【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于重载静压转台温度影响分析领域,涉及重型静压转台中单个油垫的温度场数学模型的建立以及数值方法的求解。技术背景液体静压转台是采用液体静压轴承作为支承,将转台主轴功能与电动机功能从结构上融为一体的功能部件,主要功能是支撑并带动工件实现精密超精密旋转和精密加工。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,所以其在机床,航空航天,船舶,能源等行业得到了广泛的应用。静压转台相比与传统转台来说有许多优势,最显著的特点是可以在很高的转速和较低的温度下保持高的可靠性,并且降低对形位公差的要求。油腔中油膜工作性能的优劣直接影响到整个机床运行的可靠性、寿命和经济指标。随着技术的进步,发热问题逐渐成为制约其性能和精度提升的关键因素。国内外学者在液体静压轴承热态性能研究方面做了很多工作,对静压轴承的温度分布研究的比较深入,对于静压转台的研究主要集中在利用Fluent等软件仿真得到静压转台的温度分布情况,并没有完善的理论指导依据。综上所述,建立一种能够分析静压转台温度变化规律的数值计算方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种油垫的温度分布和承载性能随转速的变化规律的数值方法。该方法首先从雷诺方程和能量方程出发忽略液体流动时的动能和势能的变化,利用有限差分法求解方程,建立不同转速下油垫的温度分布曲线,分析油垫的温度分布和承载性能随转速的变化规律。本专利技术是采用以下技术手段实现的:(1)忽略静压转台自身的变形,定义静压转台为刚体,同时认为在沿润滑膜厚度方向不计压力变化 ...
【技术保护点】
一种重载静压转台承载力与油垫温度场分布规律关系计算方法,其特征在于:本计算方法包括如下步骤:(1)忽略静压转台自身的变形,定义静压转台为刚体,同时认为在沿润滑膜厚度方向不计压力变化,在沿润滑膜厚度方向粘度数值不变;建立基于雷诺方程的单油垫理论模型;(2)对于液体润滑,忽略液体流动时的动能和势能变化,这样,液体的能量变化仅是温度的函数;若流动处于稳定状态,那么所有的变量不随时间变化;建立考虑温度和离心力的能量方程;(3)用有限差分法对雷诺方程和能量方程联立求解,最后积分计算油垫的承载力;之后改变静压转台转速得到不同转速下的油垫压力分布,温度分布和承载力;为了对比引入温粘关系对承载力的影响,分别计算考虑温升的承载力和不考虑温升的承载力;本方法通过联立雷诺方程和能量方程,建立了极坐标下考虑离心力的温度场数学模型;利用有限差分法求解出油膜温度场的分布,给出了温升随转速的变化规律;模型中考虑了转台温度厂的分布情况,也考虑了离心力的影响;本方法包括三部分,第一部分忽略液体流动时的动能和势能的变化联立雷诺方程和能量方程,第二部分利用有限差分法求解方程,建立不同转速下油垫的温度分布曲线,第三部分分析油 ...
【技术特征摘要】
1.一种重载静压转台承载力与油垫温度场分布规律关系计算方法,其特征在于:本计算方法包括如下步骤:(1)忽略静压转台自身的变形,定义静压转台为刚体,同时认为在沿润滑膜厚度方向不计压力变化,在沿润滑膜厚度方向粘度数值不变;建立基于雷诺方程的单油垫理论模型;(2)对于液体润滑,忽略液体流动时的动能和势能变化,这样,液体的能量变化仅是温度的函数;若流动处于稳定状态,那么所有的变量不随时间变化;建立考虑温度和离心力的能量方程;(3)用有限差分法对雷诺方程和能量方程联立求解,最后积分计算油垫的承载力;之后改变静压转台转速得到不同转速下的油垫压力分布,温度分布和承载力;为了对比引入温粘关系对承载力的影响,分别计算考虑温升的承载力和不考虑温升的承载力;本方法通过联立雷诺方程和能量方程,建立了极坐标下考虑离心力的温度场数学模型;利用有限差分法求解出油膜温度场的分布,给出了温升随转速的变化规律;模型中考虑了转台温度厂的分布情况,也考虑了离心力的影响;本方法包括三部分,第一部分忽略液体流动时的动能和势能的变化联立雷诺方程和能量方程,第二部分利用有限差分法求解方程,建立不同转速下油垫的温度分布曲线,第三部分分析油垫的温度分布和承载性能随转速的变化规律。2.根据权利要求1所述的一种重载静压转台承载力与油垫温度场分布规律关系计算方法,其特征在于:实施一种考虑温度和离心力的重型静压转台中单个油垫的数值求解方法,包括如下步骤,步骤一:雷诺方程的建立采用微元体分析方法推导雷诺方程;首先在圆形油垫油膜上任取一微元,根据微元的受力列出微元体的力平衡方程;沿r方向的受力平衡,得:p——液体压力;r——油垫半径;τr——径向切应力;ρ——液体密度;ω——转台转速;——压力在径向的变化率;——径向切应力在z向的变化率;方向受力平衡,得:——周向切应力;——周向切应力在z向的变化率;——压力在周向的变化率;定义润滑剂为牛顿液体,流动形式为层流,油液不可压缩,根据牛顿粘滞定律,η——液体动力粘度;将式(3)带入式(1)、式(2)式并略去高阶微小量,对z进行二次积分并代入边界条件:当z=0时,当z=h时,代表油膜上表面周向速度,求得:将带入式(4),同理对z进行二次积分并代入边界条件:当z=0时,vr=Vr;当z=h时,vr=0,求得:不可压缩液体运动的连续性方程为:将式(6)对z积分,交换微分次序,化简得:Vr...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘志峰,罗宗兰,殷亚文,赵代红,浑连明,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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