一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法
【專利摘要】一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，本發(fā)明涉及建立潤滑油膜模型的方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有建立油膜模型的方法對工件效率與精度有誤差的問題，而提供了一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，步驟1：建立工作臺、底座、兩側(cè)托瓦、平底深油腔中間托瓦和初始油膜的模型，并將工作臺、底座與托瓦裝配；步驟2：前處理初始油膜的模型；步驟3：在workbench中建立流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析；步驟4：封閉工作臺和油腔之間的間隙；步驟5：獲取間隙潤滑油膜的模型。在實(shí)際應(yīng)用中，使用該方法驗(yàn)證的大型機(jī)床對其潤滑油流量的合理控制，以保證其正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)并避免發(fā)生干摩擦和邊界潤滑等潤滑失效的情況。
【專利說明】一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明屬于一種建立潤滑油膜模型的方法，具體涉及的是一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
重型數(shù)控加工在航空航天、重型船舶、鋼鐵、石油等領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。靜壓中心架是重型數(shù)控機(jī)床中支承回轉(zhuǎn)軸類工件并使其進(jìn)行加工的部件，能夠同時(shí)承受垂直和水平兩個(gè)方向的載荷。與其他支撐類工件相比，具有較小的摩擦阻力、更長的使用壽命、對轉(zhuǎn)速的要求較低、發(fā)生震動(dòng)時(shí)更穩(wěn)定等益處，能夠滿足高加工精度的要求。在靜壓中心架的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化上，之前的研究往往局限在靜壓中心架支撐油膜特性、靜壓中心架支撐塊的改進(jìn)或者是靜壓中心架的潤滑方法上，缺少對靜壓中心架工作支撐變形后的間隙油膜的模型參數(shù)的參考數(shù)據(jù)。而靜壓中心架變形后的油膜潤滑特性對工件的加工精度和數(shù)控車床的工作性能都有直接影響，并能波及車床的穩(wěn)定性和使用壽命。
[0003]靜壓中心架在加工過程中由于長時(shí)間支撐工件旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致其因摩擦而發(fā)熱甚至產(chǎn)生局部的變形，但通過理論計(jì)算卻無法預(yù)知變形后的間隙油膜的模型參數(shù)。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明是要解決目前建立油膜模型的方法對工件的加工精度和數(shù)控車床的工作性能有很大影響的問題，而提供了一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，其特征在于:建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟1、依據(jù)試驗(yàn)機(jī)床的尺寸結(jié)構(gòu)與給定初始油膜厚度值，使用器具包括建立工作臺、底座、兩側(cè)托瓦、平底深油腔中間托瓦和初始油膜的模型，并將工作臺、底座與托瓦裝配，導(dǎo)出 zhengtizhuangpe1.x_t 和 chushiyoum0.x_t 文件；
步驟2、用CFD軟件對初始油膜進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后，指定流體域邊界條件并輸出 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件，將 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件導(dǎo)入 FLUENT中，輸入油膜入口溫度Tin初值、油膜固定壁面溫度初值、油膜入口流量Q、出口壓力、旋轉(zhuǎn)壁面角速度和固定壁面邊界條件，然后進(jìn)行模擬計(jì)算進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析最終得到chushiyoum0.cas文件；
步驟3、在ANSYS WOERKBECH軟件中建立工作流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析:
步驟4、封閉工作臺的油腔之間的間隙，在UG中導(dǎo)入bxh.stp文件，將油腔四周拉伸，然后導(dǎo)出fb.x_t文件；其中，所述油腔腔四周拉伸高度保證嵌入與油膜接觸的中間托瓦的工作臺面，厚度保證與油膜接觸的中間托瓦工作臺面的平底深油腔邊界嵌入其中；
