《新概念大型精密動靜壓轉台運動平穩性分析與參數最佳化》是依託山東大學，由馬金奎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新概念大型精密動靜壓轉台運動平穩性分析與參數最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬金奎
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對大型精密轉台存在著低速爬行和散熱困難等關鍵難題，提出了“差動”轉台和螺旋分流的設計概念；前者通過差動盤設計，使轉台始終在動面上啟動和運行，消除了“靜、動摩擦之差”這一造成運動不穩定的根本因素；可顯著提高轉台的運動平穩性；後者通過獨特的螺旋油楔設計，顯著提高泄油量，並實現冷、熱油的分流，避免重複加熱，可顯著降低溫升。.本項目開展新概念轉台的基礎理論與試驗研究。首先，根據靜壓抬起，動壓工作的思路，研究靜壓油腔與螺旋動壓油楔的合理設計，建立結構、供油與運動參數描述模型；接著，研究螺旋油楔的差動潤滑機理；建立潤滑油速度、壓力和流線分布數學模型；研究承載、分流和溫度特性；然後，建立轉台運動平穩性模型，研究低速平穩性；最後，研究動靜壓油楔/腔的形狀、布局及參數等對轉台性能的影響規律。進行多目標最佳化，尋求最佳參數。.本項目的完成，可為提高大型精密轉台的分度、定位精度和低速運轉平穩性開闢新的途徑。
結題摘要
提出了動靜壓“差動”轉台和螺旋分流的設計概念，使轉台在流動的油膜上啟動和運行，消除了“靜、動摩擦之差”，可顯著提高轉台的低速運動平穩性。研究螺旋油楔分流特性和參數最佳化，降低轉台溫升，提高其承載能力。完成的主要工作如下：⑴、構建新型動靜壓差動轉台，研究油膜力及動靜特性的建模分析構建動靜壓差動轉台，配置測試感測器，組建了測試系統，對油膜壓力、油膜厚度及轉台運動平穩性信號進行了實驗研究。建立了油膜力及動靜特性的計算模型，並與實驗數據進行了比較，驗證了計算模型的正確性。⑵、轉台運動平穩性理論分析與試驗研究建立了轉台的軸向運動計算模型，研究轉速、供油壓力、不同外載荷對轉台的動靜態特性及軸向運動的影響規律。對轉台的低速周向運動平穩性進行了實驗研究。在多種工況下，研究中盤轉與不轉對轉台低速運動平穩性的影響規律。實驗結果表明，新型轉台的差動原理能夠有效的減小動靜摩擦力之差，提高運動平穩性。⑶、螺旋油楔承載與分流特性研究建立了靜壓腔/螺旋油楔的CFD計算模型，研究了不同轉速、膜厚及供油壓力對油膜壓力分布、溫度分布及流量的影響規律。研究螺旋油楔的分流特性，以降低轉台的溫升。分析了螺旋油楔數量、螺旋角大小及螺旋油楔半徑等參數，對油膜速度場、流量和溫升的影響規律。⑷、轉台熱特性分析建立中盤的有限元模型，根據熱力耦合理論，研究中盤的熱力變形，分析了轉速、膜厚對中盤熱力變形影響規律，為轉台的結構改進提供理論指導。⑸、螺旋動壓油楔參數最佳化建立螺旋動壓油楔最佳化模型，以承載力為目標，最小溫升為約束條件，使用遺傳算法對油楔參數進行最佳化，得到了最優解。提出了一種變螺旋角的油楔模型，將固定的螺旋角變為隨半徑變化的螺旋角，得到邊界輪廓可以變化的螺旋油楔最佳化方案。提出了新的自由邊界油楔最佳化方案。油楔表面在各個方向無約束限制，並用光滑的樣條曲線表達其輪廓，得到了承載能力更高的形狀近似為“蘋果形”的油楔表面形貌。本項目提出的新型差動轉台結構原理和取得的研究成果對提高大型精密轉台的運動平穩性具有重要意義。
