一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法，为解决静压轴承运行时油膜变薄且分布不均匀，油膜承载能力下降，支承摩擦副局部发生边界润滑或干摩擦的现象，本发明专利技术将静压润滑和动压润滑相结合引入到双矩形腔油垫的油膜承载力计算中，推导并建立了阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法。步骤A：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力由静压承载力和动压承载力两部分组成，且在运行过程中需要除去由于油膜压力损失而减小的承载力；步骤B：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力；步骤C：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力；步骤D：确定阶梯式静压推力轴承运行过程中由于油膜压力损失（主要受粘度变化和甩油流量的影响）而产生的承载力；步骤E：推导阶梯式静压推力轴承双矩形腔油垫的油膜总承载力。本发明专利技术适用于重型静压机床、静压轴承技术领域。静压轴承技术领域。静压轴承技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法，尤其涉及一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力的计算方法，属于重型静压机床静压轴承


技术介绍

[0002]液体静压推力轴承广泛应用在数控机床、军事、核电、舰船制造、航空航天和国防等国家重点行业领域，作为重要基础零部件的轴承，它的精度、性能、寿命和可靠性对其整机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。本专利技术重点针对静压为主、动压为辅的阶梯式静压推力轴承，其高刚度、高稳定性要求轴承工作间隙极小，在极小间隙中轴承润滑介质受到强剪切与强挤压的联合作用，油膜剪切发热量增大，再加上油膜热油携带的参与，导致油膜变薄且分布不均匀。此时，油腔承载能力下降，支承精度变低，严重时支承摩擦副局部发生边界润滑或干摩擦，进而出现摩擦学失效、机床变形的现象，对整机设备的运行精度和稳定性造成严重的影响。基于此，探究一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法是至关重要的，为静压推力轴承混合润滑性能的研究提供了理论依据和思路，为高速重载数控装备的加工精度和运行稳定性提供了研究方向。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决上述关键问题，对阶梯式静压推力轴承单个双矩形腔油垫进行静压和动压润滑机理分析，确定阶梯式静压推力轴承静压承载和动压承载的重点区域，推导并建立考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜压力的计算方法，此专利技术的目的是探究考虑静压润滑和动压润滑相结合下的阶梯式静压推力轴承的油膜承载力，进一步避免由于静压损失导致的承载能力不足等一系列问题。
[0004]一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法通过以下技术方案来实现（以下描述都针对单个双矩形腔油垫）：步骤A：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力的组成：通过静压支撑技术和流体静、动力学理论对双矩形腔油垫进行静压润滑和动压润滑分析，确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力由静压承载力和动压承载力两部分组成，在运行过程中需要除去由于油膜压力损失而减小的承载力，具体公式如下：
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（1）式中：为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的总承载力；为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力；为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力；为运行过程中由于油膜压力损失而产生的承载力。
[0005]步骤B：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力：单个双矩形油腔的静压承载力为：（2）式中：为双矩形腔油垫的长；为双矩形腔油垫的宽；为双矩形腔油垫长度方向的封油边宽度；为双矩形腔油垫宽度方向的封油边宽度；为双矩形腔油垫的回油槽宽度；为润滑油的动力粘度；为矩形腔内部的压强；为外部大气压强；为润滑油密度；为油膜厚度；为旋转工作台的角速度；为双矩形腔所在导轨的内圆半径；为双矩形腔所在导轨的外圆半径。
[0006]步骤C：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力：
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（3）式中，，，，，，为双矩形腔油垫的油腔深度；为双矩形腔油垫的中心到静压回转中心的距离。
[0007]步骤D：确定阶梯式静压推力轴承运行过程中由于油膜压力损失（主要受粘度变化和甩油流量的影响）而产生的承载力：
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（4）步骤E：最终得到阶梯式静压推力轴承双矩形腔油垫的油膜总承载力公式如下：
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（5）
[0008]本专利技术主要根据阶梯式静压推力轴承单个双矩形腔油垫上的静压承载区域和动压承载区域，理论推导出阶梯式油垫的总承载力方程，发现阶梯式静压推力轴承油膜的总压承载力主要取决于油垫和工作台的结构尺寸、润滑油粘度和密度、初始油膜厚度、工作台旋转角速度以及外加负载。该专利技术将静压润滑和动压润滑相结合引入到阶梯式静压推力轴承的油膜承载力计算中，提高了原有轴承计算的承载力值，使理论计算值更贴合实验研究数据，实现了动压补偿静压损失的说法，同时提高了静压轴承的加工精度和运行稳定性，为静压推力轴承润滑性能的研究提供一定的理论基础。该方法经实践验证可有效提高静压推力轴承总承载力近30%。
