一种基于灵敏度分析的定量式静压转台优化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于灵敏度分析的定量式静压转台优化设计方法，该方法建立静压转台台面的参数化模型，根据流体力学相关理论计算转台油膜的刚度、阻尼及泵功率；使用Ansys计算转台台面各设计参数对于转台台面的综合变形、质量、及固有频率的灵敏度并找到关键设计参数。使用Matlab计算各设计参数对刚度、阻尼及泵功率的灵敏度并找到关键设计参数；使用Isight连接ansys,catia及matlab，选用粒子群算法对找出来的关键设计参数进行重点优化；通过本发明方法的优化，对于提升转台的设计速度、设计质量有重要作用。
【专利说明】一种基于灵敏度分析的定量式静压转台优化设计方法【技术领域】
[0001]本发明属于静压转台设计领域，涉及一种双圈油垫支承的定量式静压转台的优化设计方法，更具体是一种基于灵敏度分析的定量式静压转台优化设计方法，该方法首先运用灵敏度分析找出对转台各项性能影响最大的设计参数，而后对其进行有针对性的优化。
【背景技术】
[0002]静压转台(Hydrostatic Rotary Table)用有压力的流体使有相对运动的两个表面分开并借助流体静压来承载。由于运动副之间完全被油膜隔开，所以运动副间的摩擦力大大减小，同时其承载能力、运动精度与寿命却大大提高。正因为液体静压支承的诸多优点，所以它广泛的应用于重型机床并成为其关键部件之一。静压转台的各项性能对于机床的精度及加工质量都有重要的影响，找到转台的最优设计参数对于全面提升转台的性能有重要作用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于灵敏度分析的定量式静压转台优化设计方法，首先建立转台静压部分及结构部分的性能模型，之后对设计参数进行灵敏度分析找出影响最大的设计参数，最后用Isight软件对转台进行优化设计。
[0004]为实现上述目的，本发明是采用以下技术手段实现的:
[0005]1、建立静压转台台面的参数化模型，根据流体力学相关理论计算转台油膜的刚度、阻尼及泵功率；
[0006]2、使用Ansys计算转台台面各设计参数对于转台台面的综合变形、质量、及固有频率的灵敏度并找到关键设计参数。使用Matlab计算各设计参数对刚度、阻尼及泵功率的灵敏度并找到关键设计参数；
[0007]3、使用Isight连接ansys, catia及matlab,选用粒子群算法对找出来的关键设计参数进行重点优化；
[0008]本发明的特点在于基于灵敏度分析及优化理论，建立了转台台面及静压部分的优化目标函数并根据粒子群算法对转台的性能进行优化，
【发明内容】
包括三部分，在第一部分中建立静压转台优化设计的优化目标函数，在第二部分中计算各设计参数的局部灵敏度并加以分析找到最关键的设计参数；在第三部分中对关键参数进行优化设计。最后通过实例论证本发明所述方法的有效新性与可行性。
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0010]静压转台的设计参数众多它们对于静压转台性能的影响也各不相同，在进行转台的优化设计时如果对每一个设计参数都进行优化那工作量将十分巨大，需要对众多设计参数进行筛选找到对转台性能影响最明显的参数，然后有针对性的进行优化，这对于提升转台的设计速度，设计质量有重要作用。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1静压转台结构简图。
[0012]图2静压转台台面结构简图。
[0013]图3转台台面内部结构图。
[0014]图4转台台面三维模型图。
[0015]图5支承油垫结构简图。
[0016]图6预压油垫结构简图。
[0017]图7优化流程图。
[0018]图8各个设计参数的灵敏度。
【具体实施方式】
[0019]本发明实施一种双圈油垫支承的静压转台的优化设计方法，下面结合附图，对本发明的实施进行具体说明。
[0020]图1为双圈支承的静压转台台面结构简图，转台由转台台面、基座、支承油垫、预压油垫组成，转台的自重为G，各油垫均由定量泵供油其中支承油垫的供油量为Qtl，预压油垫的供油量为Qp
[0021]图2、图3、图4分别为转台台面的结构简图及三维图，图5图6为支承油垫与预压油垫的结构简图，预压油垫是环形油垫而支承油垫是圆形油垫。
[0022]步骤I目标函数的建立
[0023]1.1根据图2所示的静压转台台面结构简图绘制转台台面的三维参数化模型，完成建模后的转台如图3图4所示，其质量、固有频率以及最大设计载荷作用下的变形量。这些性能与每一个设计参数都有关系，于是性能与设计参数的关系可以写成函数如下所示:
[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表示转台台面的固有频率,mass表示转台台面的质量,deform表示转台台面在一固定位置施加固定载荷时转台的最大变形量；而a1； a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy,Dr, b都为转台台面的设计参数正如图2所示。那么转台结构部分的目标函数可写为
[0028]fl = min (freq, -mass, deform) (4)
[0029]1.2根据量纲分析将连续性方程及N-S方程简化并求解的到一维雷诺方程和流出封油边的油液的流量为:
【权利要求】
1.一种基于灵敏度分析的定量式静压转台优化设计方法，其特征在于:该静压转台由转台台面、基座、支承油垫、预压油垫组成，转台的自重为G，各油垫均由定量泵供油其中支承油垫的供油量为Qtl，预压油垫的供油量为Q1 ;该设计方法流程如下， 步骤I目标函数的建立 1.1根据静压转台台面结构简图绘制转台台面的三维参数化模型，完成建模后的转台的质量、固有频率以及最大设计载荷作用下的变形量，这些性能与每一个设计参数都有关系，于是性能与设计参数的关系可以写成函数如下所示: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表示转台台面的固有频率,mass表示转台台面的质量,deform表示转台台面在一固定位置施加固定载荷时转台的最大变形量；而％，a2, a3, a4, a5, a6, a7, Rl, Rs, Dy, Dr, b都为转台台面的设计参数，那么转台结构部分的目标函数可写为fl = min (freq, -mass, deform) (4) 1.2根据量纲分析将连续性方程及N-S方程简化并求解的到一维雷诺方程和流出封油边的油液的流量为:
【文档编号】G06F17/50GK104036079SQ201410251463
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】刘志峰, 湛承鹏, 李小燕, 罗兵, 张敬莹 申请人:北京工业大学