一種基于靈敏度分析的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于靈敏度分析的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計方法，該方法建立靜壓轉(zhuǎn)臺臺面的參數(shù)化模型，根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論計算轉(zhuǎn)臺油膜的剛度、阻尼及泵功率；使用Ansys計算轉(zhuǎn)臺臺面各設(shè)計參數(shù)對于轉(zhuǎn)臺臺面的綜合變形、質(zhì)量、及固有頻率的靈敏度并找到關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。使用Matlab計算各設(shè)計參數(shù)對剛度、阻尼及泵功率的靈敏度并找到關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)；使用Isight連接ansys,catia及matlab，選用粒子群算法對找出來的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化；通過本發(fā)明方法的優(yōu)化，對于提升轉(zhuǎn)臺的設(shè)計速度、設(shè)計質(zhì)量有重要作用。
【專利說明】一種基于靈敏度分析的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靜壓轉(zhuǎn)臺設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種雙圈油墊支承的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺的優(yōu)化設(shè)計方法，更具體是一種基于靈敏度分析的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計方法，該方法首先運(yùn)用靈敏度分析找出對轉(zhuǎn)臺各項(xiàng)性能影響最大的設(shè)計參數(shù)，而后對其進(jìn)行有針對性的優(yōu)化。
【背景技術(shù)】
[0002]靜壓轉(zhuǎn)臺(Hydrostatic Rotary Table)用有壓力的流體使有相對運(yùn)動的兩個表面分開并借助流體靜壓來承載。由于運(yùn)動副之間完全被油膜隔開，所以運(yùn)動副間的摩擦力大大減小，同時其承載能力、運(yùn)動精度與壽命卻大大提高。正因?yàn)橐后w靜壓支承的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以它廣泛的應(yīng)用于重型機(jī)床并成為其關(guān)鍵部件之一。靜壓轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)性能對于機(jī)床的精度及加工質(zhì)量都有重要的影響，找到轉(zhuǎn)臺的最優(yōu)設(shè)計參數(shù)對于全面提升轉(zhuǎn)臺的性能有重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于靈敏度分析的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計方法，首先建立轉(zhuǎn)臺靜壓部分及結(jié)構(gòu)部分的性能模型，之后對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析找出影響最大的設(shè)計參數(shù)，最后用Isight軟件對轉(zhuǎn)臺進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的:
[0005]1、建立靜壓轉(zhuǎn)臺臺面的參數(shù)化模型，根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論計算轉(zhuǎn)臺油膜的剛度、阻尼及泵功率；
[0006]2、使用Ansys計算轉(zhuǎn)臺臺面各設(shè)計參數(shù)對于轉(zhuǎn)臺臺面的綜合變形、質(zhì)量、及固有頻率的靈敏度并找到關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。使用Matlab計算各設(shè)計參數(shù)對剛度、阻尼及泵功率的靈敏度并找到關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)；
[0007]3、使用Isight連接ansys, catia及matlab,選用粒子群算法對找出來的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化；
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)在于基于靈敏度分析及優(yōu)化理論，建立了轉(zhuǎn)臺臺面及靜壓部分的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)并根據(jù)粒子群算法對轉(zhuǎn)臺的性能進(jìn)行優(yōu)化，
【發(fā)明內(nèi)容】
包括三部分，在第一部分中建立靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，在第二部分中計算各設(shè)計參數(shù)的局部靈敏度并加以分析找到最關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)；在第三部分中對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。最后通過實(shí)例論證本發(fā)明所述方法的有效新性與可行性。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0010]靜壓轉(zhuǎn)臺的設(shè)計參數(shù)眾多它們對于靜壓轉(zhuǎn)臺性能的影響也各不相同，在進(jìn)行轉(zhuǎn)臺的優(yōu)化設(shè)計時如果對每一個設(shè)計參數(shù)都進(jìn)行優(yōu)化那工作量將十分巨大，需要對眾多設(shè)計參數(shù)進(jìn)行篩選找到對轉(zhuǎn)臺性能影響最明顯的參數(shù)，然后有針對性的進(jìn)行優(yōu)化，這對于提升轉(zhuǎn)臺的設(shè)計速度，設(shè)計質(zhì)量有重要作用。【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1靜壓轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡圖。
