中国力学学会流体控制工程专业羹员会
‘机床与液压）∞∞．增刊，加全目流体动力与机电控捌工程及制造技术学术会议论文集·７５·
丁叙生
（南昌航空工业学院，３３００３４）
擒耍：本文彳ｒ绍以总功耗最小为目标函数，以主轴系统喇度为主要约束条件的液体静压轴承的优化设计方法，与普通设计方法相比，优化设计能使静压轴承总功耗大幅度降低。 ：优化设计。
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１前育一般公认液体静压轴承的优化设计是指：在保证一定的承载能力或刚度的条件下，使整个静压支承系统的功耗为最小或尽可能小“】。这种最佳化设计，不仅可以节省能潭．更重要的是发热量小，且可带来一系列优点。然而，影响液体静压轴承承载能力、刚度、功耗的参数有：供油压力仇、轴承直径Ｄ、轴承长度Ｌ油腔张角之半岛、轴向封油边长度６、轴承问隙ｋ、油液动力粘度掣等多个参数。在优化设计中，如何建立目标函数？如何确定约束条件Ｐ目前尚少见该方面的资料。资料【２】以最大系统刚度为目标，求取了二种结构静压轴承的长径比值Ｋ，并对三种不同的长径比值ｆ置＝１．ＳＸ＝０．８、最大系统刚度时的长径比Ｊ时的系统刚度与功耗之比值∥＿Ⅳ进行比较，提出采用小值长径比值的建议，以有利于减少功耗与发热。而在多参数综合影响下如何进行优化设计，也未进行研究。本文对小孔节流和毛细管节流形式的有周向回油槽的静压轴承进行优化设计，优化设计结果表明：在相同系统刚度条件下，经优化设计后的静压轴承其总功耗将减少２９．６％一５２．３％，这是很可观的数量，值得重视。２优化设计变量、目标函数、约束条件的确定本文以双支承外伸端受力尾端卸荷的中小型磨床为例，见图。采用小孔和毛细管两种节流形式的有周向回油槽的静压
轴承，以总功耗（摩擦功耗与泵流量功耗之和）最小为寻优目标，对静压轴承上述七个参数（变量），采用约束随机方向法进行优化设计。卜蕊蕊沁臌鸿一，…１隆彤形绷其目标函数为：Ⅳ＝ｍ＋啊
式中：ｆｖ—一双支承前后两静压轴承总功耗；
Ⅳ，一双支承前后两静压轴承摩擦功耗；＾‘——双支承前后两静压轴承泵流量功耗。＊＝五（且ｒＤ，工．岛，ｆＩ’ｋ，卢）
啊＝．‘（Ｂ－Ｄ，工，Ｂ·ｚ，’ｋ－卢）
其约束如下：
（１）满足系统刚度上设计条件；
（２）满足前轴承前端不擦边条件，即前轴承前端处主轴挠度与油膜位移之和≤‰／３；
（３）满足各封油面液体流动时的层流条件；
（４）满足各参数的边界条件；
（５）满足非工作状态下主轴与轴承的接触强度条件。以上约束条件共组成１６个不等式方程。
当结构设计方案确定以后，图中＾、Ｂ尺寸为定值…。现给定尺寸：Ａ＝９０ｍｎ日＝３６嘶叮Ｉ’则外伸距：ｏ＝Ａ＋
∥知ｍ支承跨距厶＝占一￡ｎｍ～Ｆ＝５∞Ｎ０在主轴系统剐度为一定的条件下，以总功耗最小求取液体静压轴承ｍＤ、厶岛、１１、ｋ、卢七个参数的值。为了便于比较，将相同主轴系统刚度普通设计法所得到的各参数一并列表，见表ｌ、表２、表３、表４。
寰１蕾叠设计方法的小孔节流有一向圊油糟■压轴承鲁’数
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中国力学学会灌体控制工程专业委员会
·７６·’加全国流体动力与机电控制工程及制造拄木学术会议论文集＜机床与液压）∞∞．增刊
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谭碧生
镜片镀膜机
注；表中各参矗量纲：ｎ—Ｔ／ｍｉｎ，ｎ一１０５ｎ，Ｄ、Ｌ、ｆｌ、＾ｏ＿一衄，Ⅳ、肿、＾‘—唧＋工一Ｎ／ｐｍ，吼—刊，Ｆ——１０。Ｐａ‘ｓ。
３优化设计结果殛其分析
由表ｌ、表２可见：在相同主轴系统刚度情况下（ＪＩ＝４５．９抽肛ｍ），当主轴转速ｎ＝１４５听／ｍｉｎ时优化设计下的小孔节流静压轴承总功耗降低４７．６％；当主轴速ｎ＝２舳嘶／ｎＩｉＩＩ时，优化设计下的小孔节流静压轴承总功耗降低２９．６％。
