CN111503141B - 一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法，包括以下步骤：分析膜厚与油膜压力损失变化关系，确定油膜膜厚变化参数；根据油膜膜厚变化参数建立油膜膜厚预测模型；根据油膜膜厚预测模型对静压滑动轴承进行流量补给。本发明实现了预防边界润滑或者干摩擦现象，同时提高了滑动轴承运行的可靠性。

Description

一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法

技术领域

本发明属于数控加工设备控制技术领域，具体涉及一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法。

背景技术

滑动轴承因承载能力强、旋转精度高、吸振性好等优点，在现代工业中应用十分广泛。流体膜滑动轴承是最常用的滑动轴承之一，其工作原理是通过润滑油油膜将滑动表面分开不发生直接接触，可以减小零件的摩擦损失和表面磨损。

作为数控加工装备的关键部件，采用流体膜润滑时，轴承转台高速运行和静压损失极易造成失油，而这部分油膜压力损失会使油膜厚度减小，当油膜厚度减小到一定程度时，会导致静压滑动轴承发生润滑失效，加剧零件的表面磨损，影响滑动轴承的运行精度。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法，保证了滑动轴承的运行精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法，包括以下步骤：

分析膜厚与油膜压力损失变化关系，确定油膜膜厚变化参数；

根据油膜膜厚变化参数建立油膜膜厚预测模型；

根据油膜膜厚预测模型对静压滑动轴承进行流量补给。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，上述油膜膜厚变化参数包括：油液初始动力粘度μ₀，温度升高到t时油液动力粘度μ_t，供油流量Q，离心力引起的惯性流量Q_ω，油垫长度l，油垫宽度b，环形封油边宽度m。

进一步地，上述建立膜厚预测模型具体包括以下步骤：

根据油膜膜厚变化参数计算滑动轴承静压损失影响下的油腔压力P₁，计算公式为：

计算产生静压损失后的油膜厚度h₁，计算公式为：

建立不同工况下的油膜膜厚预测模型。

进一步地，上述对静压滑动轴承进行流量补给包括以下步骤：

预设初始油膜膜厚h＝h₀，得到滑动轴承油膜的减薄量Δh＝h₀-h₁；

计算保证油膜厚度所需的补给流量ΔQ，计算公式为：

根据保证油膜厚度所需的补给流量ΔQ对静压滑动轴承进行流量补给。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法通过分析膜厚与油膜压力损失变化关系，确定油膜膜厚变化参数；然后建立油膜膜厚预测模型，再根据油膜膜厚预测模型为不同工况下的静压滑动轴承进行流量补给，可以实现预防边界润滑或者干摩擦现象，同时提高了滑动轴承运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的滑动轴承结构示意图。

图3为本发明的静压损失影响下的膜厚变化曲线示意图。

图4为本发明的压力损失率与膜厚关系曲线示意图。

具体实施方式

现在结合附图1-4对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，在本发明的其中一个实施例中，滑动轴承的外负载W不变，油腔平均压力也不变，运行时是依靠油膜变薄增大油膜刚度的方式去补偿静压损失，保证轴承的承载力；若需进一步保证轴承的精度，就需要进行流量的补给来维持油膜厚度。

基于滑动轴承静压损失的流量补给方法通过以下步骤实现：

步骤一：分析膜厚与油膜压力的变化关系，确定滑动轴承运行时影响油膜厚度变化的参数。

如图4所示，其中，滑动轴承运行中压力与膜厚循环变化过程为：油膜压力损失增加会使油膜厚度减小，油膜厚度变薄致使油膜刚度增大，刚度增大所产生的承载力又可以与外负载相平衡，这就使滑动轴承进入到一个新的平衡状态，但当新平衡状态油膜很薄时，易出现边界润滑，需要进行一定的流量补给，使轴承始终处于流体膜润滑状态。

如图3所示，在本发明的其中一个实施例中，油膜厚度的变化与流量、液压油粘度、油腔压力和油腔结构尺寸有关，具体地，包括以下参数：温度升高到t时油液动力粘度μ_t，供油流量Q，离心力引起的惯性流量Q_ω，油垫长度l，油垫宽度b，环形封油边宽度m。并且，油膜压力损失越大，油膜越薄，油膜厚度变薄所需要的补给流量与油膜厚度差的三次方成正比。

