、對(duì)于靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，基于圓形薄板基本理論，將轉(zhuǎn)臺(tái)等效成外邊緣無限大模型，計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在外力以及初始靜壓油膜支承力作用下的變形。3、考慮流固耦合的影響，基于有限迭代法編程計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際變形。本專利技術(shù)的特點(diǎn)在于考慮了靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)和液體靜壓支承油墊的相互作用，即流固耦合作用的影響，求解出了在重載作用下液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的變形。下面將結(jié)合附圖更清晰的闡明本專利技術(shù)的方法及實(shí)施例。附圖說明圖1靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)受力圖圖2靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)受力示意圖圖3受單位載荷的平面薄板的彈性變形圖4靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形求解計(jì)算流程圖具體實(shí)施方式本專利技術(shù)實(shí)施一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法，下面結(jié)合附圖，對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施進(jìn)行具體說明。圖1為轉(zhuǎn)臺(tái)受力簡(jiǎn)圖，轉(zhuǎn)臺(tái)的半徑為Rt，F(xiàn)w為偏心外載，它離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為B，θx為靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在偏心載荷力作用下對(duì)x軸的傾角。第一步，計(jì)算支承油墊的承載力，建立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的平衡方程圖2為轉(zhuǎn)臺(tái)受力簡(jiǎn)圖，轉(zhuǎn)臺(tái)的半徑為RT，F(xiàn)w為外載，它與x軸的正向的夾角為它離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為B，θx為靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在偏心載荷力作用下對(duì)x軸的傾角。本方法所涉及的重型靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，包含內(nèi)外兩圈導(dǎo)軌，對(duì)于內(nèi)圈支承油墊，其支撐力分別為F1,j，j＝1～8，油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)中心的連線和受力點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺(tái)中心連線的夾角分別為對(duì)于外圈支承油墊，其支撐力分別為F2,j，j＝1～16，內(nèi)、外圈支承油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)中心的連線和受力點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺(tái)中心連線的夾角分別為則各支承油墊的油膜厚度分別為內(nèi)圈：外圈：上式中，內(nèi)圈油墊中心到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為R1，外圈油墊中心到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為R2。取支承油墊與預(yù)緊油墊的初始油膜厚度為ht0和hu0，設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)沿Z向的位移為hz，轉(zhuǎn)臺(tái)沿x方向的傾角分別為θx。其中，j為油墊編號(hào)，本方法針對(duì)的是有兩圈支撐油墊的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，內(nèi)外圈有點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為8個(gè)和16個(gè)。因此，式(1)中j的范圍是1-8，式(2)中j的取值范圍是1-16。預(yù)緊油墊處的油膜厚度hu，由于預(yù)緊油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌尺寸相比較小，忽略其傾斜因素，取油墊中心處的油膜厚度計(jì)算為hu＝hu0-hz(3)由經(jīng)典靜壓潤(rùn)滑理論，支承油墊油腔壓力預(yù)緊油墊油腔壓力以上兩式中，R、r分別代表油墊的內(nèi)外徑，Q為靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的液壓油流量，μ為液壓油的動(dòng)力粘度，h為液壓油膜的厚度；r1、r2分別為預(yù)緊油墊內(nèi)圈油墊的內(nèi)、外徑，r3、r4分別為預(yù)緊油墊外圈油墊的內(nèi)、外徑。內(nèi)圈第j個(gè)油墊的承載力：外圈第j個(gè)油墊的承載力：預(yù)緊油墊的承載力為式中，Ae為油墊的有效承載面積。得到靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的力與力矩平衡方程為：∑Fz＝0∑My＝0以上式(9)、(10)中，M表示靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量，g表示重力常數(shù)，F(xiàn)w為偏心外載，B為外載距轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離。聯(lián)立以上各式即可得到靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)沿Z向的位移hz及轉(zhuǎn)臺(tái)沿x方向的傾角θx。第二步，基于圓形薄板基本理論，計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的彈性變形將靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)等效成圓形薄板理論中平面無限大且四周固定的情況，圖3為受單位載荷作用下的平面圓形壁板變形圖。由經(jīng)典板殼理論，應(yīng)用功的互等定理得到圓形薄板的撓度為：上式中，w1是靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的撓度，b是外載荷距離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離，a是圓形薄板的半徑，ρ是外力作用點(diǎn)距離圓形薄板中心的距離，R′0，R0,Rm分別為微分方程的解，θ為外力作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺(tái)中心連線之間的夾角，為圓形薄板的變形偏轉(zhuǎn)角。