重型数控立车静压转台热特性分析及优化

发布时间：2017-08-06 15:28

  本文关键词：重型数控立车静压转台热特性分析及优化

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【摘要】：伴随科学技术日新月异的高速发展,航空、航天、能源、船舶制造过程中对大件加工要求越来越趋向于极端化,对重型机床加工的精度、承载能力、加工速度和尺寸等都提出了越来越高的要求。目前受国内机床设计与制造技术水平限制,导致重型机床中的关键部件静压转台在技术指标上与国外先进产品存在较大差距,加之对静压转台发热机理及其热态性能研究不够深入,特别是在重载应用工况下,随着工作台转速的升高,油膜发热量增大油温升高,导致静压转台温度也升高,不仅导致数控转台发生热变形,直接影响重型数控机床加工精度,另外还会使承载油膜变薄,进而使静压转台由于变形导致润滑失效,由此限制了重型机床静压转台性能的改进和提升。因此,开展对重型机床静压转台油膜流场、压力场、温度场及静压转台的变形场研究是解决上述问题的关键。本文以“齐重数控装备股份有限公司”(以下简称齐重)所研制的VCM500×31/32L-MC重型数控立车静压转台作为研究对象,通过对静压转台导轨之间的间隙油膜发热机理分析,开展了油膜发热对重型立车静压转台热变形量的影响规律的研究。本文主要研究内容包括以下几个方面:1.针对恒流供油的重型数控立车静压转台及其扇形油腔油垫,在对传热学相关理论研究的基础上,通过对静压转台简化,构建出静压转台流-固-热耦合分析有限元模型以及单个油垫的有限元分析模型。2.基于计算流体力学、摩擦学理论知识,对油膜封油边的流量、温升等公式进行理论计算分析后得到,影响油膜温升因素有:油膜厚度、液压油材料特性(比热、粘度等)、油垫几何参数等。利用Fluent软件对油膜流场及温度场进行模拟仿真,并分析了不同粘度润滑油、工作台转速、油泵流量对油膜温升的影响规律。3.运用热传导理论及流-固耦合分析原理,基于ANSYS Workbench平台将静压转台温度场数值模拟结果作为温度载荷加载到工作台和底座上计算转台热变形。同时在齐重的机床上搭建试验平台,对油液的温度及工作台热变形量进行实际测试,将静压油温升试验测试数据与仿真结果进行了对比分析。4.从结构热特性优化出发,针对工作台筋板结构特点及油垫封油边宽度进行优化分析,并提出了一系列改进措施,为重型数控机床静压转台的设计提供理论基础及仿真数据,同时能为静压油发热控制的实际工程应用提供参考依据。
【关键词】：重型立车静压转台 静压油膜 热特性分析 优化设计 计算流体力学
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 液体静压技术研究现状11-12
• 1.2.2 液体静压支承温升研究现状12-14
• 1.2.3 液体静压支承热变形研究现状14-15
• 1.2.4 液体静压支承油腔结构研究现状15-16
• 1.3 课题研究的主要内容及方法16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 研究方法及技术路线17-18
• 第二章 重型数控立车静压转台有限元建模18-33
• 2.1 静压转台热特性分析相关理论18-26
• 2.1.1 流体力学相关理论18-22
• 2.1.2 热传导基本理论22-26
• 2.2 重型立车静压转台简介26-29
• 2.2.1 重型数控立车静压转台供油系统26-27
• 2.2.2 重型立车静压工作台的特点27-29
• 2.3 重型立车静压转台有限元建模29-32
• 2.3.1 单个油垫油膜模型建立29-30
• 2.3.2 重型立车静压转台三维CAD模型建立30-32
• 2.3.3 重型立车静压转台有限元模型32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 重型数控立车静压转台油膜热特性分析33-49
• 3.1 恒流量扇形油垫油膜特性分析33-38
• 3.1.1 扇形油垫简化模型33-34
• 3.1.2 恒流量扇形油垫相关理论公式计算34-38
• 3.1.3 影响油膜温升的因素分析38
• 3.2 静压转台扇形油腔油膜数值仿真38-43
• 3.2.1 油腔内部流场与温度场数值仿真38-42
• 3.2.2 油膜缝隙温升数值计算与理论计算对比42-43
• 3.3 扇形油腔油膜热特性数值研究43-48
• 3.3.1 润滑油粘度对油膜温升的影响43-44
• 3.3.2 工作台转速对油膜温升的影响44-45
• 3.3.3 入.流量对油膜温升的影响45-47
• 3.3.4 多种因素耦合作用对油膜温升的影响47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 重型数控立车静压转台热特性分析49-63
• 4.1 流-固耦合方法原理分析49
• 4.2 静压转台温度场数值分析49-54
• 4.2.1 表面对流换热系数计算50-53
• 4.2.2 热边界条件设定53
• 4.2.3 温度场仿真分析53-54
• 4.3 静压转台变形场数值计算54-58
• 4.3.1 静压转台底座热变形仿真分析54-56
• 4.3.2 工作台热变形仿真56-58
• 4.4 静压转台关键位置的热变形实验验证58-62
• 4.4.1 试验内容与试验装置搭建58-59
• 4.4.2 试验结果与分析59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 重型数控立车静压转台热特性优化设计63-70
• 5.1 基于流-固耦合方法的工作台筋板结构优化设计63-65
• 5.1.1 优化条件施加63-64
• 5.1.2 工作台优化结果分析64-65
• 5.2 油垫结构参数优化设计65-68
• 5.2.1 油垫结构特性分析65-66
• 5.2.2 油垫结构参数优化过程及分析66-68
• 5.3 其它改善静压转台热变形的措施68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 全文工作总结70-71
• 6.2 后续工作展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间取得的成果77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 周X;熊万里;吕浪;阳雪兵;;液体静压转台技术综述[J];制造技术与机床;2011年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张艳芹;基于FLUENT的静压轴承流场及温度场研究[D];哈尔滨理工大学;2007年

2 潘慧;由直线电机驱动进给系统的静压导轨的研究[D];东华大学;2012年

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本文编号：630435