CN108256202A - 静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法 - Google Patents
静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108256202A CN108256202A CN201810029307.2A CN201810029307A CN108256202A CN 108256202 A CN108256202 A CN 108256202A CN 201810029307 A CN201810029307 A CN 201810029307A CN 108256202 A CN108256202 A CN 108256202A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transfer rate
- rotary table
- convection transfer
- calculating
- compare
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000205 computational method Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
一种静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法,旋转工作台对流换热系数的计算可以分为上表面和侧面两部分来计算,即上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板,侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。提出面积三分等法,计算旋转工作台上表面各部分对流换热系数。由于旋转工作台半径较大,在相同转速下不同位置处的放热系数差别较大,所以把旋转工作台上表面平分为三部分,最后求平均值,以计算出的平均值作为旋转工作台对流换热系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法,尤其涉及一种双矩形腔静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法。
背景技术
由于液体静压旋转工作台具有功耗低,寿命长,运行稳定,精度高等一些列优点,已成为大型数控装备的核心部件。近年来随着科学技术的不断进步,对于机床加工精度、加工尺寸、加工速度以及承载能力等方面都提出了越来越高的要求。但是在极端工况下静压旋转工作台热变形明显,因为极端工况下油膜发热量大温升高,会导致工作台温度不均匀变化,进而使工作台发生热变形。此外在不同的极端工况下静压旋转工作台的对流换热不相同,这进一步导致工作台的不均匀变形。针对此难题,以双矩形油腔静压支承旋转工作台为研究对象,依据摩擦学、润滑理论及传热学研究旋转工作台对流换热,获得静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法。
发明内容
一种静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法,旋转工作台对流换热系数的计算可以分为上表面和侧面两部分来计算,即上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板,侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。提出面积三分等法,计算旋转工作台上表面各部分对流换热系数。由于旋转工作台半径较大,在相同转速下不同位置处的放热系数差别较大,所以把旋转工作台上表面平分为三部分,最后求平均值,以计算出的平均值作为旋转工作台对流换热系数。
发明效果
本发明方法依据润滑理论、摩擦学原理和传热学理论,理论推导了静压推力轴承旋转工作台对流换热系数。这为静压推力轴承实现高速重载奠定了技术基础,为静压推力轴承散热和冷却设计提供重要参考依据。实践证明,利用该方法对立式数控机床静压推力轴承进行热优化设计,可以保证其正常、安全运行并未发生干摩擦和边界润滑现象,减少了停机调整时间,提高生产率25%,运行精度和稳定性提高40%。
附图说明
图1是静压推力轴承旋转工作台三维模型图。
图2是旋转工作台等面积平分图。
具体实施方式
可以通过以下技术方案来实现:
工作台对流系数的计算可以分为上表面和侧面两部分来计算,即上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板,侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。
因为旋转工作台的半径比较大,旋转工作台外缘和旋转中心处的表面线速度差别很大,所以旋转工作台表面附近空气的流态情况也不相同,因此旋转工作台与空气的对流换热强度差别比较大。为了获得更接近实际工作条件的仿真结果,根据结构与半径将工作台上表面分为等面积的三份,如图1所示,分别计算各部分对流换热系数。
因为三部分面积相等,根据公式(1)求解出Rx,Ry。
不同流动状态具有不同的放热系数,层流和紊流的区别在于雷诺数Re的大小。当Re<2320时,流动属于层流状态,当Re>104时为完全紊流状态。
所以,由层流转到紊流的临界速度为:
式中:ν为空气的运动粘度;r为工作台半径,单位为m。
由上式可以看出,半径越大临界速度越小。旋转工作台在极端工况下的流速为:
υ0=ωr=ω×10-3R(4)
当环境温度为20℃时空气的运动粘度ν=16.00×10-6m2/s,当υ0>υl时,工作台表面为紊流,当υ0≤υl时,工作台表面为层流。经计算发现工作台在32t-78.9r/min时候最内圈R2面上的流动状态υ0>υl。
由此可得在极端工况下工作台上表面空气流动状态恒为紊流,又因为工作台圆周外侧线速度远大于内侧线速度,所以工作台圆周外侧的空气流动状态也是紊流状态。根据不同的转速运用以上的公式分别计算出旋转工作台上表面在不同工作状态下、不同位置及旋转工作台外缘侧面所对应的雷诺数。
旋转工作台边缘外侧空气流动状态和旋转工作台上表面最外侧R1所对应的空气流动状态相同,所以旋转工作台边缘外侧雷诺数与Re1相等。
上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板,水平平板在计算时以板宽为定型尺寸,故以工作台半径R为定型尺寸。侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁,努谢尔数Nu用来衡量对流换热强度,其表达式为:
式中:λ为空气的导热系数,λ=2.30×10-2W/m·K,α为放热系数,r为半径。
在强迫对流的紊流状态下努谢尔数Nu还可表示为:
由于空气的普郎特数Pr≈常数,Prf/Prw≈1,上式可以简化为:
Nu=0.018Re0.8 (7)
故放热系数α为:
由式(8)可以计算出极端工况下旋转工作台外缘的放热系数。
由于旋转工作台半径较大,在相同转速下不同位置处的放热系数差别较大,所以把旋转工作台上表面平分为三部分,最后求平均值,以计算出的平均值作为旋转工作台的放热系数。
Claims (3)
1.提出静压支承旋转工作台上表面对流换热系数计算可以比拟为流体流过水平板,侧面对流换热系数计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。
2.提出面积三分等法,计算工作台上表面各部分对流换热系数;为了获得更接近实际工作条件的仿真结果,根据结构与半径将工作台上表面分为等面积的三份,分别计算各部分对流换热系数。
3.确定极端工况下工作台上表面空气流动状为紊流,又因为工作台圆周外侧线速度远大于内侧线速度,所以工作台圆周外侧的空气流动状态也是紊流状态,旋转工作台边缘外侧空气流动状态和旋转工作台上表面最外侧所对应的空气流动状态相同。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810029307.2A CN108256202B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810029307.2A CN108256202B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108256202A true CN108256202A (zh) | 2018-07-06 |
CN108256202B CN108256202B (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=62727160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810029307.2A Expired - Fee Related CN108256202B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108256202B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102867088A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-01-09 | 西安交通大学 | 一种应用于电主轴稳态温度场的热网络建模方法 |