附图说明
[0009]为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0010]图1是阶梯式静压推力轴承双矩形腔油垫的结构尺寸图。
[0011]图2是单个矩形油腔的静压压力分布图。
[0012]图3是阶梯式等高度间隙油膜动压压力分布图。
[0013]图4是阶梯式静压推力轴承双矩形腔油垫周向均布图。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中展示出的具体实施来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。
[0015]步骤A：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力的组成（以下描述都针对单个双矩形腔油垫）：通过静压支撑技术和流体静、动力学理论对双矩形腔油垫进行静压润滑和动压润滑分析，确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力由静压承载力和动压承载力两部分组成，在运行过程中需要除去由于油膜压力损失而产生的承载力，具体公式如下：
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（1）式中：为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的总承载力；为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力；为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力；为运行过程中由于油膜压力损失而产生的承载力。
[0016]步骤B：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力。
[0017]步骤B1：针对如图1所示的阶梯式静压推力轴承双矩形腔油垫推导出静压承载的双矩形腔流量公式如下：剪切
‑
挤压作用下沿方向封油边的流量为：
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（2）剪切
‑
挤压作用下沿方向封油边的流量为：
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（3）阶梯式静压推力轴承运行过程中甩油流量为：
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（4）则双矩形腔流出的总流量为，即：
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（5）式中：为双矩形腔油垫的长；为双矩形腔油垫的宽；为双矩形腔油垫长度方向的封油边宽度；为双矩形腔油垫宽度方向的封油边宽度；为双矩形腔油垫的回油槽宽度；为润滑油的动力粘度；，为工作台的重量；为外加负载；为油垫个数；为单个双矩形油腔的有效承载面积；为外部大气压强；为油腔内外的压力差，即，为矩形腔内部的压强；为润滑油密度；为油膜厚度；为旋转工作台的角速度；为双矩形腔所在导轨的内圆半径；为双矩形腔所在导轨的外圆半径。
[0018]步骤B2：根据图2单个矩形油腔的静压压力分布图，将压力分布等效为高度相等的矩形分布，油垫封油边越窄，压力分布越接近矩形，则单个矩形油腔的有效承载面积为：
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（6）则单个双矩形油腔的有效承载面积为：
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（7）步骤B3：单个双矩形油腔的静压承载力为：
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（8）步骤C：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力区域由区域L1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法，其特征在于通过静压支撑技术和流体静、动力学理论对双矩形腔油垫进行静压润滑和动压润滑分析，确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力的计算方法和过程；一种考虑混合润滑的阶梯式静压推力轴承油膜承载力的计算方法通过以下技术方案来实现：步骤A：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜承载力的组成，公式如下：
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（1）式中：为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的总承载力；为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力；为阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力；为运行过程中由于油膜压力损失而产生的承载力；步骤B：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的静压承载力：
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（2）式中：为双矩形腔油垫的长；为双矩形腔油垫的宽；为双矩形腔油垫长度方向的封油边宽度；为双矩形腔油垫宽度方向的封油边宽度；为双矩形腔油垫的回油槽宽度；为润滑油的动力粘度；为矩形腔内部的压强；为外部大气压强；为润滑油密度；为油膜厚度；为旋转工作台的角速度；为双矩形腔所在导轨的内圆半径；为双矩形腔所在导轨的外圆半径；步骤C：确定阶梯式静压推力轴承双矩形腔油膜的动压承载力：
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（3）式中：，，，，，为双矩形腔油垫的油腔深度；为双矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓东，冯雅楠，代瑞春，贾文涛，高维铖，师广强，杨欣逸，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：