CN111322511B - 一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，包括以下步骤：分析静压转台恒线速度运行特点；根据静压转台油垫周期分布特点，取单个矩形油腔分析，将矩形油腔分成A区域和B区域，设定静压转台恒线速度方向以及根据油垫的基本参数设定坐标系；根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流速；根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流量；将静压转台恒线速度运行润滑油流量与稳态流量参考值比较，若低于参考值则及时更换。本发明对有效预测静压转台恒线速度运行油膜润滑性能，提高静压转台上被加工工件表面质量有着重要意义。

Description

一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法

技术领域

本发明属于油膜润滑性能检测技术领域，具体涉及一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法。

背景技术

恒线速度切削功能是高档数控车床必不可少的一项功能，采用该功能可以提高加工效率，并保证被加工面表面质量一致性，具有广阔的应用前景。在该模式下，主轴转速随着工件直径变化不断改变，静压轴承间隙油膜始终处于由一种稳定工作状态向另一种稳定工作状态不断转变的过程，这就使油腔压力存在波动，进而对运行精度产生影响。基于此，本发明对双矩形腔静压推力轴承在转台恒线速度运行状态下的润滑特性进行理论分析，根据恒线速度运行特点，剖析缝隙油膜流动机理。根据流体润滑理论，推导出非定常间隙流速方程、瞬时流量方程，建立恒线速度运行工况下的静压转台油膜润滑性能预测模型。此发明目的是为了预测静压转台恒线速度运行油膜润滑性能，提高静压转台上被加工工件表面质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，通过对双矩形腔静压推力轴承转台恒线速度运行状态下的润滑特性进行理论分析，剖析缝隙油膜流动机理，推导出非定常间隙流速方程、瞬时流量方程，包括以下步骤：

步骤A、分析静压转台恒线速度运行特点，其中具有加速度边界的缝隙流动的流速场由三部分组成：一是由出入口压差引起的流动，流速场呈抛物线型分布，称为“压力流动”；二是由上平板移动对粘性流体产生剪切作用引起的流动，其速度在平板间呈线性分布，称为“剪切流动”；三是由上平板的加速度引起的瞬态流动，速度场呈非线性分布，称为“加速度流动”；

步骤B、根据静压转台油垫周期分布特点，其中油垫在径向分布着两个矩形油腔及两个入油孔，取单个矩形油腔分析，将矩形油腔分成A区域和B区域，设定静压转台恒线速度方向以及根据油垫的基本参数设定坐标系；

步骤C、根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流速：

步骤D、根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流量：

步骤E、将润滑油流速和润滑油流量与标准参考值比较，若低于参考值则及时更换。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤B具体为：设定A区域为矩形油腔的左侧封油边，B区域为矩形油腔的右侧封油边，设定矩形油垫长边方向为x轴，宽边方向为y轴，油膜厚度方向为z轴。

上述的步骤C具体为：

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫A区域润滑油流速方程如下：

其中

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫B区域润滑油流速方程如下：

其中

上式(1)、(2)中的λ_n＝nπ/h，u(x,y,z,t)为时间t时位置(x,y,z)处流体速度，ω₀为初始角速度，α为角加速度，p为流体压力，h为油膜厚度，ν为流体运动粘度，μ为流体动力粘度。

上述的步骤D具体为：

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫A区域润滑油流量方程如下：

Q_A(t)＝Q_A,1+Q_A,2 (3)

其中

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫B区域润滑油流量方程如下：

Q_B(t)＝Q_B,1+Q_B,2 (4)

其中

上式(3)、(4)中的Q_A(t)为时间t时A区域流量，Q_B(t)为时间t时B区域流量，Q_A,1为A区域的稳态流量，Q_A,2为A区域的瞬态流量，Q_B,1为B区域的稳态流量，Q_B,2为B区域的瞬态流量，ω₀为初始角速度，α为角加速度，ΔP油腔内外压力差，h为油膜厚度，μ为流体动力粘度，ν为流体运动粘度，l₁为油垫封油边宽度，R₁为矩形腔内侧中点与旋转中心距离，R₂为矩形腔外侧中点与旋转中心距离。

上述的静压转台顺时针旋转，左侧封油边A区域的“压力流动”流速方向与“剪切流动”流速方向相反，而右侧封油边B区域的“压力流动”流速方向与“剪切流动”流速方向相同。

本发明的有益效果：

本发明主要是确定了静压转台恒线速度运动时润滑油膜流动机理，求解了具有加速度边界的间隙油膜流动速度场，分析得到了速度场随时间发展的规律；推导出非定常间隙流速方程、瞬时流量方程，建立恒线速度运行工况下的静压转台油膜润滑性能预测模型；本发明对有效预测静压转台恒线速度运行油膜润滑性能，同时提高静压转台上被加工工件表面质量有着重要意义。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的油膜流速分布图；

图3是本发明的静压圆导轨油垫图；

图4是本发明的单个矩形油垫图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明为一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，通过对双矩形腔静压推力轴承转台恒线速度运行状态下的润滑特性进行理论分析，剖析缝隙油膜流动机理，推导出非定常间隙流速方程、瞬时流量方程，包括以下步骤：

步骤A：分析静压转台恒线速度运行特点，其中具有加速度边界的缝隙流动的流速场由三部分组成：一是由出入口压差引起的流动，流速场呈抛物线型分布，称为“压力流动”；二是由上平板移动对粘性流体产生剪切作用引起的流动，其速度在平板间呈线性分布，称为“剪切流动”；三是由上平板的加速度引起的瞬态流动，速度场呈非线性分布，称为“加速度流动”。

