油液盈虚态对静压支承性能影响数值模拟

发布时间：2019-11-02 02:36

【摘要】：随着先进制造技术的快速发展，加工设备对支承的性能要求越来越苛刻，特别是对高速切削设备而言，尤为突出。静压支承作为重型加工设备的关键部件，它的性能优劣直接影响了加工设备的运行效率和加工精度。国产高速重型数控车床的主要问题在于转速低，加工精度差。如何提高其加工效率及加工精度是目前提高设备世界竞争力的关键问题，而重型加工设备的精度和加工效率是由静压支承技术的理论计算、产品尺寸、加工装配等多种因素共同决定的。当今国内领域对于静压支承的设计尚处于类比设计阶段，没有进行科学系统地理论计算，且没有形成一个相对完善的具有自主知识产权的优化设计和关键技术。间隙油膜是研究静压支承的一个关键部位，，至目前为止，专家学者多专注于油膜的流速、压力分布、节流器方面的研究，而漏油槽结构作为静压支承较为重要的部件，是润滑油流出摩擦副，进入集油腔的主要途径。漏油槽较深则压力油直接流回集油腔，漏油槽结构较浅，则漏油槽中充满了压力油，在静压支承工作过程中，漏油槽中的油液会因工作台的转动进入静压支承摩擦副，可能会对静压支承的性能产生一定的影响。本文梳理归纳了国内外学者在静压支承承载性能和油膜温升方面的研究成果，并在此基础上，以恒流量多油垫扇形油腔重型静压支承为研究对象，并且以油液盈虚态对重型静压支承性能影响为切入点，系统进行了重型静压支承理论研究，内容主要涉及以下方面：首先，推导建立了两固定平行平板间的压差—流量关系、具有相对运动平行平板间的压强—流量关系、矩形平面油垫压强—流量关系、环形缝隙压强—流量关系、离心作用下圆台缝隙压强—流量关系，并在此基础上，对理想情况下的扇形油垫进行了几何化简及数学建模。建立了平台转速、油膜厚度、油腔结构（有效承载面积）与静压支承承载力之间的关系。其次，为了提高本次模拟实验的准确性和可信度，本文从着重归纳总结了计算流体力学理论，分别从有限差分法、有限元法、有限体积法出发，阐述了各方法的应用背景及收敛情况，给出计算流体力学中的控制方程及数学表达式，包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程。结合本次实验，查阅大量成功实例，给出了CFD仿真的通用步骤，并着重强调控制方程选取的重要性。最后以重型立式车床DVT500立式车床的恒流量多油垫扇形油腔静压支承为研究对象，分别对两种状态下（充盈状态及虚匮状态）的静压支承进行了几何建模及网格划分，将计算网格导入FLUENT6.3对这两种油液状态在不同转速下静压支承温度场及压力场进行了模拟计算，并对计算结果进行了归纳对比。通过对重型静压支承性能的对比研究，揭示了油液盈虚对重型静压支承性能的影响，探明了漏油槽结构在静压支承性能方面的影响，为静压支承漏油槽结构的改进，及静压支承性能的提升提供了理论基础。
【图文】：

静压润滑

图 2.1 静压润滑系统Fig. 2.1 Hydrostatic lubricating system论已经比较成熟，但对于本文所研究的采用定量供油方式的承，因研究其油液状态对静压支承性能影响，数学建模复杂理想状态下，对静压支承的承载力等性能参数进行了数学建体流经的缝隙形式主要有两平行平板缝隙、圆环形缝隙和平行平板间的压差流量固定不动，平板两端的压力不相等( p 0)。两平行平板相度为 b。取平板中间为坐标原点，与平板平行方向为 X 轴且流速是沿着 X 轴的正方向，如图 2.2 所示。

速度分布,速度分布

沼速度分布Fig.23distributionofvelnreity
【学位授予单位】：齐齐哈尔大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG502.3

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