液体静压油膜-转台系统的模态分析及参数影响

　　数控机床和装备的性能取决于其关键部件的性能． 液体静压支承系统是数控机床的主要部件，是借助于输入支承工作面间的液体静压力来支承载荷的滑动支承，它在纯液体润滑条件下工作，具有速度范围宽、承载能力大、运动精度高、抗振性能好、使用寿命长等优点，其性能优劣直接影响数控设备的加工质量和运行效率． 目前关于液体静压支承系统的相关研究主要集中在油腔形状、尺寸、位置、温度及热变形对液体静压轴承系统工作性能的影响［1-7］以及膜厚度控制方案等方面［8-12］． 对于液体静压支承系统动力学的研究主要集中在液体静压轴承中非线性油膜力的分析与计算方面，如杨金福等［13-15］采用解析法建立了非线性油膜力模型，求解了非线性油膜力的表达式．

　　在液体静压导轨中，对于液体静压油膜－转台系统的研究较为少见，特别是对于液体静压油膜－转台系统的动力学研究则更少［16］． 本文根据实际工程状况，建立了液体静压油膜－转台系统的有限元模型，对系统进行了模态分析，研究了系统参数对系统振动频率的影响，同时利用响应面方法得到了系统参数与振动频率之间的显式函数关系． 本文的研究对于提高工件的加工精度和加工质量，进一步研究液体静压支承系统的整体动力学特性，具有一定的理论意义和应用价值．

　　1 液体静压油膜－转台系统模型的建立

　　1. 1 油腔数目的选取

　　实际工程中，液体静压油膜－转台系统中油腔个数一般为偶数． 同时，为了保证系统工作的稳定性，油腔的分布会按照单排均匀分布或者双排均匀分布，而油腔个数则根据系统的尺寸大小而确定． 在本文的研究中，分别建立了油腔个数为4、6、8 和16 四种情况下的单排均匀分布油腔系统的有限元模型，研究了不同油腔个数情况下系统的工作性能．

　　1. 2 油膜承载力的简化

　　在液体静压油膜－转台系统中，设供油压强为Ps，油腔内的压强为 Pr，油腔内径为 r1，封油边外径为 r2，油膜厚度为 h，单个油腔的有效承载能力为［17］

　　液体静压油膜－转台系统中，油膜的作用不仅是支承工作转台，减小摩擦，同时它还能起到减震的作用． 在分析液体静压油膜－转台系统力学性能的过程中，只研究了对加工工件质量影响较大的垂直于振动的影响． 于是，在垂直于转台方向上，将每个油腔的油膜力简化为一个弹簧加载在系统上，计算油膜力对系统的影响． 对应于不同形式、不同大小的油腔，随着供油压强 Ps等条件的改变，油膜刚度及油膜支承力随之发生改变，反映到液体静压油膜－转台系统有限元模型中，就是弹簧刚度及弹簧支承力的改变．