缓冲纸垫由表３、表４可见：在相同主轴系统刚度情况下（上＝４１．烈肛ｍ），当主轴转速ｎ＝１４５晴／商ｎ时，优化设计下的毛细臂节流静压轴承总功耗降低３０．８％；当主轴转速ｎ＝２帅阻／血ｎ时，优化设计下的毛细管节流静压轴承总功耗降低５２．３％。
对比表ｌ、表２、表３、表４明显可见：轴承长度Ｌ和油液动力粘度岸是影响功耗的主要参数。轴承长度￡是对主轴系统刚度和功耗影响最大的参数之一，资料ｆ２】建议采用小值长径比是合理的；油液动力粘度掣增大将使牵擦功耗增加，却使轴承流量功耗减少．故优化设计能确定某一转速下的最佳油液动力粘度值。
低转速（１４５０ｒ／ｍｉｔＩ）的小孔节流和高转速（２８００转／分）的毛细管节流静压轴承经
优化设计后之所以能大幅度降低静压轴承的总功耗，其主要原因是普通设计方法不能合理地选择油液动力粘度值。设计者在采用小孔节流静压轴承时通常采用３号主轴油，低转速时由于油液粘度过低，使轴承流量功耗过于增大（表ｌ中流量功耗是摩擦功耗的５．７８倍）；毛细管节流静压轴承通常采用１０—２０号机械油，高转速时由于油液粘度过大，使轴承摩擦功耗过于增大（表３中摩擦功耗是流量功耗的６．８倍）。这点应该引起静压轴承设计者的高度重视。
４结论
（１）以总功耗最小作为目标函数、主轴系统刚度为主要约束条件的液体静压轴承的优化设计可使其总功耗有较大幅度的降低，从而减少系统的发热。
（２）液体静压轴承的设计宜采用小值长径比，以利于主轴系统刚度的提高和功耗的降低。
（３）小孔节流静压轴承低转速时不宜采用３号主轴油；毛细管节流静压轴承高转速时不宜采用１０—２０号机械油。
（４）轴向封油边的长度宜采用小值。
参考资料
１１］忘志生．液体气体静压技术．黑龙江人民出版杜．１卿．６１２１丁毅生．合理设计酸体静压轴承的长径比的探讨．机庠与液压．Ｎｏ．２．１９８６
（上接第２０页）
３设计方法的较件构造
（１）系统程序流田
人机约束思想体现在设计的整个过程中，通常分为硬约束和软约束两种。
与结构、尺寸有关的一些
几何约束作为硬约束条
件，直接决定操作件的类
塑、尺寸．也作为查诲的条
件。软约束主要体现在人
机配置时，以提示或缺省
值出现，也可由用户直接
或根据不同的控制策略间
接改变。
（２）程序蛄构
图５程序设计结构框图
程序低层的数据库中实际已融合了人机知识在内。数据库中数据与知识的丰富程度即决定了系统的
本文提出了一种基于人机约束的设计方法，并在
ＡｕｔｏｃＡＤ平台上开发了其软件程序，目前已应用到国，家“九五”攻关课题之分系统——典型机床操作件的人
机设计模块中，初步实践证明，该种方法是可行的，也
流感香囊是实用的。基于人机约束的操作件设计方法为机床操
作件的设计提供了实用、有效的方法，对于优化机床的
直流无刷风扇人机关系，提高人机设计过程效率，具有重要的作用。
这里应该指出，本文讨论的模块开发是基于ＡＩ】㈣
软件的，针对机床产品的，但提出的人机设计方法，却、不限于这种平台，也可用于其他机电产品的设计。另
外，在设计的知识化、自动化研究方面．该方法也提供
了有益的参考，这对促进计算机辅助工业设计技术的
发展和工业设计应用水平的提高，具有重要的应用价
值及理论意义。‘参考文献ｉ［１］陆长德．计算机辅助工业设计．重庆；重庆太学学报，ｌ辨５｛８Ｊ：（２］陆长搏．现代设计新法——工业设计．西北工业出版杜．：
效率和实用程度，在程序中作为系统的支持。这里采用１９９６：２裂登巴。登芝罂篡紫，从而实现怒磊篇豢盏嚣裂嚣嚣学与技术ｊ在Ｖ！三要境下生成的＾ｎ应用程序的调用。一ｊ磊；……～４…”…一…………一。１４螬论ｉ
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