一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法
2024-01-28 02:00:15
一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後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後潤滑油膜模型的方法，本發明涉及建立潤滑油膜模型的方法。本發明是要解決現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後潤滑油膜模型的方法，步驟1：建立工作檯、底座、兩側託瓦、平底深油腔中間託瓦和初始油膜的模型，並將工作檯、底座與託瓦裝配；步驟2：前處理初始油膜的模型；步驟3：在workbench中建立流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析；步驟4：封閉工作檯和油腔之間的間隙；步驟5：獲取間隙潤滑油膜的模型。在實際應用中，使用該方法驗證的大型工具機對其潤滑油流量的合理控制，以保證其正常、安全運轉並避免發生幹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後潤滑油膜模型的方法
[0001]【技術領域】:
本發明屬於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後潤滑油膜模型的方法。
[0002]【背景技術】:
重型數控加工在航空航天、重型船舶、鋼鐵、石油等領域起著舉足輕重的作用。靜壓中心架是重型數控工具機中支承迴轉軸類工件並使其進行加工的部件，能夠同時承受垂直和水平兩個方向的載荷。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、對轉速的要求較低、發生震動時更穩定等益處，能夠滿足高加工精度的要求。在靜壓中心架的結構性能優化上，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後的間隙油膜的模型參數的參考數據。而靜壓中心架變形後的油膜潤滑特性對工件的加工精度和數控車床的工作性能都有直接影響，並能波及車床的穩定性和使用壽命。
[0003]靜壓中心架在加工過程中由於長時間支撐工件旋轉會導致其因摩擦而發熱甚至產生局部的變形，但通過理論計算卻無法預知變形後的間隙油膜的模型參數。
[0004]
【發明內容】
:
本發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後潤滑油膜模型的方法。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法，一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法，其特徵在於:建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法按以下步驟實現:
步驟1、依據試驗工具機的尺寸結構與給定初始油膜厚度值，使用器具包括建立工作檯、底座、兩側託瓦、平底深油腔中間託瓦和初始油膜的模型，並將工作檯、底座與託瓦裝配，導出 zhengtizhuangpe1.x_t 和 chushiyoum0.x_t 文件；
步驟2、用CFD軟體對初始油膜進行網格劃分，劃分網格後，指定流體域邊界條件並輸出 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件，將 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件導入 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、旋轉壁面角速度和固定壁面邊界條件，然後進行模擬計算進行穩態分析最終得到chushiyoum0.cas文件；
步驟3、在ANSYS WOERKBECH軟體中建立工作流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析:
步驟4、封閉工作檯的油腔之間的間隙，在UG中導入bxh.stp文件，將油腔四周拉伸，然後導出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託瓦的工作檯面，厚度保證與油膜接觸的中間託瓦工作檯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，實用ANSYS WOERKBECH軟體重新建立工作流程圖，添加Geometry幾何模塊將fb.x_t文件導入，經布爾運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後潤滑油膜模型的方法。[0006]所述步驟I中工作檯與底座採用1/4模型分析。
[0007]所述步驟3在ANSYS WOERKBECH軟體中建立工作流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析具體為:
步驟3-1、導入流體分析結果,添加FLUENT模塊,將步驟2中chushiyoum0.cas文件導入到FLUENT中重新迭代計算；
步驟3-2、導入裝配模型,添加Geometry幾何模塊，將步驟1中zhengtizhuangpei.x_t文件導入；
步驟3-3、熱分析,插入Steady-State Thermal模塊,設置工作檯、底座和平底深油腔的材料屬性，將流體分析結果導入到熱分析中，對裝配體分別劃分網格，設置熱載荷和熱邊界條件，然後進行求解計算；
