[發明專利]一種基于改進的粒子群算法的定量式靜壓轉臺優化設計方法

有效

• 申請號: 201410302534.X
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104091004B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 劉志峰;張濤;湛承鵬;李小燕
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種雙圈油墊支承的定量式靜壓轉臺的優化設計方法，尤其涉及一種基于改進的粒子群算法的定量式靜壓轉臺優化設計方法，屬于靜壓轉臺設計領域。

背景技術

靜壓轉臺(Hydrostatic Rotary Table)用有壓力的流體使有相對運動的兩個表面分開并借助流體靜壓來承載。由于運動副之間完全被油膜隔開，所以運動副間的摩擦力大大減小，同時其承載能力、運動精度與壽命卻大大提高。正因為液體靜壓支承的諸多優點，所以它廣泛的應用于重型機床并成為其關鍵部件之一。靜壓轉臺的各項性能對于機床的精度及加工質量都有重要的影響，找到轉臺的最優設計參數對于全面提升轉臺的性能有重要作用。

靜壓轉臺的設計參數眾多需要優化的目標函數也較多較復雜，在進行轉臺的優化設計時如果對每一個設計參數的每一個可能取值都進行計算再從中選取最優解，那么其計算量將十分巨大，所以找到一種收斂性好搜索區間廣的優化算法對于提升轉臺的優化設計有重要作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于改進的粒子群算法的定量式靜壓轉臺優化設計方法，首先計算轉臺靜壓油膜的剛度阻尼及總功率作為優化的目標函數，之后使用改進的離子群算法快速而準確的找到轉臺的最優設計參數。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為及一種基于改進的粒子群算法的定量式靜壓轉臺優化設計方法，其實現過程如下，

S1建立靜壓轉臺臺面的參數化模型，根據流體力學相關理論計算轉臺油膜的剛度、阻尼及總功率；

S2確定粒子群的個數，優化參數的優化范圍，粒子最大飛翔的速度，慣性因子參數，建立粒子群算法，算法中其中慣性因子與粒子飛翔的速度將隨著局部最優解與全局最優解的改變而實時修正；

S3使用matlab編寫粒子群算優化程序，計算轉臺的最優設計參數。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果。

本發明的特點在于使用改進的粒子群算法對轉臺進行優化設計，算法中慣性因子及粒子的飛翔速度將隨著局部最優解pbest和全局最優解gbest的改變而隨時修正，這樣可提高算法的收斂速度與優化的準確性。發明內容包括三部分，在第一部分中建立靜壓轉臺優化設計的優化目標函數，在第二部分中設置粒子群個數、粒子最大飛翔速度、慣性因子等參數；在第三部分用matlab編寫優化程序計算優化解。

附圖說明

圖1靜壓轉臺結構簡圖。

圖2支承油墊結構簡圖。

圖3預壓油墊結構簡圖。

圖4優化流程圖。

圖5剛度與阻尼的parato圖。

具體實施方式

以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

本發明實施一種雙圈油墊支承的靜壓轉臺的優化設計方法，下面結合附圖，對本發明的實施進行具體說明。

圖1為雙圈支承的靜壓轉臺臺面結構簡圖，轉臺由轉臺臺面，基座，支承油墊，預壓油墊組成，轉臺的自重為G，各油墊均由定量泵供油其中支承油墊的供油量為Q₀，預壓油墊的供油量為Q₁。

圖2圖3為支承油墊與預壓油墊的結構簡圖，預壓油墊是環形油墊而支承油墊是圓形油墊。

步驟(1)，目標函數的建立

根據量綱分析將連續性方程及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：

上式中r為半徑，η為油液的粘度，p為油膜的壓力，h為油膜厚度，t為時間所以便是上導軌面擠壓油膜的擠壓速度，Q(r)為流量。

1.1、支承油墊承載力計算

支承油墊的結構簡圖如圖2所示它為圓形階梯結構主要尺寸已在圖中標明，R₁為油墊內徑R₂為油墊的外徑h_i為油墊的油膜厚度，則對于圓形定量補償的油墊有邊界條件：

上式中h_i為第i個油墊的油膜厚度，p_i為第i個油墊的油膜壓力分布，p_0i為第i個油墊的油腔壓力，Q₀為供油量。將邊界條件(3)帶入方程(1)和(2)可以解得各支承油墊的油腔壓力p_0i和壓力分布p_i(r)

進而可以得到各支承油墊的承載力F_i為：