基于FLUENT的静压轴承流场及温度场研究

发布时间：2020-06-21 09:51

【摘要】： 静压轴承具有承载能力大、运行稳定可靠等特点被广泛应用到重型装备中并成为核心部件,则其润滑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。随着现代工业的发展,旋转机械越来越趋向于高速、重载和大功率,对于静压轴承的性能要求也越来越高。静压轴承的润滑油温升主要来源于工作台旋转带动油膜剪切产生及系统发热,这与转速大小有密切关系,而工作台在局部受热不均的情况下将会产生变形现象,这将给生产带来严重隐患,要想最终解决此类问题,掌握静压轴承工作中液体的流场及温度场分布情况必然是关键的一步。本文对重型立式数控车床工作台静压轴承进行研究,应用三维造型软件Pro/ENGINEER对扇形及椭圆形油腔的静压轴承进行三维结构设计,并对比了静止状态下不同形状油腔的流速分布及压力分布。结果表明:由于油腔形状不同,导致与上工作台的有效接触面积大小不同,扇形油腔各个方向速度在迭代计算后更容易收敛且更容易趋于稳定,而椭圆形油腔各个方向速度波动性较大。因此选用对较优化的扇形油腔工作台静压轴承研究,对其工作状态下的润滑问题进行具体分析,建立了模拟静压导轨本体及导轨内部三维流动的数学模型及边界条件,并利用CFD原理,选用层流模型,采用有限体积法并选取FLUENT中的分离式求解器进行求解,得出了导轨周期端面较准确的不对称流速分布、压力分布及温度分布,并分析了部分重要参数对计算结果的影响。通过该仿真程序可以数值模拟出不同参数下静压导轨的润滑性能,可提前实现对大尺寸静压导轨润滑的特性的预测,结论对大尺寸静压轴承结构设计及工作台运行的可靠性有指导意义。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH133.36
【图文】：

示意图,止推轴承,扇形,示意图

第3章静压轴承结构设计与建模轴承介绍压轴承的工作原理承是依靠外部供油系统，供给具有一定流量的加载荷，并保持主轴在预定载荷和任意转速下态的液体滑动轴承。它利用专用的供油装置，将具有一定压力的润具有压力的润滑油层，利用静压腔之间的压力轴承主轴浮升并承受外载荷[41]。简化模型如下，油液以压力 P1 从中心供油，并沿径向浅腔

局部实体,轴承,油腔

油腔的形状分别设计成扇形及椭圆形结构。.2.2.2 油腔数目和布置直线往复运动导轨的油腔应开在运动件（工作台），固定件（床身）应有足够长度，以保证运动件在运动中油腔不露出。对于转运动的导轨，油腔通常开在固定件上，以便于加工、装配和维修。由于载沿导轨纵向分布一般不可能均匀，每条导轨面上的油腔不少于两个，以便每油腔能按负载大小调节各自的油腔压力，使导轨间隙不致相差较大。当运动件长度在 2 米以下时，油腔可取 2-4 个；大于 2 米时，每个油腔长可取为 0.5-2 米。载荷分布较匀且机床刚度较好时，油腔长度取大些，相应油腔数目就少些；反之，长度取小些，数目就多些[43]。此外，当个油腔距离（L-l）<(B-b)时，应以横向回油槽隔开成为多油垫导，以免各油腔之间串流，压力相互影响，导轨不易调整。对于载荷分布很不匀的导轨，可以考虑在同一导轨面上采用不等面积的油腔。对于闭式导轨，侧的油腔面积一般彼此相等；上下导轨的油腔面积则多不相等。基于以上理论，油腔数目选为 12 个，由于静压轴承中采用开式导轨并且几何上是圆形轴对称的，则可对整个静压导轨的 1/12 进行研究，利用有强三维造型功能的软件 Pro/ENGINEER 对其进行三维造型设计，其模型如下面图所示。

【参考文献】