[0012]圖2靜壓轉(zhuǎn)臺臺面結(jié)構(gòu)簡圖。
[0013]圖3轉(zhuǎn)臺臺面內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖4轉(zhuǎn)臺臺面三維模型圖。
[0015]圖5支承油墊結(jié)構(gòu)簡圖。
[0016]圖6預(yù)壓油墊結(jié)構(gòu)簡圖。
[0017]圖7優(yōu)化流程圖。
[0018]圖8各個設(shè)計參數(shù)的靈敏度。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明實(shí)施一種雙圈油墊支承的靜壓轉(zhuǎn)臺的優(yōu)化設(shè)計方法，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行具體說明。
[0020]圖1為雙圈支承的靜壓轉(zhuǎn)臺臺面結(jié)構(gòu)簡圖，轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)臺臺面、基座、支承油墊、預(yù)壓油墊組成，轉(zhuǎn)臺的自重為G，各油墊均由定量泵供油其中支承油墊的供油量為Qtl，預(yù)壓油墊的供油量為Qp
[0021]圖2、圖3、圖4分別為轉(zhuǎn)臺臺面的結(jié)構(gòu)簡圖及三維圖，圖5圖6為支承油墊與預(yù)壓油墊的結(jié)構(gòu)簡圖，預(yù)壓油墊是環(huán)形油墊而支承油墊是圓形油墊。
[0022]步驟I目標(biāo)函數(shù)的建立
[0023]1.1根據(jù)圖2所示的靜壓轉(zhuǎn)臺臺面結(jié)構(gòu)簡圖繪制轉(zhuǎn)臺臺面的三維參數(shù)化模型，完成建模后的轉(zhuǎn)臺如圖3圖4所示，其質(zhì)量、固有頻率以及最大設(shè)計載荷作用下的變形量。這些性能與每一個設(shè)計參數(shù)都有關(guān)系，于是性能與設(shè)計參數(shù)的關(guān)系可以寫成函數(shù)如下所示:
[0024]freq = fr (a1； a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b)⑴
[0025]mass =a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b) (2)
[0026]deform =a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b) (3)
[0027]上式中freq表示轉(zhuǎn)臺臺面的固有頻率,mass表示轉(zhuǎn)臺臺面的質(zhì)量,deform表示轉(zhuǎn)臺臺面在一固定位置施加固定載荷時轉(zhuǎn)臺的最大變形量；而a1； a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy,Dr, b都為轉(zhuǎn)臺臺面的設(shè)計參數(shù)正如圖2所示。那么轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)部分的目標(biāo)函數(shù)可寫為
[0028]fl = min (freq, -mass, deform) (4)
[0029]1.2根據(jù)量綱分析將連續(xù)性方程及N-S方程簡化并求解的到一維雷諾方程和流出封油邊的油液的流量為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于靈敏度分析的定量式靜壓轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:該靜壓轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)臺臺面、基座、支承油墊、預(yù)壓油墊組成，轉(zhuǎn)臺的自重為G，各油墊均由定量泵供油其中支承油墊的供油量為Qtl，預(yù)壓油墊的供油量為Q1 ;該設(shè)計方法流程如下， 步驟I目標(biāo)函數(shù)的建立 1.1根據(jù)靜壓轉(zhuǎn)臺臺面結(jié)構(gòu)簡圖繪制轉(zhuǎn)臺臺面的三維參數(shù)化模型，完成建模后的轉(zhuǎn)臺的質(zhì)量、固有頻率以及最大設(shè)計載荷作用下的變形量，這些性能與每一個設(shè)計參數(shù)都有關(guān)系，于是性能與設(shè)計參數(shù)的關(guān)系可以寫成函數(shù)如下所示:freq = fr (av a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b) (I)mass = fm (a” a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b) (2)deform = fd (a1； a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b) (3) 上式中freq表示轉(zhuǎn)臺臺面的固有頻率,mass表示轉(zhuǎn)臺臺面的質(zhì)量,deform表示轉(zhuǎn)臺臺面在一固定位置施加固定載荷時轉(zhuǎn)臺的最大變形量；而％，a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b都為轉(zhuǎn)臺臺面的設(shè)計參數(shù)，那么轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)部分的目標(biāo)函數(shù)可寫為fl = min (freq, -mass, deform) (4) 1.2根據(jù)量綱分析將連續(xù)性方程及N-S方程簡化并求解的到一維雷諾方程和流出封油邊的油液的流量為:
【文檔編號】G06F17/50GK104036079SQ201410251463
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】劉志峰, 湛承鵬, 李小燕, 羅兵, 張敬瑩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)