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大尺度静压支承临界载荷参数获取方法

阅读:1023发布:2020-08-02

专利汇可以提供大尺度静压支承临界载荷参数获取方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且工作台 逆 时针 旋转时,油膜受到剪切流与压差流的影响,从而产生油膜润滑为零,导致润滑失效的情况。本 发明 通过理论推导,计算出大尺度静压支承油膜承载 载荷 的理论值。并利用Fluent 软件 对理论计算的临界载荷值进行验证。步骤A、理论推导大尺度静压支承油膜承载能 力 表达式。步骤B、计算出不同转速对应的油腔压力及理论临界外载荷值。步骤C、利用前处理软件,对静压支承油膜建立三维仿真模型步骤。D、应用 流体 计算软件Fluent,对静压支承油膜进行仿真分析,得到大尺度静压支承的仿真结果。步骤E、通过此数值方法验证大尺度静压支承油膜载荷 临界状态 数学模型的正确性。本发明应用于大尺度静压支承临界载荷参数获取方法研究。,下面是大尺度静压支承临界载荷参数获取方法专利的具体信息内容。

1.大尺度静压支承临界载荷参数研究,其特征在于首先推导出的大尺度静压支承油膜承载能的理论公式,计算出静压支承临界润滑时载荷的理论值;再利用流体计算软件Fluent得出仿真结果,进而验证大尺度静压支承油膜载荷临界状态数学模型的正确性,大尺度静压支承临界载荷参数获取按以下步骤实现:
步骤A、理论推导大尺度静压支承油膜承载能力表达式如下:
(1)
式中 w为工作台承载载荷,为工作台旋转速度,为流体动力粘度,为油膜厚度,为静压支承结构参数,Ae为有效承载面积;
步骤B、基于推导出的理论公式,得出工作台转速与油腔平均压力的临界关系,表1列出了当转速分别为0.5r/min、1r/min、1.5r/min、2r/min、2.5r/min、3r/min、3.5r/min、4r/min、4.5r/min、5r/min时对应的油腔压力及理论临界外载荷值;
表1静压支承临界润滑时载荷理论值
转速(r/min) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
油腔压力(MPa) 0.05 0.11 0.16 0.22 0.28 0.33 0.39 0.44 0.50 0.55
理论临界载荷W(t) —— —— 14.41 42.95 65.48 89.02 115.55 139.09 162.62 ——步骤C、利用前处理软件,对静压支承油膜建立三维仿真模型,并对模型进行网格划分,最后将前处理结果保存chengzai. mesh文件;
步骤D、应用流体计算软件FLUENT,对静压支承油膜进行仿真分析,最终得到大尺度静压支承的仿真结果;
步骤E、根据大尺度静压支承的仿真结果,通过此数值方法方法验证大尺度静压支承油膜载荷临界状态数学模型的正确性。
2.根据权利要求1所述的大尺度静压支承临界载荷参数研究,其特征在于步骤A中通过理论推导,得出大尺度静压支承油膜承载载荷的表达式。
3.根据权利要求1所述的大尺度静压支承临界载荷参数研究,其特征在于所述步骤B中根据推导出的理论公式,计算出相应的油腔压力和理论临界外载荷值。
4.根据权利要求1所述的大尺度静压支承临界载荷参数研究,其特征在于所述步骤C中利用前处理软件,对静压支承油膜建立三维仿真模型,并对模型进行网格划分,最后将前处理结果保存chengzai. mesh文件。
5.根据权利要求1所述的大尺度静压支承临界载荷参数研究,其特征在于所述步骤D中运用Fluent软件,对静压支承油膜进行仿真分析,最终得到大尺度静压支承的仿真结果,其操作过程具体为:
步骤D1、运行仿真软件Fluent,读入网格文件chengzai. mesh文件;
步骤D2、定义求解设置;
步骤D3、流体物理属性设置;
步骤D4、边界条件的设置;
步骤D5、初始化流场;
步骤D6、监视平面设置;
步骤D7、监视器设置;
步骤D8、进行800步迭代计算。
6.根据权利要求1所述的大尺度静压支承临界载荷参数研究,其特征在于所述步骤E中根据大尺度静压支承的仿真结果,通过此数值方法方法验证大尺度静压支承油膜载荷临界状态数学模型的正确性。