步驟5、得到間隙油膜的模型，實(shí)用ANSYS WOERKBECH軟件重新建立工作流程圖，添加Geometry幾何模塊將fb.x_t文件導(dǎo)入，經(jīng)布爾運(yùn)算和填充操作得到間隙油膜模型，即完成了一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法。[0006]所述步驟I中工作臺與底座采用1/4模型分析。
[0007]所述步驟3在ANSYS WOERKBECH軟件中建立工作流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析具體為:
步驟3-1、導(dǎo)入流體分析結(jié)果,添加FLUENT模塊,將步驟2中chushiyoum0.cas文件導(dǎo)入到FLUENT中重新迭代計(jì)算；
步驟3-2、導(dǎo)入裝配模型,添加Geometry幾何模塊，將步驟1中zhengtizhuangpei.x_t文件導(dǎo)入；
步驟3-3、熱分析,插入Steady-State Thermal模塊,設(shè)置工作臺、底座和平底深油腔的材料屬性，將流體分析結(jié)果導(dǎo)入到熱分析中，對裝配體分別劃分網(wǎng)格，設(shè)置熱載荷和熱邊界條件，然后進(jìn)行求解計(jì)算；
步驟3-4、線性靜力結(jié)構(gòu)分析,插入Static Structural模塊,將流體分析結(jié)果導(dǎo)入到線性靜力結(jié)構(gòu)分析中，插入載荷和約束，求解計(jì)算；
步驟3-5、更新變形后的實(shí)體模型，對工作臺和油腔重新畫網(wǎng)格；
步驟3-6、工作臺和平底深油腔有限元模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型，插入FE模塊，將步驟3-5中重新畫好的網(wǎng)格導(dǎo)入到FE中，調(diào)節(jié)容差和縫補(bǔ)公差得到實(shí)體模型；步驟3-7、導(dǎo)出工作臺和油腔實(shí)體，插入Geometry幾何模塊,在Geometry中將實(shí)體導(dǎo)出bxh.stp以便在三維建模軟件UG中進(jìn)行操作；
所述步驟3-3中所述工作臺和底座為灰口鑄鐵，油腔鋁，在材料屬性窗口填上對應(yīng)的密度、楊氏模量、泊松比和導(dǎo)熱系數(shù)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明方法通過計(jì)算機(jī)對現(xiàn)場實(shí)際工況進(jìn)行模擬，得出靜壓中心架承因摩擦受熱和受到壓力產(chǎn)生變形后的變形情況，對靜壓中心架熱力耦合變形后的潤滑油膜參數(shù)的獲取研究，獲取潤滑油膜參數(shù)，揭示靜壓中心架的變形對其支撐特性、潤滑特性的影響規(guī)律。這為靜壓中心架提高其支撐特性和潤滑特性提供了技術(shù)參考，為靜壓中心架的油腔設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)靜壓中心架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)靜壓中心架在工作過程中出現(xiàn)潤滑失效。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬過程符合實(shí)際工況，設(shè)計(jì)人員根據(jù)獲取變形后間隙油膜的模型參數(shù)可快速地獲取靜壓中心架承受熱和力產(chǎn)生變形后對其間隙油膜厚度影響的結(jié)果，數(shù)值模擬結(jié)果為靜壓中心架設(shè)計(jì)更合理的結(jié)構(gòu)提供了更有價(jià)值的理論依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，使用該方法驗(yàn)證的大型機(jī)床并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及對潤滑油流量的合理控制，以保證其正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)并避免發(fā)生干摩擦和邊界潤滑等潤滑失效的情況，在保證一定精度的前提下，能夠有效的提高機(jī)床的工作效率，可以使機(jī)床轉(zhuǎn)速普遍提高了 20%~50%，并能提高機(jī)床的使用壽命。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明流程圖；
圖2是本發(fā)明步驟3的具體流程圖；
圖3是【具體實(shí)施方式】一中最終獲取的變形后間隙油膜模型圖。
[0010]【具體實(shí)施方式】:
【具體實(shí)施方式】一:參照各圖，本實(shí)施方式的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟1、依據(jù)試驗(yàn)機(jī)床的尺寸結(jié)構(gòu)與給定初始油膜厚度值，使用UG建立工作臺、底座、支撐塊和初始油膜的模型，并將支撐塊、工作臺、底座與油腔裝配，導(dǎo)出zhengtizhuangpe1.x_t 和 chushiyoum0.x_t 文件；
