一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法技术

本发明专利技术公开了一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法，为解决机床领域静压支撑技术易出现润滑失效的问题，提高静压轴承运行的可靠性，本发明专利技术通过针对不同尺寸的静压轴承单个斜面油垫，推导了静压轴承的动压承载方程，将液体动、静压轴承相结合，充分利用了二者的优点。步骤A、确定了斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域；步骤B、推导了斜面式双矩形腔静压推力轴承动压公式。本发明专利技术适用于重型机床领域确定斜面式油垫动压效应的计算方法。

Calculation method for dynamic pressure effect of inclined double rectangular cavity hydrostatic thrust bearing

The invention discloses a method for calculating the dynamic pressure effect of the inclined double rectangular cavity hydrostatic thrust bearing. In order to solve the lubrication failure problem of the hydrostatic support technology in the field of machine tools and improve the operation reliability of the hydrostatic bearing, the method derives the dynamic characteristics of the hydrostatic bearing by using a single inclined oil pad for different sizes of the hydrostatic bearing. The pressure bearing equation combines the hydrodynamic and hydrostatic bearings to make full use of the advantages of the two. In step A, the key region of dynamic pressure bearing on the oil pad of the inclined double rectangular cavity hydrostatic thrust bearing is determined, and in step B, the dynamic pressure formula of the inclined double rectangular cavity hydrostatic thrust bearing is deduced. The invention is suitable for determining the dynamic pressure effect of the inclined oil cushion in the field of heavy machine tools.

【技术实现步骤摘要】
一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法
本专利技术涉及斜面式静压推力轴承动压效应的计算方法，尤其涉及一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法，属于重型机床