说明书全文

大尺度静压支承临界载荷参数获取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及了大尺度静压支承在不同转速下油膜临界载荷参数获取方法研究。

背景技术

[0002] 大尺度多油垫静压支承作为重型数控装备的核心部件,其润滑参数是决定支承乃至整个设备可靠运行的重要指标。由于我国大型零部件加工和装配精度较低,使静压轴承在重载时易产生临界润滑烧瓦的情况。通过此研究方法可以得到不同转速下油膜临界载荷参数,为提高大尺度静压支承运行的可靠性,防止发生零润滑状态即临界润滑导致支承失效提供了理论依据。

发明内容

[0003] 本发明是要解决在工作台时针旋转时,油膜受到剪切流与压差流的影响,从而产生油膜润滑为零,导致润滑失效的情况。本发明通过理论推导,计算出大尺度静压支承油膜承载载荷的理论值。通过前处理软件,得到静压支承油膜模型,利用Fluent软件对理论计算的临界载荷值进行验证,大尺度静压支承临界载荷参数获取按以下步骤实现:步骤A、理论推导大尺度静压支承油膜承载能表达式如下:
(1)
式中 w为工作台承载载荷,为工作台旋转速度,为流体动力粘度,为油膜厚度,为静压支承结构参数,Ae为有效承载面积;
步骤B、基于推导出的理论公式,得出工作台转速与油腔平均压力的临界关系,表1列出了当转速分别为0.5r/min、1r/min、1.5r/min、2r/min、2.5r/min、3r/min、3.5r/min、4r/min、4.5r/min、5r/min时对应的油腔压力及理论临界外载荷值;
表1 静压支承临界润滑时载荷理论值
转 速(r/0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
min)
油腔压力0.05 0.11 0.16 0.22 0.28 0.33 0.39 0.44 0.50 0.55
(MPa)
理论临界载—— —— 14.41 42.95 65.48 89.02 115.55 139.09 162.62 ——荷W(t)
步骤C、利用前处理软件,对静压支承油膜建立三维仿真模型,并对模型进行网格划分,最后将前处理结果保存chengzai. mesh文件;
步骤D、应用流体计算软件Fluent,对静压支承油膜进行仿真分析,最终得到大尺度静压支承的仿真结果;
步骤E、根据大尺度静压支承的仿真结果,通过此数值方法方法验证大尺度静压支承油膜载荷临界状态数学模型的正确性。
[0004] 发明效果本发明方法主要是基于推导出的大尺度静压支承油膜承载能力的理论公式,计算出静压支承临界润滑时载荷的理论值。根据计算结果得出当工作台转速等于4.5r/min时,理论计算得出的静压支承临界载荷值已高于支承本身的最大承载值。当工作台转速等于0.5r/min和1r/min时,通过理论推导出的公式计算出对应临界润滑状态下的油腔压力小于空载下油腔压力值,故此时静压支承不会发生临界润滑。而当工作台转速处于大于等于4.5r/min时,在此转速范围内静压支承将不会发生临界润滑现象;当工作台转速小于等于1r/min时,在此转速范围的静压支承将不会发生临界润滑现象。最后再通过Fluent软件对计算结果进行验证,得出各工况下对应油膜流体域流动情况,即对应的截面face1的流量情况。通过仿真结果得出流量值均从负方向趋近零,而剪切流量稍大于压差流量,理论计算得到的临界载荷值稍小一些,与模拟对应的差值主要来源于理论上对模型结构尺寸简化带来的误差。说明此发明可以得到大尺度静压支承间隙油膜处于临界润滑状态时,进行对应载荷参数,这对有效预防大尺度静压支承润滑失效,避免发生临界润滑产生烧瓦情况有很大的实用意义。
附图说明
[0005] 图1是本发明流程图,图2是本发明单个油垫封油边处face1位置图,图3是本发明步骤D的具体流程图,图4是本发明在不同转速与对应载荷下face1的临界流量仿真结果。

