[发明专利]静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法

说明书

一种静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法，旋转工作台对流换热系数的计算可以分为上表面和侧面两部分来计算，即上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板，侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。提出面积三分等法，计算旋转工作台上表面各部分对流换热系数。由于旋转工作台半径较大，在相同转速下不同位置处的放热系数差别较大，所以把旋转工作台上表面平分为三部分，最后求平均值，以计算出的平均值作为旋转工作台对流换热系数。

技术领域

本发明涉及一种静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法，尤其涉及一种双矩形腔静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法。

背景技术

由于液体静压旋转工作台具有功耗低，寿命长，运行稳定，精度高等一系列优点，已成为大型数控装备的核心部件。近年来随着科学技术的不断进步，对于机床加工精度、加工尺寸、加工速度以及承载能力等方面都提出了越来越高的要求。但是在极端工况下静压旋转工作台热变形明显，因为极端工况下油膜发热量大温升高，会导致工作台温度不均匀变化，进而使工作台发生热变形。此外在不同的极端工况下静压旋转工作台的对流换热不相同，这进一步导致工作台的不均匀变形。针对此难题，以双矩形油腔静压支承旋转工作台为研究对象，依据摩擦学、润滑理论及传热学研究旋转工作台对流换热，获得静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法。

发明内容

一种静压支承旋转工作台对流换热系数计算方法，旋转工作台对流换热系数的计算可以分为上表面和侧面两部分来计算，即上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板，侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。提出面积三分等法，计算旋转工作台上表面各部分对流换热系数。由于旋转工作台半径较大，在相同转速下不同位置处的放热系数差别较大，所以把旋转工作台上表面平分为三部分，最后求平均值，以计算出的平均值作为旋转工作台对流换热系数。

附图说明

图1是静压推力轴承旋转工作台三维模型图。

图2是旋转工作台等面积平分图。

具体实施方式

可以通过以下技术方案来实现：

工作台对流系数的计算可以分为上表面和侧面两部分来计算，即上表面对流换热系数的计算可以比拟为流体流过水平板，侧面对流换热系数的计算可以比拟为流体横向掠过竖平壁。

因为旋转工作台的半径比较大，旋转工作台外缘和旋转中心处的表面线速度差别很大，所以旋转工作台表面附近空气的流态情况也不相同，因此旋转工作台与空气的对流换热强度差别比较大。为了获得更接近实际工作条件的仿真结果，根据结构与半径将工作台上表面分为等面积的三份，如图1所示，分别计算各部分对流换热系数。

因为三部分面积相等，根据公式(1)求解出R_x，R_y。

π(R₁²-R_x²)＝π(R_x²-R_y²)＝π(R_y²-R₂²) (1)

不同流动状态具有不同的放热系数，层流和紊流的区别在于雷诺数Re的大小。当Re＜2320时，流动属于层流状态，当Re＞10⁴时为完全紊流状态。

式中：v为线速度；r为工作台半径；μ为空气的运动粘度。

所以，由层流转到紊流的临界速度为：

由上式可以看出，半径越大临界速度越小。回转工作台在极端工况下的流速为：