步骤二：由滑动轴承的工作原理可知，负载不变，油腔平均压力也不变，设置初始膜厚h＝h₀时，可得初始油腔压力为：

其中，μ₀为油液初始动力粘度。

当滑动轴承运行产生压力损失后，油膜厚度会变薄来补偿压力损失，此时油膜厚度h＝h₁，油腔压力为P₁，可得：

步骤三：根据步骤二中油腔压力P₁的计算公式可以建立滑动轴承静压损失影响下的膜厚预测模型：

其中，通过公式(2)可以推导出公式(3)，即油膜厚度h＝h₁时的计算公式，油腔压力P₁可以通过传感器测量，也可以通过理论计算获得，在根据公式(3)计算出各个工况下的油膜膜厚，为不同工况下静压滑动轴承的流量补给提供理论依据。

步骤四：滑动轴承油膜的减薄量Δh＝h₀-h₁，则对应的保证油膜厚度所需的补给流量ΔQ为：

如图3和图4所示，本发明主要是建立了滑动轴承静压损失影响下的膜厚预测模型，通过分析预测模型发现，油膜厚度的变化与流量、液压油粘度、油腔压力和油腔结构尺寸有关。并且，油膜压力损失越大，油膜越薄。油膜厚度变薄所需要的补给流量与油膜厚度差的三次方成正比。该发明可对滑动轴承不同工况参数下的油膜厚度进行预测，可为不同工况下静压滑动轴承的流量补给提供理论依据，对预防边界润滑或者干摩擦现象同时提高滑动轴承运行可靠性有实际意义。

如图3和图4所示，在本发明的其中一个实施例中，选用一种腔静压滑动轴承，按照公式(3)计算不同载荷和转速工况下的油膜厚度值，同时使用6DOF动网格方法进行模拟及实验，得到了不同工况下压力损失引起的油膜厚度变化规律，由不同载荷和转速工况时压力损失下的膜厚变化曲线可知，当负载一定时，转速越高，油膜厚度损失越大，在初始膜厚相同的条件下，转速相同时，负载越小，油膜厚度损失反而越大，说明油膜厚度损失与流量密切相关；由压力损失率和油膜厚度的关系曲线可知，油膜厚度随压力损失率的增加而减小，说明油膜厚度的变化是由压力损失引起的，并且油膜压力与油膜厚度存在对应关系，也证明了该研究方法的正确性，可对滑动轴承不同工况参数下的油膜厚度进行预测，可为不同工况下静压滑动轴承的流量补给提供理论依据。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

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 (2)

1.一种基于滑动轴承静压损失的流量补给方法，其特征在于，包括以下步骤：

分析膜厚与油膜压力损失变化关系，确定油膜膜厚变化参数；

根据油膜膜厚变化参数建立油膜膜厚预测模型；

根据油膜膜厚预测模型对静压滑动轴承进行流量补给；

所述油膜膜厚变化参数包括：油液初始动力粘度μ₀，温度升高到t时油液动力粘度μ_t，供油流量Q，离心力引起的惯性流量Q_ω，油垫长度l，油垫宽度b，环形封油边宽度m；

所述建立膜厚预测模型具体包括以下步骤：

根据油膜膜厚变化参数计算滑动轴承静压损失影响下的油腔压力P₁，计算公式为：

计算产生静压损失后的油膜厚度h₁，计算公式为：

建立不同工况下的油膜膜厚预测模型。

2.根据权利要求1所述的基于滑动轴承静压损失的流量补给方法，其特征在于，所述对静压滑动轴承进行流量补给包括以下步骤：

预设初始油膜膜厚h＝h₀，得到滑动轴承油膜的减薄量Δh＝h₀-h₁；

计算保证油膜厚度所需的补给流量ΔQ，计算公式为：

根据保证油膜厚度所需的补给流量ΔQ对静压滑动轴承进行流量补给。

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