具体实施方式

[0006] 大尺度静压支承临界载荷参数获取按以下步骤实现:步骤A、理论推导大尺度静压支承油膜承载能力表达式如下:
(1)
式中 w为工作台承载载荷,为工作台旋转角速度,为流体动力粘度,为油膜厚度,为静压支承结构参数,Ae为有效承载面积;
步骤B、基于推导出的理论公式,得出工作台转速与油腔平均压力的临界关系,表A列出了当转速分别为0.5r/min、1r/min、1.5r/min、2r/min、2.5r/min、3r/min、3.5r/min、4r/min、4.5r/min、5r/min时对应的油腔压力及理论临界外载荷值;
表A 静压支承临界润滑时载荷理论值
转 速(r/0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
min)
油腔压力0.05 0.11 0.16 0.22 0.28 0.33 0.39 0.44 0.50 0.55
(MPa)
理论临界载—— —— 14.41 42.95 65.48 89.02 115.55 139.09 162.62 ——荷W(t)
步骤C、利用前处理软件,对静压支承油膜建立三维仿真模型,并对模型进行网格划分,最后将前处理结果保存chengzai. mesh文件;
步骤D、应用流体计算软件Fluent,对静压支承油膜进行仿真分析,最终得到大尺度静压支承的仿真结果;
步骤D1、运行仿真软件Fluent,读入网格文件chengzai. mesh文件,检查并显示网格;
步骤D2、定义求解设置,Define-Models-Solver,单击Steady采用稳态计算,其他选项采用默认值;
步骤D3、流体物理属性设置,单击Define-Materials设置流体密度和粘度等油膜参数的;
步骤D4、边界条件的设置,点击Define-Boundary Conditions选项,设置质量流入口,压力出口,周期边界和旋转壁面的转速;
步骤D5、初始化流场,点击Solve-Initialize-Init并保存case文件;
步骤D6、监视平面设置,点击Surface-Plane选取三个坐标点确定监视平面同时命名为face1;
步骤D7、监视器设置,点击Solve-Monitors-Residual参数为默认参数并采用质量流量进行监视;
步骤D8、进行800步迭代计算,点击Iterate进行迭代;
步骤E、根据大尺度静压支承的仿真结果,通过此数值方法方法验证大尺度静压支承油膜载荷临界状态数学模型的正确性。
[0007] 本实施方式效果本发明方法主要是基于推导出的大尺度静压支承油膜承载能力的理论公式,计算出静压支承临界润滑时载荷的理论值。根据计算结果得出当工作台转速等于4.5r/min时,理论计算得出的静压支承临界载荷值已高于支承本身的最大承载值。当工作台转速等于0.5r/min和1r/min时,通过理论推导出的公式计算出对应临界润滑状态下的油腔压力小于空载下油腔压力值,故此时静压支承不会发生临界润滑。而当工作台转速处于大于等于4.5r/min时,在此转速范围内静压支承将不会发生临界润滑现象;当工作台转速小于等于1r/min时,在此转速范围的静压支承将不会发生临界润滑现象。最后再通过Fluent软件对计算结果进行验证,得出各工况下对应油膜流体域流动情况,即对应的截面face1的流量情况。通过仿真结果得出流量值均从负方向趋近零,而剪切流量稍大于压差流量,理论计算得到的临界载荷值稍小一些,与模拟对应的差值主要来源于理论上对模型结构尺寸简化带来的误差。说明此发明可以得到大尺度静压支承间隙油膜处于临界润滑状态时,进行对应载荷参数,这对有效预防大尺度静压支承润滑失效,避免发生临界润滑产生烧瓦情况有很大的实用意义。
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