步驟2、用CFD軟件對初始油膜進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到高質(zhì)量的網(wǎng)格，指定流體域邊界條件并輸出 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件，將 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件導(dǎo)入FLUENT中輸入或選擇油膜入口溫度初值、油膜固定壁面溫度初值、油膜入口流量Q、出口壓力、旋轉(zhuǎn)壁面角速度和固定壁面邊界條件，然后進(jìn)行模擬計(jì)算進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析最終得到chushiyoum0.cas 文件；
步驟3、在ANSYS WOERKBECH軟件中建立工作流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析:
步驟4、封閉工作臺的油腔之間的間隙，在UG中導(dǎo)入bxh.stp文件，將油腔四周拉伸，高度保證嵌入與油膜接觸的中間托瓦工作臺面，厚度保證與油膜接觸的中間托瓦深油腔邊界嵌入其中，然后導(dǎo)出fb.x_t文件；
步驟5、得到間隙油膜的模型，實(shí)用ANSYS WOERKBECH軟件重新建立工作流程圖，添加Geometry幾何模塊將fb.x_t文件導(dǎo)入，經(jīng)布爾運(yùn)算和填充操作得到間隙油膜模型，即完成了一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法。
[0011]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟I中工作臺與底座采用1/4模型分析，其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0012]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟3在ANSYSWOERKBECH軟件中建立工作流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析具體為:
步驟3-1、導(dǎo)入流體分析結(jié)果,添加FLUENT模塊,將步驟B中chushiyoum0.cas文件導(dǎo)入到FLUENT中重新迭代計(jì)算；
步驟3-2、導(dǎo)入裝配模型,添加Geometry幾何模塊，將步驟A中zhengtizhuangpe1.x_t文件導(dǎo)入；
步驟3-3、熱分析,插入Steady-State Thermal模塊,設(shè)置工作臺、底座和油腔的材料屬性，由于只需要進(jìn)行熱分析和線性結(jié)構(gòu)分析，故只需在材料屬性窗口填上對應(yīng)的密度、楊氏模量、泊松比和導(dǎo)熱系數(shù)；將流體分析的結(jié)果導(dǎo)入到熱分析中以溫度邊界條件作用在工作臺和油腔相應(yīng)接觸面上，對裝配體分別劃分網(wǎng)格，設(shè)置工作臺、油腔、底座的網(wǎng)格尺寸大小分別為40mm、20mm、45mm ;設(shè)置邊界條件對空氣的熱對流系數(shù)，添加熱載荷工作臺和對坐兩側(cè)對稱面的完全絕熱，然后進(jìn)行求解計(jì)算；
步驟3-4、線性靜力結(jié)構(gòu)分析,插入Static Structural模塊,將流體分析結(jié)果導(dǎo)入到線性靜力結(jié)構(gòu)分析中以壓力載荷作用在工作臺和油腔相應(yīng)接觸面上，插入重力加速度載荷，設(shè)置底座與地面接觸面的固定約束、工作臺和對坐兩側(cè)對稱面的無摩擦約束、工作臺的圓柱面約束，求解計(jì)算；
步驟3-5、更新變形后的實(shí)體模型，復(fù)制Static Structural模塊，在StaticStructural 模塊中右鍵點(diǎn)擊 geometry,再點(diǎn) update geometry from result file (要先打開beta選項(xiàng)),找結(jié)果文件,就在保存的文件夾***_files (或臨時(shí)文件夾)里面,dpO —>SYS(-n) —> MECH -> file, rst，更新實(shí)體模型，為了方便計(jì)算由于底座對下面進(jìn)行的油膜抽取沒有影響故將其抑制(即不顯示不參與運(yùn)算)，對工作臺和油腔重新畫網(wǎng)格網(wǎng)格尺寸大小分別為40mm和20mm ；
步驟3-6、工作臺和油腔有限元模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型，插入FE模塊，將步驟C5中重新畫好的網(wǎng)格導(dǎo)入到FE中，調(diào)節(jié)容差15，工作臺和底座的縫補(bǔ)公差分別為0.001和0.0051，得到實(shí)體模型；
步驟3-7、導(dǎo)出工作臺和油腔實(shí)體,插入Geometry幾何模塊,在Geometry中將實(shí)體導(dǎo)出bxh.stp以便在三維建模軟件UG中進(jìn)行操作，其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0013]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟3-3中所述工作臺和底座為灰口鑄鐵，油腔鋁，在材料屬性窗口填上對應(yīng)的密度、楊氏模量、泊松比和導(dǎo)熱系數(shù)，其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
