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重型数控机床是加工大型、特大型零件的必备加工设备,是为国防军工、航空航天、船舶、能源、交通运输、冶金、工程机械等主要工业支柱产业以及国家重点工程项目服务,是关系到我国国民经济发展与综合实力的战略物资,是国家高档数控机床与基础制造装备重大专项的重要组成部分。随科技的发展,各行业对重型高档数控机床的加工精度和运行可靠性提出了更高的要求。静压转台是重型高档数控机床进给系统中关键部件,由于其高精度、高承载性、高刚度、低摩擦等特点被广泛应用于重型数控机床。静压转台的工作性能对机床整体精度有着不可忽略的影响。重载作用下,静压转台台面在压力作用下的变形不可忽略,其变形量直接影响支承油垫油膜厚度,进而对油垫的承载力和整机的加工精度产生影响。为揭示转台台面与油垫之间的流固耦合特性作用机理,本文进行了以下研究工作: (1)根据流体力学基本理论和基本控制方程,推导出了适用于偏载重载条件下油膜的雷诺方程。介绍雷诺方程求解的常用边界条件,并对各种数值离散方法进行了对比分析和研究,在此基础上确定了液体静压油垫油腔压力计算的数值计算方法。 (2)基于静压转台的刚体模型,建立静压转台的动力学模型,分析在刚体模型下静压转台的变形,及其该变形引起的静压转台性能的变化。 (3)基于弹性力学基本原理,应用圆形薄板理论对圆形薄板变形方程进行基本推导,将静压转台台面的变形与静压油垫的承载力相互耦合,建立在变形体条件下静压转台的动力学模型,即静压转台的流固耦合模型。分析考虑流固耦合条件下,静压转台的变形以及该变形对转台性能的影响。 (4)在北一五米立车上对静压转台流固耦合模型进行实验验证。应用LMSSCM05数据采集系统,采集静压转台台面在不同工况条件下的变形,与刚体模型及本文提出的流固耦合模型进行对比,得出更接近实际情况的理论。