步驟3-4、線性靜力結構分析,插入Static Structural模塊,將流體分析結果導入到線性靜力結構分析中，插入載荷和約束，求解計算；
步驟3-5、更新變形後的實體模型，對工作檯和油腔重新畫網格；
步驟3-6、工作檯和平底深油腔有限元模型轉化為實體模型，插入FE模塊，將步驟3-5中重新畫好的網格導入到FE中，調節容差和縫補公差得到實體模型；步驟3-7、導出工作檯和油腔實體，插入Geometry幾何模塊,在Geometry中將實體導出bxh.stp以便在三維建模軟體UG中進行操作；
所述步驟3-3中所述工作檯和底座為灰口鑄鐵，油腔鋁，在材料屬性窗口填上對應的密度、楊氏模量、泊松比和導熱係數。
[0008]本發明的有益效果是:本發明方法通過計算機對現場實際工況進行模擬，得出靜壓中心架承因摩擦受熱和受到壓力產生變形後的變形情況，對靜壓中心架熱力耦合變形後的潤滑油膜參數的獲取研究，獲取潤滑油膜參數，揭示靜壓中心架的變形對其支撐特性、潤滑特性的影響規律。這為靜壓中心架提高其支撐特性和潤滑特性提供了技術參考，為靜壓中心架的油腔設計提供重要參考依據，最終實現靜壓中心架的結構優化設計，避免出現靜壓中心架在工作過程中出現潤滑失效。計算機數值模擬過程符合實際工況，設計人員根據獲取變形後間隙油膜的模型參數可快速地獲取靜壓中心架承受熱和力產生變形後對其間隙油膜厚度影響的結果，數值模擬結果為靜壓中心架設計更合理的結構提供了更有價值的理論依據。在實際應用中，使用該方法驗證的大型工具機並對其進行結構優化以及對潤滑油流量的合理控制，以保證其正常、安全運轉並避免發生幹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，能夠有效的提高工具機的工作效率，可以使工具機轉速普遍提高了 20%~50%，並能提高工具機的使用壽命。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明流程圖；
圖2是本發明步驟3的具體流程圖；
圖3是【具體實施方式】一中最終獲取的變形後間隙油膜模型圖。
[0010]【具體實施方式】:
【具體實施方式】一:參照各圖，本實施方式的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法按以下步驟實現: 步驟1、依據試驗工具機的尺寸結構與給定初始油膜厚度值，使用UG建立工作檯、底座、支撐塊和初始油膜的模型，並將支撐塊、工作檯、底座與油腔裝配，導出zhengtizhuangpe1.x_t 和 chushiyoum0.x_t 文件；
步驟2、用CFD軟體對初始油膜進行網格劃分，得到高質量的網格，指定流體域邊界條件並輸出 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件，將 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件導入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、旋轉壁面角速度和固定壁面邊界條件，然後進行模擬計算進行穩態分析最終得到chushiyoum0.cas 文件；
步驟3、在ANSYS WOERKBECH軟體中建立工作流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析:
步驟4、封閉工作檯的油腔之間的間隙，在UG中導入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託瓦工作檯面，厚度保證與油膜接觸的中間託瓦深油腔邊界嵌入其中，然後導出fb.x_t文件；
步驟5、得到間隙油膜的模型，實用ANSYS WOERKBECH軟體重新建立工作流程圖，添加Geometry幾何模塊將fb.x_t文件導入，經布爾運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後潤滑油膜模型的方法。
[0011]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟I中工作檯與底座採用1/4模型分析，其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0012]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟3在ANSYSWOERKBECH軟體中建立工作流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析具體為:
步驟3-1、導入流體分析結果,添加FLUENT模塊,將步驟B中chushiyoum0.cas文件導入到FLUENT中重新迭代計算；
步驟3-2、導入裝配模型,添加Geometry幾何模塊，將步驟A中zhengtizhuangpe1.x_t文件導入；
步驟3-3、熱分析,插入Steady-State Thermal模塊,設置工作檯、底座和油腔的材料屬性，由於只需要進行熱分析和線性結構分析，故只需在材料屬性窗口填上對應的密度、楊氏模量、泊松比和導熱係數；將流體分析的結果導入到熱分析中以溫度邊界條件作用在工作檯和油腔相應接觸面上，對裝配體分別劃分網格，設置工作檯、油腔、底座的網格尺寸大小分別為40mm、20mm、45mm ;設置邊界條件對空氣的熱對流係數，添加熱載荷工作檯和對坐兩側對稱面的完全絕熱，然後進行求解計算；
步驟3-4、線性靜力結構分析,插入Static Structural模塊,將流體分析結果導入到線性靜力結構分析中以壓力載荷作用在工作檯和油腔相應接觸面上，插入重力加速度載荷，設置底座與地面接觸面的固定約束、工作檯和對坐兩側對稱面的無摩擦約束、工作檯的圓柱面約束，求解計算；
