第10期 2017年10月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)10000606
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2017.10. 002
新型动静压转台承载特性分析及结构改进
刘云鹏，马金奎，陈淑江，路长厚
（山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南250061）
No.10 Oct.2017
摘要：提出了一种新型动静压转台的设计概念，油腔结构包括扇形静压油腔和螺旋油模动压油腔，这种转台可用于重型车床、大齿轮加工机床等重型、大型精密机械。综合考虑雷诺方程和流量连续性方程，采用有限元法对螺旋油模的油膜压力分布进行了计算，建立了转台承载特性计算模型。在分析过程中发现当转台负载较大油膜厚度较小时存在静压腔进入的流量小于动压油模泄漏量的问题，针对该问题对静压腔结构进行了改进，并计算了一定工作条件下静压腔封油面与动压油模封油面高度差的临界值，高度差大于该临界值时可以解决动压油模供油不足的问题，研究了该临界值随转速
变化的规律，为该种结构转台的设计提供了参考。关键词：动静压转台；推力轴承；承载特性；有限元法
中图分类号：TH137;TG65
文献标识码：A
The Analysis of New-type Hybrid Rotary Table's Carrying-capacity
Characteristics and Structure Improvement
LIU Yun-peng, MA Jin-kui, CHEN Shu-jiang, LU Chang-hou
(Key Laboratory of High-efficiency and Clean Mechanical Manufacture, School of Mechanical Engineering, Shangdong University, Jinan 250061, China)
Abstract: A new concept of hydrodynamic-static hybrid rotary table is proposed in this paper including fan-shaped oil recess and spiral oil wedge. This type of rotary table can be applied on large-scale precision ma-chine such as heavy-duty lathe and large gear processing machine tool. The oil' s pressure on the spiral oil wedge is calculated using the finite element method Considering Renolds equation and flow continuity equa tion, the mathematical modeling of rotary table's carrying capacity is established. It is discovered that the flow rate of oil recess is smaller than that of spiral oil wedge when the load is huge. In order to solve the problem the structure of oil recess is improved. The critical value of height difference between the oil seal surface of oil recess and spiral oil wedge is calculated. When the height difference is greater than the critical value the problem can be solved. The influence of rotating speed on the critical value is also researched, which could provide a reference for the design of this kind of rotary table.
Key words : hydrodynamic-static hybrid rotary table ; thrust bearing ;carrying capacity ; finite element method
0引言
大型精密回转工作台，既是精密数控机床的关键部件，又是科学研究的重要仪器设备。目前装备制造业中应用的大型转台主要是以静压转台为主。于晓东"以静压支承盘为研究对象，采用有限体积法，数值模拟了恒流和恒转速情况下圆形油腔和扇形油腔的腔面积和腔深对摩擦副力学性能和油膜的压力场、流场和温度场的影响规律。孙学费研究了液体静压对置式油垫承载能力和刚度的计算及优化，发现采用对置式油垫承载能力下降，但刚性增大。Zhang(3]对多油垫液体静压推力轴承支撑特性进行了仿真与实验研究。研究对象是定量式供油有回油槽的扇形油腔重型静
收稿日期：2016-11-21
*基金项目：国家自然科学基金项目（51575318）
压推力轴承，利用FLUENT软件，采用有限体积法模拟广在变粘度条件下油腔压力随转速增加的分布情况， SatishC.Sharma[4]对具有不同油腔形状的圆形静压推力轴承的动静特性进行了理论分析，发现油腔的形式不同，轴承的性能不同。
目前静压转台的的结构还是局限于传统的结构形式，对其研究也多局限于局部结构的分析、优化与改进，没有突破传统结构的限制。对转台来讲，润滑原理与滑动轴承相同，可以借鉴动、静压混合滑动轴承的技术思路，将动、静压有机的结合起来，使转台既有静压油腔又包含动压油楔，充分发挥动、静压各自的特点，因此，本课题提出了一种新型动静压转台[5的设计概念，本文对该种转台的承载特性建模过程进行了分析，
作者简分数据991一），男，山东日照人，山东大学硕士研究生，研究方向为滑动轴承结构设计与性能分析，（E-mail)ypliusdu@163.com；通
氙作署：路长厚(1960—），男，山东泰安人，山东大学教授，博士，研究方向为机电系统检测、诊断与控制，（E-mail)luchh@sdu.edu.en。