一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法

本发明涉及了一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法。

多油垫式静压支承圆导轨由于其结构尺寸很大，多用于重型数控装备制造业中，与普通静压支承比较，在具有普通静压支承的一系列特点外，还具有承载能力强，线速度高，发热量大等特点。随着现代机械工业中的重型装备逐步地走向重载荷、高速度、高效率、高精度、更智能化的发展趋势，液体静压滑动支承定将成为一项有生命力的技术，也成为了学者们研究的热点问题。本发明所涉及的多油垫式静压支承在进行切削加工过程中，随着转台速度的增加，支承油膜的发热量加剧，主要来源于热油携带的影响，因此，本发明提出一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法，获取不同转台速度下的静压支承热油携带情况，目的是为了揭示出静压支承的转台速度对热油携带的影响规律，提高静压支承的加工效率及加工精度。

本发明是要解决现有多油垫静压支承加工过程中由于油膜温升过高而限制了转台速度提升的问题，为此而提供了一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法。

一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法按以下步骤实现：

步骤A、建立多油垫静压支承单个油垫模型及热油携带面如下：

本发明涉及到的多油垫静压支承用在十米双柱立式数控车床上，该车床的最大加工工件直径为10米，转台直径为7.5米，转台重量62吨。采用三维建模软件建立圆导轨中的单个油垫模型如图1所示，并在油膜单个油垫上创建了截面3，命名为face3，此热油携带面位于单个油垫上右侧的封油边与回油槽交接位置处；在油垫上封油边周向左侧又创建了截面2，命名为face2。

步骤B、利用前期推导得出的热油携带计算公式，将本发明涉及的多油垫静压支承结构参数及转速工况参数代入，列出了热油携带情况的理论计算值，包括face3和face2的面流量值及热油携带因子K的值。

步骤C、确定多油垫式静压支承油膜数值模拟条件：

根据静压支承实际运行情况，分别在转速为0.5r/min、1r/min、2r/min、4r/min、8r/min、16r/min、32r/min时，在承载40t工况下进行多油垫静压支承热油流量数值计算。

步骤D、进行不同转速下多油垫静压支承热油携带数值计算。

步骤E、将计算收敛后的数据结果进行后处理，得出了不同转速下的face3和face2的热油流量变化值数值模拟结果曲线，并与推导公式的计算值进行对比得出对比曲线图，通过对比验证此发明的多油垫静压支承热油携带数值计算方法的有效性。

发明效果：

本发明通过提出一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法，获取不同转台速度下的静压支承热油携带情况，并判定出不同转速下的静压支承热油携带因子变化情况，且热油携带系数K模拟值较理论公式计算值偏差在5.15%范围内，误差主要来源于理论计算时对推导公式中模型尺寸的部分简化。本发明的计算方法可以推广到不同结构尺寸的系列静压支承研究中，不仅提高了计算结果的准确度，且计算周期也可提高两倍以上，大大改善了计算效率，实现了多油垫静压支承运行过程中发热问题的有效预测，提高了静压支承的加工效率及加工精度。

图1是本发明单个油垫模型及封face3与face2位置图；

图2到图15是具体实施方式中不同转速工况下的face3和face2的流量模拟值，其中：图2为转速0.5r/min工况截面face2流量，图3为转速0.5r/min工况截面face3流量，图4为转速1r/min工况截面face2流量，图5为转速1r/min工况截面face3流量，图6为转速2r/min工况截面face2流量，图7为转速2r/min工况截面face3流量，图8为转速4r/min工况截面face2流量，图9为转速4r/min工况截面face3流量，图10为转速8r/min工况截面face2流量，图11为转速8r/min工况截面face3流量，图12为转速16r/min工况截面face2流量，图13为转速16r/min工况截面face3流量，图14为转速32r/min工况截面face2流量，图15为转速32r/min工况截面face3流量；

图16是具体实施方式中热油携带因子随转台速度变化曲线。

一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法按以下步骤实现：

步骤A、建立多油垫静压支承单个油垫模型及热油携带面如下：

本发明涉及到的多油垫静压支承用在十米双柱立式数控车床上，该车床的最大加工工件直径为10米，转台直径为7.5米，转台重量62吨。采用三维建模软件建立圆导轨中的单个油垫模型如图1所示，并在油膜单个油垫上创建了截面3，命名为face3，此热油携带面位于单个油垫上右侧的封油边与回油槽交接位置处；在油垫上封油边周向左侧又创建了截面2，命名为face2。

步骤B、利用前期推导得出的热油携带计算公式，将本发明涉及的多油垫静压支承结构参数及转速工况参数代入，列出了表B中的热油携带情况的理论计算值，包括face3和face2的面流量值及热油携带因子K的值。

表B40t时不同转台速度工况下的Q3、Q2、K理论公式值

R(r/min) 0.5 1 2 4 8 16 32

Q3 (10-6m3/s) 8.25 4.85 1.95 15.53 42.71 97.07 205.7

Q2 (10-6m3/s) 15.05 18.45 25.25 38.83 66.01 120.3 229.0

K 0 0 7.72% 40.0% 64.7% 80.6% 89.8%

步骤C、确定多油垫式静压支承油膜数值模拟条件：

根据静压支承实际运行情况，分别在转速为0.5r/min、1r/min、2r/min、4r/min、8r/min、16r/min、32r/min时，在承载40t工况下进行多油垫静压支承热油流量数值计算。

步骤D、进行不同转速下多油垫静压支承热油携带数值计算：

步骤D1、打开流体力学计算软件，通过File中的Import导入网格模型文件jyzc-youmo.mesh，并通过Grid进行网格质量检查；

步骤D2、通过Define进行求解器Solver的参数设置，采用三维定常流体流动设置；

步骤D3、通过Define进行材料属性Materials设置，主要给出所研究静压支承工作介质的粘度和密度参数等；

步骤D4、进行Define-BoundaryConditions边界条件设定，分别给出不同载荷下的入口速度，设定静压支承工作台的旋转速度，出口处选择压力出口边界；

步骤D5、进行监视器平面设置，将face3和face2作为要监视的平面，选择质量流Mass-flow参数监视，获取质量流曲线；

步骤D6、初始化流场，进行迭代计算，迭代800步数后提示流场数值计算收敛，获取计算结果。

步骤E、将计算收敛后的数据结果进行后处理，得出了如图2所示不同转速下的face3和face2的热油流量变化值数值模拟结果曲线，并与推导公式的计算值进行对比，图3为对比曲线图，通过对比验证此发明的多油垫静压支承热油携带数值计算方法的有效性。

本实施方式效果：

通过本发明的数值计算结果分析可知，多油垫静压支承转台转速小于或等于1r/min时，不会发生热油携带现象；当转台转速大于1r/min，静压支承有热油携带现象发生，且随着转速的增加，热油携带系数呈逐渐增大的趋势。且热油携带系数K模拟值较理论公式计算值偏差在5.15%范围内，误差主要来源于理论计算时对推导公式中模型尺寸的部分简化。本发明的一种静压支承转台速度对热油携带影响的数值计算方法可以推广到不同结构尺寸的系列静压支承研究中，不仅提高了计算结果的准确度，且计算周期也可提高两倍以上，大大改善了计算效率，实现了多油垫静压支承运行过程中发热问题的有效预测，可避免静压支承的烧瓦现象发生。