第三步，考慮流固耦合的影響，編程計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際變形。實(shí)際變形的過程如下：確定單油墊的基本參數(shù)和基本解的基本參數(shù)；步驟3.1、初始化，定義靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)及流量基本參數(shù)。預(yù)先假定導(dǎo)軌彈性變形步驟3.2、跟據(jù)力學(xué)分析，計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)沿x方向的傾角分別為θx，并計(jì)算出各支承點(diǎn)的油膜反力；步驟3.3、根據(jù)3.2求出的各點(diǎn)油膜支承反力，結(jié)合彈性變形基本解，計(jì)算出導(dǎo)軌處的彈性變形；步驟3.4、根據(jù)計(jì)算出的彈性變形和經(jīng)典雷諾方程，聯(lián)立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)平衡方程，修正各點(diǎn)的支承油膜反力；步驟3.5、檢驗(yàn)偏載力是否滿足容差，否則迭代步驟3.2-3.4；步驟3.6、計(jì)算結(jié)束，得到靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)考慮彈性實(shí)際變形的分析結(jié)果。其計(jì)算流程圖如圖4所示。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法，其特征在于：S1計(jì)算支承油墊的承載力，對(duì)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行受力分析，建立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)平衡方程；S2對(duì)于靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，基于圓形薄板基本理論，將轉(zhuǎn)臺(tái)等效成外邊緣無限大模型，計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在外力以及初始靜壓油膜支承力作用下的變形；S3考慮流固耦合的影響，基于有限迭代法編程計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際變形。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法，其特征在于：S1計(jì)算支承油墊的承載力，對(duì)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行受力分析，建立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)平衡方程；S2對(duì)于靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，基于圓形薄板基本理論，將轉(zhuǎn)臺(tái)等效成外邊緣無限大模型，計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在外力以及初始靜壓油膜支承力作用下的變形；S3考慮流固耦合的影響，基于有限迭代法編程計(jì)算靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際變形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮流固耦合影響的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)變形的計(jì)算方法，其特征在于：轉(zhuǎn)臺(tái)的半徑為Rt，F(xiàn)w為偏心外載，它離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為B，θx為靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在偏心載荷力作用下對(duì)x軸的傾角；第一步，計(jì)算支承油墊的承載力，建立靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的平衡方程轉(zhuǎn)臺(tái)的半徑為RT，F(xiàn)w為外載，它與x軸的正向的夾角為它離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為B，θx為靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在偏心載荷力作用下對(duì)x軸的傾角；本方法所涉及的重型靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，包含內(nèi)外兩圈導(dǎo)軌，對(duì)于內(nèi)圈支承油墊，其支撐力分別為F1,j，j＝1～8，油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)中心的連線和受力點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺(tái)中心連線的夾角分別為j＝1～8，對(duì)于外圈支承油墊，其支撐力分別為F2,j，j＝1～16，內(nèi)、外圈支承油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)中心的連線和受力點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺(tái)中心連線的夾角分別為j＝1～16；則各支承油墊的油膜厚度分別為內(nèi)圈：外圈：上式中，內(nèi)圈油墊中心到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為R1，外圈油墊中心到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離為R2；取支承油墊與預(yù)緊油墊的初始油膜厚度為ht0和hu0，設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)沿Z向的位移為hz，轉(zhuǎn)臺(tái)沿x方向的傾角分別為θx；其中，j為油墊編號(hào)，本方法針對(duì)的是有兩圈支撐油墊的靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，內(nèi)外圈有點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為8個(gè)和16個(gè)；因此，式(1)中j的范圍是1-8，式(2)中j的取值范圍是1-16；預(yù)緊油墊處的油膜厚度hu，由于預(yù)緊油墊與轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌尺寸相比較小，忽略其傾斜因素，取油墊中心處的油膜厚度計(jì)算為hu＝hu0-hz(3)由經(jīng)典靜壓潤(rùn)滑理論，支承油墊油腔壓力預(yù)緊油墊油腔壓力以上兩式中，R、r分別代表油墊的內(nèi)外徑，Q為靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的液壓油流量，μ為液壓油的動(dòng)力粘度，h為液壓油膜的厚度；r1、r2分別為預(yù)緊油墊內(nèi)圈油墊的內(nèi)、外徑，r3、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙永勝，余維哲，趙開瑞，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11