技术介绍
随着“中国制造2025”计划的提出，我国先进制造业得到了迅猛的发展，尤其高速加工技术及重型数控加工设备在包括军工、航天等诸多领域中得到了日益广泛的应用。其中重型静压推力轴承作为其核心部件，由于其结构尺寸大(直径D≥5米)运行时线速度较高，在高速、重载等极端工况下，会出现间隙润滑油膜温度骤升、润滑油粘度急剧下降、油膜迅速变薄、局部出现边界润滑或干摩擦，极易发生润滑失效的现象，而机床运行寿命的长短和加个精度的高低是由静压支撑油膜性能所决定的。因此探究如何补偿这一静压损失成为重型静压支撑性能研究的关键和目前亟待解决的问题。针对此难题，以斜面式双矩形腔静压支撑为研究对象，依据动压理论计算楔形油膜的承载力，进而获得动压效应的计算方法。
技术实现思路
本专利技术为解决上述关键问题，针对一种斜面式静压推力轴承，提出了一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法，从而有效利用其楔形油膜形成的动压来补偿润滑油的静压损失。一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法按以下步骤实现：步骤A、确定斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域，将单个油垫封油边分割成8个区域，包括油垫内外两油腔周向左右两侧四个封油边、径向上下两侧四个封油边，当工作台高速旋转时分别研究8个楔形油膜区域的承载情况。步骤B、推导斜面式双矩形腔静压推力轴承动压公式如下：首先，根据楔形动压理论，分别推导8个承载区的动压公式如下：式中：μ为动力粘度；h为油垫整体楔形油膜最小厚度；ω为转台旋转角速度；θ为油膜楔形角度；r1～r8分别为8个楔形油膜区域中心到静压轴承中心的距离，其中r1＝r3为油垫外侧油腔周向左右两侧封油边中心到静压回转中心的距离，r2＝r4为油垫内侧油腔周向左右两侧封油边中心到静压回转中心的距离，r5<r6<r7<r8其数值分别为油垫内外两油腔径向上下两侧封油边中心到静压回转中心的距离；其次，对以上公式进行简化，令K1为油垫内外两油腔周向左侧封油边处结构尺寸参数；K2为油垫内外两油腔周向右侧封油边处结构尺寸参数；K3为油垫内外两油腔径向上下封油边处结构尺寸参数；其表达式分别如下：则简化后8个区域的动压效应表达式分别为：P1＝6μωr1K1，P2＝6μωr2K1，P3＝6μωr3K2，P4＝6μωr4K2，P5＝6μωr5K3，P6＝6μωr6K3，P7＝6μωr7K3，P8＝6μωr8K3，专利技术效果本专利技术主要是确定斜面式静压轴承单个油垫上动压承载的重点区域，推导出了不同尺寸斜面油垫的动压承载方程，其中起主要影响参数的为工作台转速和斜面倾角。该专利技术将动压效应混合到静压推力轴承中，已达到补偿原有油垫的静压损失和提高静压支撑的运行精度和稳定性的目的，同时保证了机床的高精度、高效率运行，解决了静压支撑过程中的摩擦失效问题，同时动压效应减少了能耗损失和材料磨损，保护了机器零件，对有效预防静压轴承承载力不足及易形成干摩擦有着重要意义，该方法经实践验证可有效提高立式数控车床承载能力近50％。附图说明附图1：斜面式双矩形腔结构尺寸示意图。附图2：斜面式双矩形腔静压推力轴承单个油垫三维立体图。附图3：斜面式双矩形油垫沿轴承底座均匀分布示意图。具体实施方式一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法按以下步骤实现：步骤A、确定斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域，如图1所示将单个油垫封油边分割成8个区域，当工作台高速旋转时分别研究8个楔形油膜区域的承载情况，每个区域可分别与转台形成楔形油膜，即满足了动压形成的条件。步骤B、推导斜面式双矩形腔静压推力轴承动压公式：首先，根据楔形动压理论，针对任意楔形角度和楔形长度的流体，推导其流体基本动压公式如下：式中：μ为动力粘度；h1为楔形流体最小厚度；v为转台转速；L1为任意楔形流体长度；θ1为流体楔形角度；其次，针对图1、2、3不同尺寸的斜面式双矩形腔油垫，推导油垫各承载区域的动压公式如下式中：μ为动力粘度；h为油垫整体楔形油膜最小厚度；ω为转台旋转角速度；θ为油膜楔形角度；r1～r8分别为8个楔形油膜区域中心到静压轴承中心的距离，且r1＝r3，r2＝r4；最后，对公式进行简化，令油垫1、2处结构尺寸参数为K1，3、4处结构尺寸参数为K2，5、6、7、8处结构尺寸参数为K3，其表达式分别如下：则简化后8个区域的动压效应表达式分别为：P1＝6μωr1K1，P2＝6μωr2K1，P3＝6μωr3K2，P4＝6μωr4K2，P5＝6μωr5K3，P6＝6μωr6K3，P7＝6μωr7K3，P8＝6μωr8K3本实施方式效果：本专利技术主要是确定斜面式静压轴承单个油垫上动压承载的重点区域，推导出了不同尺寸斜面油垫的动压承载方程，其中起主要影响参数的为工作台转速和斜面倾角。该专利技术将动压效应混合到静压推力轴承中，已达到补偿原有油垫的静压损失和提高静压支撑的运行精度和稳定性的目的，同时保证了机床的高精度、高效率运行，解决了静压支撑过程中的摩擦失效问题，同时动压效应减少了能耗损失和材料磨损，保护了机器零件，对有效预防静压轴承承载力不足及易形成干摩擦有着重要意义，该方法经实践验证可有效提高立式数控车床承载能力近50％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法，其特征在于针对不同楔形角度和楔形长度的油膜，推导了楔形油膜的动压公式，通过对斜面式双矩形腔静压推力轴承单个油垫的润滑机理进行分析，确定静压轴承在工作台高速旋转时形成楔形油膜动压承载的重点区域，推导并建立出斜面式静压轴承单个油垫上的动压承载方程，此专利技术目的是为了获得斜面式静压推力轴承动压效应的计算方法，尤其是一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法；一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法按以下步骤实现：步骤A、确定斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域，将单个油垫封油边分割成8个区域，包括油垫内外两油腔周向左右两侧四个封油边、径向上下两侧四个封油边，当工作台高速旋转时分别研究8个楔形油膜区域的承载情况；步骤B、推导斜面式双矩形腔静压推力轴承单个油垫8个承载区的动压公式如下：P1＝6μωr1K1           (1)P2＝6μωr2K1           (2)P3＝6μωr3K2           (3)P4＝6μωr4K2           (4)P5＝6μωr5K3           (5)P6＝6μωr6K3           (6)P7＝6μωr7K3           (7)P8＝6μωr8K3           (8)其中...

【技术特征摘要】
1.一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法，其特征在于针对不同楔形角度和楔形长度的油膜，推导了楔形油膜的动压公式，通过对斜面式双矩形腔静压推力轴承单个油垫的润滑机理进行分析，确定静压轴承在工作台高速旋转时形成楔形油膜动压承载的重点区域，推导并建立出斜面式静压轴承单个油垫上的动压承载方程，此发明目的是为了获得斜面式静压推力轴承动压效应的计算方法，尤其是一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应的计算方法；一种斜面式双矩形腔静压推力轴承动压效应计算方法按以下步骤实现：步骤A、确定斜面式双矩形腔静压推力轴承油垫上动压承载的重点区域，将单个油垫封油边分割成8个区域，包括油垫内外两油腔周向左右两侧四个封油边、径向上下两侧四个封油边，当工作台高速旋转时分别研究8个楔形油膜区域的承载情况；步骤B、推导斜面式双矩形腔静压推力轴承单个油垫8个承载区的动压公式如下：P1＝6μωr1K1(1)P2＝6μωr2K1(2)P3＝6μωr3K2(3)P4＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳芹，张志全，权振，冯雅楠，孙吉昌，孔鹏睿，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23