一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法

一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法
【专利摘要】重型静压支承运行中的发热及温升属于热点问题，本发明通过流体数值求解方法获取重型静压支承的热油携带情况，得出不同载荷下的热油携带因子值，并与理论公式计算值对比，验证数值求解方法的准确性。此方法替代了传统复杂的公式推导过程，节省了计算周期，计算效率可提高两倍以上，目的是有效预测和求解工程上静压支承的热效应等问题。步骤A、创建重型静压支承单个油垫的热油携带面。步骤B、利用理论公式计算出face3、face2的面流量值及热油携带因子K的值。步骤C、确定重型静压支承数值模拟条件。步骤D、进行不同载荷下重型静压支承热油携带数值计算。步骤E、进行数据结果后处理。本发明应用于一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法。
【专利说明】
-种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法
技术领域
[0001] 本发明设及了一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法。
【背景技术】
[0002] 液体静压支承的润滑方式为流体膜润滑，属于全液体摩擦轴承，具有摩擦系数极 低、启动功率极小、支撑精度高、油膜刚度大、效率高、抗振动及使用寿命长等优点，因而在 机床制造业中得到较快的发展和应用。近年来，重型静压支承运行中的发热及溫升一直W 来是学者们研究的热点问题，本发明所设及到的多油垫式恒流重型静压支承，支承本体结 构尺寸很大，工作台运行线速度很高，其发热机理经过前期理论分析发现，除了油膜剪切及 系统发热导致润滑油膜溫升外，还有一部分热源来源于热油携带。因此，本发明提出一种不 同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法，目的是为了获取重型静压支承不同工况下 的热油携带情况，提高静压支承运行可靠性。