【權(quán)利要求】
1.一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，其特征在于:建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟1、依據(jù)試驗(yàn)機(jī)床的尺寸結(jié)構(gòu)與給定初始油膜厚度值，使用器具包括建立工作臺、底座、兩側(cè)托瓦、平底深油腔中間托瓦和初始油膜的模型，并將工作臺、底座與托瓦裝配，導(dǎo)出 zhengtizhuangpe1.x_t 和 chushiyoum0.x_t 文件； 步驟2、用CFD軟件對初始油膜進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后，指定流體域邊界條件并輸出 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件，將 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件導(dǎo)入 FLUENT中，輸入油膜入口溫度Tin初值、油膜固定壁面溫度初值、油膜入口流量Q、出口壓力、旋轉(zhuǎn)壁面角速度和固定壁面邊界條件，然后進(jìn)行模擬計(jì)算進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析最終得到chushiyoum0.cas文件； 步驟3、在ANSYS WOERKBECH軟件中建立工作流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析: 步驟4、封閉工作臺的油腔之間的間隙，在UG中導(dǎo)入bxh.stp文件，將油腔四周拉伸，然后導(dǎo)出fb.x_t文件；其中，所述油腔腔四周拉伸高度保證嵌入與油膜接觸的中間托瓦的工作臺面，厚度保證與油膜接觸的中間托瓦工作臺面的平底深油腔邊界嵌入其中； 步驟5、得到間隙油膜的模型，實(shí)用ANSYS WOERKBECH軟件重新建立工作流程圖，添加Geometry幾何模塊將fb.x_t文件導(dǎo)入，經(jīng)布爾運(yùn)算和填充操作得到間隙油膜模型，即完成了一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，其特征在于所述步驟I中工作臺與底座采用1/4模型分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，其特征在于所述步驟3在ANS·YS WOERKBECH軟件中建立工作流程圖，對靜壓中心架進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析具體為: 步驟3-1、導(dǎo)入流體分析結(jié)果,添加FLUENT模塊,將步驟2中chushiyoum0.cas文件導(dǎo)入到FLUENT中重新迭代計(jì)算； 步驟3-2、導(dǎo)入裝配模型,添加Geometry幾何模塊，將步驟I中zhengtizhuangpe1.x_t文件導(dǎo)入； 步驟3-3、熱分析,插入Steady-State Thermal模塊,設(shè)置工作臺、底座和平底深油腔的材料屬性，將流體分析結(jié)果導(dǎo)入到熱分析中，對裝配體分別劃分網(wǎng)格，設(shè)置熱載荷和熱邊界條件，然后進(jìn)行求解計(jì)算； 步驟3-4、線性靜力結(jié)構(gòu)分析,插入Static Structural模塊,將流體分析結(jié)果導(dǎo)入到線性靜力結(jié)構(gòu)分析中，插入載荷和約束，求解計(jì)算； 步驟3-5、更新變形后的實(shí)體模型，對工作臺和油腔重新畫網(wǎng)格； 步驟3-6、工作臺和平底深油腔有限元模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型，插入FE模塊，將步驟3-5中重新畫好的網(wǎng)格導(dǎo)入到FE中，調(diào)節(jié)容差和縫補(bǔ)公差得到實(shí)體模型；步驟3-7、導(dǎo)出工作臺和油腔實(shí)體，插入Geometry幾何模塊,在Geometry中將實(shí)體導(dǎo)出bxh.stp以便在三維建模軟件UG中進(jìn)行操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形后潤滑油膜模型的方法，其特征在于所述步驟3-3中所述工作臺和底座為灰口鑄鐵，油腔鋁，在材料屬性窗口填上對應(yīng)的密度、楊氏模量、·泊松比和導(dǎo)熱系數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK103593537SQ201310608585
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】于曉東, 周啟慧, 王志強(qiáng), 張艷芹, 劉丹, 付旭, 李歡歡, 譚力 申請人:哈爾濱理工大學(xué)