双矩形腔静压推力轴承润滑性能预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种静压推力轴承润滑性能预报方法，尤其涉及一种双矩形腔静压推 力轴承润滑性能预报方法。
【背景技术】
[0002] 静压推力轴承属于全液体摩擦轴承，它具有摩擦小、油膜刚度大、支承精度高、抗 振动及使用寿命长等特点，因而广泛地应用于动力机械、军事装备、航天设施及核工业中， 是高速重载数控加工装备的关键部件，其性能优劣直接影响设备的加工质量和运行效率。 随着高速重切削技术的出现，对机床加工精度和稳定性要求越来越高，对静压推力轴承的 尺寸也更为精确化，对静压推力轴承润滑性能优化和预防摩擦学失效提出更加严格要求， 所以对静压推力轴承润滑性能预报尤为重要。到目前为止还未有一种具有自主知识产权的 有关润滑性能预报方法。而实验方法不能有效地解决此难题，完全依靠理论计算不仅耗费 人力和物力，也浪费时间，将实验周期延长，给设计人员优化性能参数带来了一定的困难， 也限制了机床加工精度的提升，制约了我国重型数控加工装备稳定运行和加工精度的提 尚。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种双矩形腔静压推力轴承润滑性能优化和性能预报方法，依据润滑 理论和摩擦学原理推导润滑性能的理论计算公式，并利用自编可视化程序获得实际工况下 双矩形腔静压推力轴承油膜压力场、温度场和速度场等润滑参数，并对润滑性能综合指标 进行优化，得到其最优润滑性能，实现润滑性能预测。可视化程序由参数输入模块、计算模 块、结果存储、性能优化性能曲线对比模块和性能预报等模块组成。该方法依据润滑理论及 摩擦学原理采用Visual Basic. NET方式开发，应用此方法可以极大减轻设计人员的重复计 算工作量，并提高和保证了计算精度，更好地实现润滑性能预报。本发明适用于静压推力轴 承润滑性能优化和预测，并且具有可视化、操作简便等优点。
[0004] 本发明可以通过以下技术方案来实现： 步骤A、输入参数 输入参数模块，此模块由tabcontrol控件、label控件、textbox控件、radiobutton控 件等组成，选择相应radiobutton控件，此控件后面的数值作为优化参数，并作为绘制性能 曲线的X或者Y轴值。
[0005] 步骤B、润滑性能计算 计算模块，当输入一次参数时，此窗口只显示此次参数对应的结果，"保存数据"按钮可 以把此次运算的结果保存到下一个窗口中，以便后续数据储存、比较以及绘制曲线。
[0006] 步骤C、结果存储和性能曲线绘制 该模块由两个panel组成，一个panel中包含checkbox控件、label控件、textbox控 件中multiline属性设置为true。右侧panel由chart控件与button控件所组成。"保存 到电脑中"控件可以把6个textbox控件中的内容均保存到电脑中，以为后续的研究与分 析。当"绘制曲线"按钮被单击时，如果没有选择绘制曲线的XY轴坐标的话，它将会提示， 但"变量"必须作为绘制曲线的XY轴其中一个。
[0007] 步骤D、性能优化 该模块是通过参数的调节使得油腔压力、油膜温度、油膜厚度、工作台旋转速度和承载 能力等性能参数到达最优值，最终确定优化后的静压推力轴承的结构参数、运行工况参数 和润滑参数。
[0008] (1) 一个双矩形导轨支座有效承载面积
(2)导轨油腔压力
式中为满载时导轨油腔压力为旋转工作台自重；(?为所加工工件重量；^为 切削力。
[0009] (3)满载时导轨流量
式中：1为导轨油膜厚度；_为润滑油粘度。
[0010] (4) 出油液阻
(5) 摩擦转矩
式中：邐为双矩形油腔个数；F为双矩形油垫中心距回转中心的半径为封油边面 积；_为油腔面积；I为油腔深度。
[0011] (6)温升
(6) 式中：_为供油系统功率消耗为静压功率消耗;为动压功率消耗;g为润滑油 比热；P为润滑油密度;为总流量。
[0012] (7)单个支座油膜刚度
根据上述计算所得的性能进行综合评价，得到其最优润滑性能，并实现润滑性能预测。
[0013] 步骤E、润滑性能预报 该模块可以实现静压推力轴承流量、刚度、压力、油膜刚度和液阻等润滑性能参数预 测。
[0014] 发明效果 本发明方法依据润滑理论和摩擦学原理推导润滑性能的理论计算公式，并利用自编 可视化程序获得实际工况下双矩形腔静压推力轴承油膜压力场、温度场和速度场等润滑参 数，并对润滑性能综合指标进行优化，得到其最优润滑性能，揭示静压推力轴承的润滑机理 和影响规律，实现润滑性能预测。为静压推力轴承实现高速重载奠定了技术基础，为静压 推力轴承的设计提供重要参考依据，最终实现静压推力轴承的结构优化设计和润滑性能预 报，避免出现静压轴承润滑失效，为设计更合理的静压轴承结构提供有价值的理论依据，数 值模拟结果具有更重要的实用价值。在工程实际中，利用该方法对立式数控机床双矩形腔 静压推力轴承进行了结构优化以及对润滑性能实现了预测，以保证其正常、安全运行并未 发生干摩擦和边界润滑。该方法经实践验证可缩短设计周期近2个月，在保证原有精度前 提下，立式数控车床旋转速度提高了近60%左右。
【附图说明】
[0015] 此方法利用visual basic, net软件进行编程，共分为4个窗口。
[0016] 第一个窗口命名为哈尔滨理工大学，其中包括此方法的名称双矩形油腔静压推力 轴承润滑性能预报软件系统，发明人所在地点名称哈尔滨理工大学机电一体化实验室，通 过"进入"按钮进入第二个窗口。
[0017] 第二个窗口 ：输入需要计算油膜的压力、刚度、油膜厚度以及液阻等的相关参数。
[0018] 第三个窗口 ：显示结果。
[0019] 第四个窗口 ："保存到电脑中"按钮能够实现数据保存功能，将优化参数、流量、油 膜刚度、油膜厚度等数据保存至电脑中，以便后续的查看与分析。"绘制曲线"按钮，通过选 择左侧两个变量作为XY轴进行绘制曲线，其中"变量"必须选择，选择这个"变量"即为优 化参数，因此可通过绘制曲线的方式比较优化参数与其他参数的关系，找出静压推力轴承 的最优润滑条件下的最佳参数，实现双矩形油腔静压推力轴承润滑性能优化和预测。
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