重型龙门数控机床静压导轨的热特性研究

发布时间：2017-05-27 19:12

  本文关键词：重型龙门数控机床静压导轨的热特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：重型与超重型机床是我国大型电力、航天航空、大型船舶、交通和大型冶金与矿山特种装备等相关行业发展的急需，是关系到国民经济发展与综合实力的战略物资，然而关于重型机床的设计和分析技术尚不完善。液体静压导轨作为重型机床机械加工的重要运动部件，其工作特性的优劣直接影响到了机床的加工精度。本文从单个油膜的流场研究出发，得到油膜的压力场、速度场及温度场分布，以此为基础，从理论和仿真两方面对静压导轨的热特性进行研究，通过理论与仿真结果进行对比，得到静压导轨在运动状态下的温度场和热变形，可为机床的热误差补偿研究提供依据。 首先从流体力学理论出发，提出静压导轨热特性的分析方法。通过对雷诺方程进行简化，并与能量方程联立，运用计算流体力学方法，可求解油膜的压力场、速度场及温度场。基于传热学基本原理，对热应力与热变形计算方法进行分析，通过建立静压导轨简化力学模型，求解热应力下的导轨变形挠曲线及最大变形量，得到导轨热变形的简化计算方法。 根据重型龙门机床结构，利用UG软件对静压导轨、溜板及静压油膜进行三维建模。基于静压支承原理，对静压油膜厚度和承载力进行了理论计算。运用FLUENT软件对矩形和工字形油腔的静压油膜分别进行了仿真分析，，对比相同外廓尺寸的两种油膜压力场分布及油膜支承力的差异。通过对比理论计算与仿真计算结果，验证了用FLUENT进行静压油膜特性分析的可行性。同时对油膜的速度场及温度场进行分析，得到静压油膜的温升，为静压导轨的热分析提供基础数据。研究溜板滑移速度对静压油膜特性的影响，通过对比不同滑移速度下油膜的压力场、速度场及支承力，得到油膜支承力与滑移速度之间的变化规律。 运用传热学基本原理，计算静压导轨热边界条件。利用有限元分析软件ANSYS对导轨在运动状态下的稳态温度场和热变形进行了深入分析，通过对比仿真与理论计算结果，验证了分析结果的正确性。根据分析结果提出了改变横梁导轨热变形的方法，为研究静压导轨的热变形对机床加工精度的影响提供了一定的理论依据，进而为机床的热误差补偿研究提供了具有参考价值的数据。
【关键词】：静压导轨 静压油膜 热特性分析 计算流体力学 有限元
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 液体静压技术10-11
• 1.2.2 液体静压导轨的研究11-13
• 1.2.3 目前存在的主要问题13
• 1.3 课题来源与主要研究内容13-15
• 1.3.1 课题的来源13
• 1.3.2 主要研究内容13-15
• 第2章 静压导轨热特性分析方法及相关理论15-31
• 2.1 液体静压导轨热特性分析方法15-16
• 2.2 流体力学相关理论16-21
• 2.2.1 经典流体力学及润滑力学理论16-18
• 2.2.2 计算流体力学(CFD)理论18-21
• 2.3 热分析基本理论21-23
• 2.3.1 温度场基本方程21
• 2.3.2 导热微分方程21-23
• 2.4 液体静压导轨热变形理论计算23-30
• 2.4.1 横梁导轨热应力分析23-26
• 2.4.2 横梁导轨热应变挠度分析26-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 重型机床静压导轨供油系统选型及建模31-36
• 3.1 液体静压导轨供油系统31-33
• 3.1.1 重型机床静压系统的选型31-32
• 3.1.2 闭式定量供油液体静压系统32-33
• 3.2 机床横梁静压导轨建模33-34
• 3.3 静压导轨油膜的建模34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 液体静压导轨油膜流场仿真研究36-56
• 4.1 FLUENT 概述36-39
• 4.1.1 软件的基本组成36
• 4.1.2 油膜流场及温度场的求解流程36-39
• 4.2 油膜厚度分析39-43
• 4.2.1 油膜流动模型39
• 4.2.2 油膜厚度影响因素分析39-42
• 4.2.3 油膜厚度计算42-43
• 4.3 单个油膜仿真分析43-50
• 4.3.1 油膜网格模型的建立43-44
• 4.3.2 边界条件的设定44-45
• 4.3.3 仿真结果分析45-48
• 4.3.4 溜板滑移速度对油膜特性的影响48-50
• 4.4 静压导轨热分析边界条件的确定50-54
• 4.4.1 总消耗功率51-52
• 4.4.2 表面换热52-54
• 4.4.3 导轨热分析边界条件54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 液体静压导轨的热态特性有限元分析56-66
• 5.1 ANSYS 在传热学中的应用56-57
• 5.2 液体静压导轨有限元模型的建立57-58
• 5.2.1 有限元模型的简化57
• 5.2.2 网格划分57-58
• 5.2.3 材料和边界条件的设定58
• 5.3 液体静压导轨热分析58-64
• 5.3.1 液体静压导轨稳态热分析58-63
• 5.3.2 影响液体静压导轨热变形的主要因素63-64
• 5.3.3 改善液体静压导轨热变形的主要方法64
• 5.4 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文72-74
• 致谢74

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3 覃学东,徐冠;数控机床导轨的选用[J];桂林航天工业高等专科学校学报;2004年03期

4 ;开式静压导轨油膜厚度稳定性的探讨[J];机床与液压;1973年04期

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8 ;恒流静压导轨在立车上的应用[J];机械工人.冷加工;1978年02期

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5 徐根元;;数控机床的润滑工作[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年

6 李丰君;张桐强;王文全;;数控重型卧式车床全闭环应用研究[A];首届七省区市机械工程学会科技论坛论文集[C];2005年

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