[发明专利]一种基于改进的粒子群算法的定量式静压转台优化设计方法

说明书

技术领域

本发明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，尤其涉及一种基于改进的粒子群算法的定量式静压转台优化设计方法，属于静压转台设计领域。

背景技术

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。

静压转台的设计参数众多需要优化的目标函数也较多较复杂，在进行转台的优化设计时如果对每一个设计参数的每一个可能取值都进行计算再从中选取最优解，那么其计算量将十分巨大，所以找到一种收敛性好搜索区间广的优化算法对于提升转台的优化设计有重要作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改进的粒子群算法的定量式静压转台优化设计方法，首先计算转台静压油膜的刚度阻尼及总功率作为优化的目标函数，之后使用改进的离子群算法快速而准确的找到转台的最优设计参数。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为及一种基于改进的粒子群算法的定量式静压转台优化设计方法，其实现过程如下，

S1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、阻尼及总功率；

S2确定粒子群的个数，优化参数的优化范围，粒子最大飞翔的速度，惯性因子参数，建立粒子群算法，算法中其中惯性因子与粒子飞翔的速度将随着局部最优解与全局最优解的改变而实时修正；

S3使用matlab编写粒子群算优化程序，计算转台的最优设计参数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

本发明的特点在于使用改进的粒子群算法对转台进行优化设计，算法中惯性因子及粒子的飞翔速度将随着局部最优解pbest和全局最优解gbest的改变而随时修正，这样可提高算法的收敛速度与优化的准确性。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，在第二部分中设置粒子群个数、粒子最大飞翔速度、惯性因子等参数；在第三部分用matlab编写优化程序计算优化解。

附图说明

图1静压转台结构简图。

图2支承油垫结构简图。

图3预压油垫结构简图。

图4优化流程图。

图5刚度与阻尼的parato图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

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。

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Q₀，预压油垫的供油量为Q₁。

图2图3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。

步骤(1)，目标函数的建立

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：

上式中r为半径，η为油液的粘度，p为油膜的压力，h为油膜厚度，t为时间所以便是上导轨面挤压油膜的挤压速度，Q(r)为流量。

1.1、支承油垫承载力计算

支承油垫的结构简图如图2所示它为圆形阶梯结构主要尺寸已在图中标明，R₁为油垫内径R₂为油垫的外径h_i为油垫的油膜厚度，则对于圆形定量补偿的油垫有边界条件：

上式中h_i为第i个油垫的油膜厚度，p_i为第i个油垫的油膜压力分布，p_0i为第i个油垫的油腔压力，Q₀为供油量。将边界条件(3)带入方程(1)和(2)可以解得各支承油垫的油腔压力p_0i和压力分布p_i(r)

进而可以得到各支承油垫的承载力F_i为：