步驟3-5、更新變形後的實體模型，複製Static Structural模塊，在StaticStructural 模塊中右鍵點擊 geometry,再點 update geometry from result file (要先打開beta選項),找結果文件,就在保存的文件夾***_files (或臨時文件夾)裡面,dpO —>SYS(-n) —> MECH -> file, rst，更新實體模型，為了方便計算由於底座對下面進行的油膜抽取沒有影響故將其抑制(即不顯示不參與運算)，對工作檯和油腔重新畫網格網格尺寸大小分別為40mm和20mm ；
步驟3-6、工作檯和油腔有限元模型轉化為實體模型，插入FE模塊，將步驟C5中重新畫好的網格導入到FE中，調節容差15，工作檯和底座的縫補公差分別為0.001和0.0051，得到實體模型；
步驟3-7、導出工作檯和油腔實體,插入Geometry幾何模塊,在Geometry中將實體導出bxh.stp以便在三維建模軟體UG中進行操作，其它步驟及參數與【具體實施方式】一或二相同。
[0013]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟3-3中所述工作檯和底座為灰口鑄鐵，油腔鋁，在材料屬性窗口填上對應的密度、楊氏模量、泊松比和導熱係數，其它步驟及參數與【具體實施方式】一至三之一相同。
【權利要求】
1.一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法，其特徵在於:建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法按以下步驟實現: 步驟1、依據試驗工具機的尺寸結構與給定初始油膜厚度值，使用器具包括建立工作檯、底座、兩側託瓦、平底深油腔中間託瓦和初始油膜的模型，並將工作檯、底座與託瓦裝配，導出 zhengtizhuangpe1.x_t 和 chushiyoum0.x_t 文件； 步驟2、用CFD軟體對初始油膜進行網格劃分，劃分網格後，指定流體域邊界條件並輸出 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件，將 chushiyoum0.fluent5/6mesh 文件導入 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、旋轉壁面角速度和固定壁面邊界條件，然後進行模擬計算進行穩態分析最終得到chushiyoum0.cas文件； 步驟3、在ANSYS WOERKBECH軟體中建立工作流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析: 步驟4、封閉工作檯的油腔之間的間隙，在UG中導入bxh.stp文件，將油腔四周拉伸，然後導出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託瓦的工作檯面，厚度保證與油膜接觸的中間託瓦工作檯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，實用ANSYS WOERKBECH軟體重新建立工作流程圖，添加Geometry幾何模塊將fb.x_t文件導入，經布爾運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後潤滑油膜模型的方法。
2.根據權利要求1所述的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法，其特徵在於所述步驟I中工作檯與底座採用1/4模型分析。
3.根據權利要求1所述的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法，其特徵在於所述步驟3在ANS·YS WOERKBECH軟體中建立工作流程圖，對靜壓中心架進行熱力耦合計算分析具體為: 步驟3-1、導入流體分析結果,添加FLUENT模塊,將步驟2中chushiyoum0.cas文件導入到FLUENT中重新迭代計算； 步驟3-2、導入裝配模型,添加Geometry幾何模塊，將步驟I中zhengtizhuangpe1.x_t文件導入； 步驟3-3、熱分析,插入Steady-State Thermal模塊,設置工作檯、底座和平底深油腔的材料屬性，將流體分析結果導入到熱分析中，對裝配體分別劃分網格，設置熱載荷和熱邊界條件，然後進行求解計算； 步驟3-4、線性靜力結構分析,插入Static Structural模塊,將流體分析結果導入到線性靜力結構分析中，插入載荷和約束，求解計算； 步驟3-5、更新變形後的實體模型，對工作檯和油腔重新畫網格； 步驟3-6、工作檯和平底深油腔有限元模型轉化為實體模型，插入FE模塊，將步驟3-5中重新畫好的網格導入到FE中，調節容差和縫補公差得到實體模型；步驟3-7、導出工作檯和油腔實體，插入Geometry幾何模塊,在Geometry中將實體導出bxh.stp以便在三維建模軟體UG中進行操作。
4.根據權利要求3所述的一種建立靜壓中心架熱力耦合變形後潤滑油膜模型的方法，其特徵在於所述步驟3-3中所述工作檯和底座為灰口鑄鐵，油腔鋁，在材料屬性窗口填上對應的密度、楊氏模量、·泊松比和導熱係數。
【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 優先權日:2013年11月27日
【發明者】於曉東, 周啟慧, 王志強, 張豔芹, 劉丹, 付旭, 李歡歡, 譚力 申請人:哈爾濱理工大學