[發明專利]一種基于流固耦合作用的靜壓滑座工作性能計算方法

有效

• 申請號: 201710226486.4
• 申請日: 2017-04-09
• 公開（公告）號: CN107169158B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 趙永勝;趙開瑞;余維哲;鹿慧豐
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于流固耦合的靜壓滑座工作性能計算方法，包括：(1)根據實際工況分析靜壓滑座受力情況，建立滑座受力分析示意圖；(2)根據薄板變形理論和靜壓滑座基本結構尺寸，簡化滑座為薄板模型和油墊模型；(3)計算靜壓滑座油墊模型的壓力分布和油膜厚度的變化，并建立方程；(4)計算靜壓滑座薄板模型在外力作用下的變形情況，并得到其撓度函數；(5)通過滑座變形和油膜厚度變化之間的相互耦合關系建立滑座?油墊流固耦合模型，并建立其動態平衡方程；(6)利用matlab軟件對靜壓滑座在實際工況下的工作性能進行動態分析，最終得到實際工況下基于流固耦合作用的靜壓滑座工作性能評價。

技術領域

本發明是一種基于滑座與油墊之間流固耦合作用的靜壓滑座工作性能的計算方法，屬于機械設計與制造領域。

背景技術

靜壓滑座是精密超精密重型高檔數控機床的關鍵部件，它對重型機床起到支撐作用，并帶動整個龍門框進行直線運動。由于靜壓滑座具有低摩擦、高承載能力以及運動精度高等優點，已被廣泛應用于各個重型機械部件制造行業。國外對于靜壓滑座的研究較早，產品已經覆蓋各個部位，已有了成熟的制造技術和產品。國內的研究雖然略遲，但在改革開放的潮流下，大力引進國外技術，學習先進經驗，加上國家的支持，科研工作者的不懈努力下也有了較大的發展。如北一機床廠、齊齊哈爾第二機床廠、武漢的重型機床廠等多個大型機械制造企業已經在重型機床制造中設計了各類靜壓支撐，靜壓滑座便是其中之一。

隨著對國防事業的發展和重型機床的廣泛應用以及靜壓技術的深入研究，對工件加工質量要求越來越高，其工作性能的研究也就成了重中之重。近年來，已經有很多專家學者對靜壓滑座做了相當的研究。但由于滑座在運動過程中不僅要受到立柱、橫梁、溜板、滑枕以及各種零部件的重力作用，同時也要受到滑座在運動過程中上部結構件的傾覆力矩作用，因此滑座本身也會產生變形。在以往的設計計算中都把滑座簡化為剛體來算，忽略了滑座本身變形和油膜厚度變化之間的這種相互耦合作用對滑座工作性能的影響。所以必須要對這種耦合作用進行深入研究，以提高靜壓滑座的設計，提高其工作性能和壽命。因此本專利發明了一種基于流固耦合作用的靜壓滑座工作性能的計算方法，可以對靜壓滑座的設計制造提供更好的設計方法，使其具有更好的工作性能。

發明內容

本發明主要針對靜壓滑座工作性能發明設計了一種基于滑座與油墊之間流固耦合作用的靜壓滑座工作性能的計算方法。該方法主要特點是在靜壓滑座工作性能的計算過程中考慮了滑座本身變形和油膜厚度變化之間的這種相互耦合作用，并計算了滑座上各個油腔的壓力分布并與把滑座視為剛體情況下滑座的工作性能進行了對比。

本發明所要解決的技術難題通過以下方案來實現：

一種基于流固耦合的靜壓滑座工作性能計算方法，其特征在于：該計算方法包括如下：

(1)根據實際工況分析靜壓滑座受力情況，建立滑座受力分析示意圖；

(2)利用有限元方法對滑座進行網格劃分，根據薄板變形理論和靜壓滑座基本結構尺寸，簡化滑座為薄板模型和油墊模型；

(3)計算靜壓滑座油墊的壓力分布和油膜厚度的變化，并建立其變形方程；

(4)計算靜壓滑座薄板模型在外力作用下的變形情況，并得到其撓度函數；

(5)通過滑座變形和油膜厚度變化之間的相互耦合關系，以及所述步驟(3)中建立的油膜厚度變形方程和所述步驟(4)中建立的薄板變形的撓度函數，建立滑座-油墊流固耦合模型，并建立其動態平衡方程；

(6)利用matlab軟件對靜壓滑座在實際工況下的工作性能進行動態分析，最終得到實際工況下基于流固耦合作用的靜壓滑座工作性能評價。

在所述步驟(1)中，靜壓滑座上表面受到立柱、橫梁、以及組裝在橫梁上的溜板的重力作用，下表面受到兩排十四個靜壓油墊的壓力作用。