【发明内容】

[0003] 本发明是要解决现有计算方法对静压支承热油携带问题求解的准确性及效率较 差的现状，为此而提供了一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法。
[0004] -种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法按W下步骤实现： 步骤A、创建重型静压支承单个油垫的热油携带面如下： 为了在数值模拟中能够更直观的表达出热油携带情况，W圆导轨中的1/24即单个油垫 为研究对象，如图1所示，在油膜单个油垫上设置了截面3,命名为face3,此截面位于单个油 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设置了截面2,命名为 化ce2。需要说明的是，face3和化ce2分别代表承载油膜处即最薄油膜处的横截面情况。
[0005] 步骤B、利用前期推导得出的热油携带计算公式，将本发明设及的重型静压支承结 构参数及工况参数代入，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。
[0006] 步骤C、确定重型静压支承数值模拟条件： 依据重型静压支承实际工作中的承载情况，分别在化、2化、4化、6化、8化、loot、12化、 140t、16化九种承载工况下对单个油垫油膜模型进行数值模拟，考虑到理论计算结果分析 得出的结论，选择对热油携带现象具有转折性影响的转速进行数值计算，即模拟工作台逆 时针旋转在化/min转速下九种承载工况的热油携带情况。
[0007] 步骤D、进行不同载荷下重型静压支承热油携带数值计算。
[0008] 步骤E、进行数据结果后处理，得出不同载荷下的face3和face2的流量变化值数值 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 重型静压支承热油携带数值求解方法的有效性。
[0009] 发明效果： 本发明通过流体数值模拟的方法获取重型静压支承的热油携带情况，得出了不同载荷 下的热油携带因子值，通过模拟值和理论公式计算值进行了对比，吻合情况较好，验证了数 值求解方法的准确性。此方法可W推广到其它系列化的静压支承结构中，替代了传统复杂 的公式推导过程，节省了计算周期，计算效率可提高两倍W上，更能有效的预测和求解工程 上静压支承的热效应等问题。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明单个油垫封油边处化ce3与化ce2位置图； 图2至19是【具体实施方式】中不同载荷下的face3和face2的流量模拟值； 图20是【具体实施方式】中热油携带因子变化曲线。
【具体实施方式】
[0011] -种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法按W下步骤实现： 步骤A、创建重型静压支承单个油垫的热油携带面如下： 为了在数值模拟中能够更直观的表达出热油携带情况，W圆导轨中的1/24即单个油垫 为研究对象，如图1所示，在油膜单个油垫上设置了截面3,命名为face3,此截面位于单个油 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设置了截面2,命名为 化ce2。需要说明的是，face3和化ce2分别代表承载油膜处即最薄油膜处的横截面情况。
[0012] 当大尺度静压支承旋转工作台逆时针旋转时，face3的流量代表了单个油垫封油 边周向右侧流体域流出或流入的总流量，由于多油垫静压支承间隙油膜流动情况的周期 性，所Wface2流量可W代表单个油垫封油边左侧流体域流量，同时也能够代表上一个油垫 参加剪切过的油膜流出总流量。
[0013] 步骤B、利用前期推导得出的热油携带计算公式，将本发明设及的重型静压支承结 构参数及工况参数代入，列出了表B中的热油携带情况的理论计算值，包括化ce3和化ce2的 面流量值及热油携带因子K的值。
[0014] 亲B化/min时不同裁補T細下的03、Q9、K理论值
步骤C、确定重型静压支承数值模拟条件： 依据重型静压支承实际工作中的承载情况，分别在化、2化、4化、6化、8化、loot、12化、 140t、16化九种承载工况下对单个油垫油膜模型进行数值模拟，考虑到理论计算结果分析 得出的结论，选择对热油携带现象具有转折性影响的转速进行数值计算，即模拟工作台逆 时针旋转在化/min转速下九种承载工况的热油携带情况。
[0015] 步骤D、进行不同载荷下重型静压支承热油携带数值计算： 步骤Dl、打开流体力学计算软件，通过Fi Ie中的Import导入网格模型文件 jingyazhicheng. 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=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-Boundary Conditions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- f low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。
[0016] 步骤E、进行数据结果后处理，得出了如图2至19所示不同载荷下的face3和face2 的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20为对比曲线图，通 过对比验证此发明的重型静压支承热油携带数值求解方法的有效性。
[0017] 本实施方式效果： 通过本发明的数值计算结果分析可知，化/min转速下热油携带系数K随着载荷变化的 公式值与模拟值变化规律一致，当载荷小于60吨时，热油携带因子随着载荷的增加而减小， 当载荷大于60吨时，静压支承无热油携带情况发生，运与理论公式计算得出的结论一致，验 证了数值求解方法的准确性。此方法可W推广到其它系列化的静压支承结构中，替代了传 统复杂的公式推导过程，节省了计算周期，提高了计算效率，更能有效的预测和求解工程上 静压支承的热效应等问题。
【主权项】
1. 一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法，其特征在于通过流体数值模 拟的方法获取重型静压支承的热油携带情况，得出了不同转速下的热油携带因子值，通过 模拟值和公式计算值进行对比，验证数值求解方法的准确性； 此方法可以推广到其它系列化的静压支承结构中，替代了传统复杂的公式推导过程， 节省了计算周期，计算效率可提高两倍以上，更能有效的预测和求解工程上静压支承的热 效应等问题； 本发明是要解决现有计算方法对静压支承热油携带问题求解的准确性及效率较差的 现状，为此而提供了一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法； 一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法按以下步骤实现： 步骤A、创建重型静压支承单个油垫的热油携带面如下： 为了在数值模拟中能够更直观的表达出热油携带情况，以圆导轨中的1/24即单个油垫 为研究对象，在油膜单个油垫上设置了截面3,命名为face3,此截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设置了截面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，将本发明涉及的重型静压支承结构参 数及工况参数代入，列出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、确定重型静压支承数值模拟条件： 依据重型静压支承实际工作中的承载情况，分别在0t、20t、40t、60t、80t、100t、120t、 140t、160t九种承载工况下对单个油垫油膜模型进行数值模拟，考虑到理论计算结果分析 得出的结论，选择对热油携带现象具有转折性影响的转速进行数值计算，即模拟工作台逆 时针旋转在2r/min转速下九种承载工况的热油携带情况； 步骤D、进行不同载荷下重型静压支承热油携带数值计算； 步骤E、进行数据结果后处理，得出不同载荷下的face3和face2的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重型 静压支承热油携带数值求解方法的有效性。2. 根据权利要求1所述的一种不同载荷下重型静压支承热油携带数值求解方法，其特 征在于当载荷小于60吨时，热油携带因子随着载荷的增加而减小，当载荷大于60吨时，静压 支承无热油携带情况发生，这与公式计算得出的结论一致，验证了数值求解方法的准确性； 此方法可以推广到其它系列化的静压支承结构中，替代了传统复杂的公式推导过程， 节省了计算周期，提高了计算效率，更能有效的预测和求解工程上静压支承的热效应等问 题。
【文档编号】G06F17/50GK106021729SQ201610340438
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】张艳芹, 刘国良, 郭丽丽, 程海阔, 戴春喜, 邵俊鹏
【申请人】哈尔滨理工大学