[发明专利]一种考虑流固耦合的静压滑座静平衡计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑流固耦合的矩形静压油垫快捷计算方法，更具体是一种考虑了静压油垫导轨面变形和油垫压力分布相互影响的矩形承载力快捷计算方法。该方法首先进行网格划分，计算并储存导轨面标准变形，再依据雷诺方程和变形方程相互迭代求解油膜压力分布，最后积分求解油膜承载能力。其特点是在计算静压油膜承载力过程中，充分考虑了流固耦合作用对承载力的影响。并且提出了一种导轨面变形的快捷计算方法，在计算导轨面变形时不必每次计算导轨面变形都计算一次二重积分，极大的提高设计效率。

技术领域

本发明属于重型数控机床静压系统设计分析领域，设计一种考虑流固耦合的静压滑座静平衡计算法方法，更具体是一种考虑了静压滑座处静压油垫与导轨面变形之间流固耦合特性的一种静平衡计算方法。

背景技术

静压滑座被普遍应用于龙门可移动式重型数控机床中，其被布置机床床身与龙门框架之间，龙门框架固定于静压滑座上，静压滑座与床身之间通过两列静压导轨与床身连接。静压滑座对龙门框架起支撑作用，其静态特性对机床的加工精度起着至关重要的影响。

由于静压滑座受到龙门框架的重力作用以及静压油垫支承力的作用。龙门框架重量约为几百吨，根据静力平衡原理，静压油垫需要提供与龙门框架重力相等的支承力。两者作用下滑座会不可避免的产生变形。静压导轨处由于静压滑座的变形会导致静压油垫油膜厚度发生变化，进而影响支承力。因油垫支承力发生变化，滑座变形对应产生变化，导致油膜厚度再次发生变化，如此循环，直至静压滑座达到静力平衡状态。静压滑座为达到平衡状态，其垂直方向位移和整体倾斜角度会发生变化。通过静压支承基本原理可知，油膜厚度的变化与油垫承载力的变化之间是三次方关系，油膜厚度的一点变化会极大的影响静压支撑系统的承载能力。因此在静压支承系统设计分析过程中必须考虑流固耦合即油膜压力分布于导轨面变形的相互影响。本研究提出了一种考虑流固耦合的静压滑座静平衡计算方法，通过计算可得到静压滑座的垂直位移和倾斜角度值，为静压滑座的优化设计提供理论依据。

发明内容

本发明旨在提供一种考虑流固耦合的静压滑座静平衡计算方法。该方法的主要特点是在考虑了流固耦合基础上，依据静力平衡条件，利用油膜厚度构建雷诺方程和变形方程间联系，通过迭代计算最终得到静压滑座的垂直位移和倾斜角度值。该计算方法考虑了静压滑座处静压油垫与导轨面之间的流固耦合特性。其计算结果更加贴近实际工况。

本发明是采用以下技术手段实现的：

S1、对滑座进行网格划分，给定初始油膜厚度和倾斜角度。

S2、将滑座视为刚体，利用雷诺方程计算各个油垫的压力分布情况。再根据力平衡和力矩平衡方程对初始油膜厚度和倾斜角度进行校核，得到实际油膜厚度和倾斜角度。然后再次利用雷诺方程计算各油垫的实际压力分布情况。

S3、滑座视为弹性体，根据变形方程，计算外载和各油垫同时作用下，滑座变形情况。得到滑座导轨处变形曲线，即油膜厚度曲线。

S4、利用油膜厚度曲线，重新计算各油垫的压力分布情况，根据力平衡力矩平衡方程对油膜厚度和倾斜角度进行校核。当计算出的导轨面变形量与上一次计算的导轨面变形量差距在误差允许范围内时，则跳出循环。得到平衡状态下，各油垫的实际油膜厚度，实际压力分布情况和滑座实际倾角。

附图说明

图1静压滑座结构示意图

图2静压滑座受力示意图

具体实施方式

以下结合附图1和2对本发明作进一步详细说明。

步骤(1)划分网格

根据计算精度需要，对静压滑座进行网格划分，得到i*j个计算节点。其中i为静压滑座x方向上划分节点数，j为静压滑座y方向上划分的节点数。初步给定初始油膜厚度和滑座倾角。