步骤B：确定重点研究区域及研究参数。见附图2，根据静压转台油垫周期分布特点，该油垫在径向分布着两个矩形油腔及两个入油孔，取单个矩形油腔分析。设定静压转台恒线速度顺时针运行，这个矩形油腔的周向两侧封油边为重点研究区域；见附图3，设定左侧封油边为A区域，右侧封油边为B区域，矩形油垫长边方向为x轴，宽边方向为y轴，油膜厚度方向为z轴。

步骤C：根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流速，具体为：

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫A区域润滑油流速方程如下：

其中

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫B区域润滑油流速方程如下：

其中

上式(1)、(2)中的λ_n＝nπ/h，u(x,y,z,t)为时间t时位置(x,y,z)处流体速度，ω₀为初始角速度，α为角加速度，p为流体压力，h为油膜厚度，ν为流体运动粘度，μ为流体动力粘度。

步骤D：根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流量，具体为：

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫A区域润滑油流量，根据工作台镜板做绕轴转动，y方向上各点处的线速度均不同，且油膜厚度上也存在速度梯度，而对x方向速度影响不大，则将公式(1)在区域A内的进行二重积分如下：

由流速场由瞬态项与稳态项线性叠加得到，分开求解各项的积分，得到区域内流量为：

式中，有：

对流经A区域的润滑油，压力在x方向上呈线性分布，有dp/dx＝-ΔP/l₁，剪切流动与压力流动方向相反，则流经A区域的润滑油流量为：

Q_A(t)＝Q_A,1+Q_A,2 (5)

其中

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫B区域润滑油流量方程如下：

Q_B(t)＝Q_B,1+Q_B,2 (6)

其中

上式(3)-(6)中的Q_A(t)为时间t时A区域流量，Q_B(t)为时间t时B区域流量，Q_A,1为A区域的稳态流量，Q_A,2为A区域的瞬态流量，Q_B,1为B区域的稳态流量，Q_B,2为B区域的瞬态流量，ω₀为初始角速度，α为角加速度，ΔP油腔内外压力差，h为油膜厚度，μ为流体动力粘度，ν为流体运动粘度，l₁为油垫封油边宽度，R₁为矩形腔内侧中点与旋转中心距离，R₂为矩形腔外侧中点与旋转中心距离。

步骤E：将静压转台恒线速度运行润滑油流量与稳态流量参考值比较，若低于参考值则及时更换。

其中当静压转台顺时针旋转，左侧封油边A区域的“压力流动”流速方向与“剪切流动”流速方向相反，而右侧封油边B区域的“压力流动”流速方向与“剪切流动”流速方向相同。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，其特征在于：通过对双矩形腔静压推力轴承转台恒线速度运行状态下的润滑特性进行理论分析，剖析缝隙油膜流动机理，推导出非定常间隙流速方程、瞬时流量方程，包括以下步骤：

步骤A：分析静压转台恒线速度运行特点，其中具有加速度边界的缝隙流动的流速场由三部分组成：一是由出入口压差引起的流动，流速场呈抛物线型分布，称为“压力流动”；二是由上平板移动对粘性流体产生剪切作用引起的流动，其速度在平板间呈线性分布，称为“剪切流动”；三是由上平板的加速度引起的瞬态流动，速度场呈非线性分布，称为“加速度流动”；

步骤B：根据静压转台油垫周期分布特点，其中油垫在径向分布着两个矩形油腔及两个入油孔，取单个矩形油腔分析，将矩形油腔分成A区域和B区域，设定静压转台恒线速度方向以及根据油垫的基本参数设定坐标系；

步骤C：根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流速；

步骤D：根据静压转台恒线速度方向和油垫的基本参数计算分析矩形油腔A区和B区润滑油流量；

步骤E：将静压转台恒线速度运行润滑油流量与稳态流量参考值比较，若低于参考值则及时更换。

2.根据权利要求1所述的一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，其特征在于：所述步骤B具体为：设定A区域为矩形油腔的左侧封油边，B区域为矩形油腔的右侧封油边，设定矩形油垫长边方向为x轴，宽边方向为y轴，油膜厚度方向为z轴。

3.根据权利要求1所述的一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，其特征在于：所述步骤C具体为：

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫A区域润滑油流速方程如下：

其中

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫B区域润滑油流速方程如下：

其中

上式(1)、(2)中的λ_n＝nπ/h，u(x,y,z,t)为时间t时位置(x,y,z)处流体速度，ω₀为初始角速度，α为角加速度，p为流体压力，h为油膜厚度，ν为流体运动粘度，μ为流体动力粘度。

4.根据权利要求1所述的一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，其特征在于：所述步骤D具体为：

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫A区域润滑油流量方程如下：

Q_A(t)＝Q_A,1+Q_A,2 (3)

其中

推导静压转台恒线速度运行时单个矩形腔油垫B区域润滑油流量方程如下：

Q_B(t)＝Q_B,1+Q_B,2 (4)

其中

上式(3)、(4)中的Q_A(t)为时间t时A区域流量，Q_B(t)为时间t时B区域流量，Q_A,1为A区域的稳态流量，Q_A,2为A区域的瞬态流量，Q_B,1为B区域的稳态流量，Q_B,2为B区域的瞬态流量，ω₀为初始角速度，α为角加速度，ΔP油腔内外压力差，h为油膜厚度，μ为流体动力粘度，ν为流体运动粘度，l₁为油垫封油边宽度，R₁为矩形腔内侧中点与旋转中心距离，R₂为矩形腔外侧中点与旋转中心距离。

5.根据权利要求1所述的一种静压转台恒线速度运行油膜润滑性能检测方法，其特征在于：在于当静压转台顺时针旋转，左侧封油边A区域的“压力流动”流速方向与“剪切流动”流速方向相反，而右侧封油边B区域的“压力流动”流速方向与“剪切流动”流速方向相同。

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