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大型精密重载静压工作台关键部件结构优化

张斌  
【摘要】:为了满足高精、重载的加工要求,静压回转工作台的应用越来越广泛。提高静压回转工作台的刚性、回转精度、加工效率以及承载能力,对制造业有着巨大意义。本文通过对工作台的油垫、传动机构、台面等关键零部件以及静压供油系统进行优化研究,以提高工作台的加工精度。以扇形油垫为研究对象,对其进行静力学分析,得到油垫最大变形量远小于油膜厚度设计值;对其进行流场分析,发现油腔内有明显的涡流产生,严重影响油膜的承载能力。进而改变油腔的深度、形状,对比分析流场特性,发现狭窄油腔能明显减小涡流的产生,基于这一理论,将油垫的原扇形油腔改为日字形油腔,减少了涡流的产生,提高了油膜的承载能力。探讨静压工作台定量式供油和定压式供油的优缺点,设计出一种改进的恒流静压供油系统,以满足在不同载荷下,始终保持油膜厚度恒定的设计要求。通过对比分析回转工作台不同的传动机构,为减小传动链长度,提高传动精度,设计了使用蜗轮蜗杆的传动机构。针对蜗轮蜗杆副存在侧隙的情况,设计出一种消隙阻尼可自适应调整的双蜗轮蜗杆传动消隙机构,以保证回转工作台在工作时的平稳性和高精度。针对现有的工作台台面,对其进行静、动态特性分析,得到其承载能力和动态性能。基于工作台台面的静动态性能情况,以减轻其质量为目标函数,对其进行结构优化,优化后的结构满足工作时所需的动、静刚度要求,质量减轻3.8%。在宜昌长机科技组装车间,在已装配好的工作台上,利用试验模态分析装置,对优化后的工作台台面进行试验模态分析,将实验所得结果与仿真结果进行对比分析,证明采用有限元仿真的方法进行结构优化设计是可行的,模型的精度合理。


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