CN110046449A - 影响静动压油垫润滑性能的最佳周向倾角确定方法 - Google Patents

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于晓东
周文凯
毕宏伟
伍广鹏
王宇
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Abstract

本发明涉及一种研究新型静动压混合静压支承结构在不同载荷下周向倾角对润滑性能影响的研究，以更好实现动静压混合润滑，达到预防摩擦失效效果，保证高速重载静压支承高精度稳定运行。全面考虑并分析温度场，压力场和流场的影响，得出不同极端工况下润滑性能最佳时油垫周向倾斜的最佳角度。在空载和载荷为12t的极端工况下，通过静动压油垫不同周向倾角的油膜压力场，温度场，流场，生成平均温度曲线和平均压力曲线进行对比分析，得出在极端工况为空载时周向倾角为0.002°，极端工况为12t时周向倾角为0.0025°时系统的平均温度最低，平均压力最高，流场中的油液粒子被剪切次数为最少，综合润滑性能最好。最后通过此方法，分析出其它极端工况中，润滑性能最佳时的周向倾角的大小。

Description

影响静动压油垫润滑性能的最佳周向倾角确定方法
技术领域
本发明涉及一种研究新型静动压混合静压支承结构在不同载荷下油垫周向倾角对润滑性能影响的研究，以更好实现动静压混合润滑，达到预防摩擦失效的效果，保证高速重载静压支承高精度稳定运行。
背景技术
液体静压推力轴承由于具有众多优点，已成为大型机械、宇航、船舶和国防军工等国家重点行业中大型数控装备的核心部件。随着科技的发展，生产制造过程中对其承载能力和精度的要求越来越高，而液体静压推力轴承在高速重载工况下运行时，润滑油膜受到强挤压与强剪切，润滑油温度升高，油膜变薄，局部形成边界润滑或干摩擦，进而经常出现摩擦学失效现象，并且旋转速度越高摩擦学失效的概率越大。高速重载工况下油膜剪切发热和支承油膜受到非常大的压力，工作台与油垫间的油液膜厚变薄，摩擦副之间形成边界润滑甚至出现工作台与油垫的直接摩擦，导致摩擦学失效的现象频繁发生。并且旋转速度越高摩擦学失效的概率越大、发生的时间也越短。为攻克此关键难题，本文提出新型静动压油垫，利用动压补偿静压承载力。依据计算流体动力学和先进润滑理论建立静动压油垫润滑性能模型，借助有限差分和有限元体积等离散化方法分析，研究极端工况时油垫倾斜角度对润滑性能的影响，获得最佳综合润滑性能，设计一种新型静动压混合静压支承结构，实现动静压混合润滑。
发明内容
一种研究不同载荷下周向倾角对润滑性能的影响的方法，首先通过对空载极端工况下，油垫周向倾角为0°至0.005°时的轴承润滑性能进行分析，即将空载不同周向倾角压力场，温度场，流场进行对比分析，总结和整理，生成平均温度曲线和平均压力曲线。
其次在12t极端工况下研究周向倾角对润滑性能的影响，油垫周向倾角仍为0°至0.005°时轴承润滑性能进行分析，总结和整理后生成平均温度曲线和平均压力曲线。最后研究其它载荷极端工况下周向倾角对润滑性能的影响，仍按照上述方法进行可以得出其他载荷极端工况下，润滑性能最佳时的周向倾角大小。最终得出：空载极端工况，周向倾角为0.002°时，润滑性能最佳；4t极端工况，周向倾角为0.0035°时，润滑性能最佳；8t极端工况，周向倾角为0.0020°时，润滑性能最佳；12t极端工况，周向倾角为0.0025°时，润滑性能最佳；16t极端工况，周向倾角为0.0020°时，润滑性能最佳；20t极端工况，周向倾角为0.0015°时，润滑性能最佳；24t极端工况，周向倾角为0.0005°时，润滑性能最佳；28t极端工况，周向倾角为0.0010°时，润滑性能最佳；32t极端工况，周向倾角为0.0020°时，润滑性能最佳。
本发明方法依据润滑原理、摩擦学原理、通过ICEM CFD软件对模型进行网格划分，借助ANSYS CFX软件进行仿真分析，并设定边界条件。最后发现了在不同载荷下周向倾角对润滑的作用，并且得出了最佳倾角。为静动压混合式静压支承润滑性能的研究提供了强有力的方法，为研究其润滑性能提供了重要的参考依据。应用该方法可以更有效的找到最佳周向倾角，为生产实际中获得更好的润滑性能提供了理论依据。
附图说明
图1是0t-228.9r/min时不同周向倾角的平均温度曲线。
图2是0t-228.9r/min时不同周向倾角的平均压力曲线。
图3是12t-182.3r/min时不同周向倾角平均温度曲线。
图4是12t-182.3r/min时不同周向倾角平均压力曲线。
图5是解决办法流程图。
具体实施方式
可以通过以下技术方案来实现：
步骤一：.0建立好的油膜模型通过相关接口另存为.x_t文件。通过ICEM CFD软件对模型进行网格划分，首先导入文件.x_t格式文件，通过ParaSolid专业接口对接，将单位设置为毫米；为了后续定义Part，需要删除模型原有出口面，在Geometry重新选取合适位置创建新的出口面；然后依次创建part：IN1、IN2、IN-WALL、OUT1、OUT3、OUT4、OUT-WALL、INTERFACE1、INTERFACE2、ROTATE2、ROTATE、ROTATE-WALL、WALL此类定义面。
步骤二：ck，建立拓扑结构以此划分结构网格。单击Blocking，选择Check Block选项。本文选用由下向上的划分方法，首先生成底部的block，然后按模型形状选用splitblock中的点化分拓扑结构，划分结束后，删除剩余无用的拓扑结构。调节vertex，使模型底部的Block与模型的厚度一致，完成拓扑结构的建立。将建立的拓扑结构的各个顶点边线与原模型的顶点边线依次对应，相互映射。删除无用Block。
步骤三：网格映射完成之后，再在进油口位置进行拉伸拓扑结构。首先在进油口位置画两个中心点以便于划分为block；其次进入Blocking面板选择Check Block中的拉伸拓扑结构，将其拉伸至合适位置，在进行四边形与圆的映射，另一边同样操作。进油孔处为圆柱形，为了提高网格质量，应对其进行加密。采用结构化网格中的O-block网格生成方式。
步骤四：件进行仿真分析，设定边界条件。
步骤五：压混合静压支承油膜综合润滑性能仿真。
通过上述方法即可得出不同载荷下周向倾角对润滑性能的影响。

Claims (3)

1.通过研究不同极端工况下，不同的周向倾角对压力场，温度场和流场的影响，获得在不同极端工况下润滑性能达到最佳时的油垫周向倾斜角度。
2.选取的静动压油垫周向倾角在0°至0.0050°之间，每隔0.0005°取一值，分别在载荷为空载和12t两种极端工况情况下对静动压混合静压支承润滑性能进行综合分析，提出通过对比不同周向倾角在不同极端工况情况下的综合润滑性能，找到最佳周向倾角。
3.依据润滑原理、摩擦学原理、通过ICEM CFD软件对模型进行网格划分，借助ANSYSCFX软件进行仿真分析，并设定边界条件，最后发现了在不同载荷下周向倾角对润滑的作用，并且得出了最佳倾角。
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