US20150013392A1 (en) * | 2010-08-30 | 2015-01-15 | Corning Incorporated | Apparatus and method for heat treating a glass substrate |
CN105022900A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-11-04 | 电子科技大学 | 基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法 |
CN105608284A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-05-25 | 北京航空航天大学 | 一种快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法 |
CN106918623A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-04 | 青岛理工大学 | 纳米流体切削液热物理性质参数集成在线测量系统 |
-
2018
- 2018-01-12 CN CN201810029307.2A patent/CN108256202B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150013392A1 (en) * | 2010-08-30 | 2015-01-15 | Corning Incorporated | Apparatus and method for heat treating a glass substrate |
CN102867088A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-01-09 | 西安交通大学 | 一种应用于电主轴稳态温度场的热网络建模方法 |
CN105022900A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-11-04 | 电子科技大学 | 基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法 |
CN105608284A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-05-25 | 北京航空航天大学 | 一种快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法 |
CN106918623A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-04 | 青岛理工大学 | 纳米流体切削液热物理性质参数集成在线测量系统 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
杨晓冬: ""大尺度恒流静压支承温度场及变形场研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108256202B (zh) | 2022-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105022900B (zh) | 基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法 | |
Tang et al. | A novel model for predicting thermoelastohydrodynamic lubrication characteristics of slipper pair in axial piston pump | |
Shao et al. | The effect of oil cavity depth on temperature field in heavy hydrostatic thrust bearing | |
Tang et al. | Analysis of influence of different convex structures on cooling effect of rectangular water channel of motorized spindle | |
CN108133114A (zh) | 静压回转工作台对流换热系数计算方法 | |
CN105005705A (zh) | 一种改进的圆形静压油垫离心力计算方法 | |
Alhusseny et al. | Effects of centrifugal buoyancy on developing convective laminar flow in a square channel occupied with a high porosity fibrous medium | |
CN108241787A (zh) | 极端工况下静压回转工作台热特性研究方法 | |
CN108256202A (zh) | 静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法 | |
CN105784321B (zh) | 一种关于旋转翼型设备的实验装置 | |
Yu et al. | Study on lubrication performance of hydrostatic clearance oil film considering multi-factor coupling | |
Zuo et al. | Theoretical and experimental analysis of the centrifugal micro hydrodynamic axial-thrust bearing | |
CN203743207U (zh) | 鼓形槽复合节流空气静压导轨装置 | |
Zhu et al. | Adaptability of turbulence models to predict the performance and blade surface pressure prediction of a Francis turbine | |
CN103292975A (zh) | 油腔流场观测装置 | |
Zhang et al. | Flow criterion research on fluid in hydrostatic bearing from laminar to turbulent transition | |
Zhang et al. | Influence of pressure-equalizing groove on static load performance of aerostatic guideway | |
Zhang et al. | Analysis and simulation of straight-through labyrinth seal in hydrostatic support system | |
Zhang et al. | Application of dynamic mesh technology in the oil film flow simulation for hydrostatic bearing | |
CN108971528B (zh) | 一种机床主轴利用滑动轴承自动定心的方法及其装置 | |
Zhang et al. | Temperature Field of Hydrostatic Supporting disk in Different Viscosity and Rotational Speed | |
Lin et al. | Simulations of flow resistances in circular and square hydrostatic bearings | |
Zhang et al. | Numerical simulation of oil film dynamic characteristics in the bidirectional thrust bearing of a pumped storage unit | |
Liu et al. | Lubrication characteristics and thermal deformation of hydrostatic thrust bearing based on conjugate heat transfer | |
Akbar et al. | Analysis of the Effect of Tortuosity Porous Heatsink on Force Convection Heat Transfer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220419 |