多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及了多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程。
【背景技術】
[0002] 多油墊式重型靜壓軸承是重型裝備中的核心部件，靜壓軸承運行過程中，理想狀 態是摩擦副之間始終處于流體膜潤滑形式，而油膜發熱是導致潤滑失效的一個主要原因， 使得運行中有可能處于邊界潤滑形式極易導致燒瓦。基于此，本發明通過對靜壓軸承單個 油墊的潤滑機理進行分析，確定靜壓軸承逆時針旋轉時產生熱油攜帶的重點區域，推導出 重型靜壓軸承單個油墊上的熱油攜帶因子公式，建立熱油攜帶影響下的油膜溫升控制方 程，此發明目的是為了揭示多油墊重型靜壓軸承發熱機理，提高靜壓軸的加工效率及運行 精度。
【發明內容】
[0003] 多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程 多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程按以下步驟實現： 步驟A、確定靜壓軸承單個油墊上產生熱油攜帶的重點區域。將單個油墊封油邊處分割 成四個流體域，當工作臺逆時針旋轉時，封油邊周向右側流體域為熱油攜帶著重研究的區 域。
[0004] 步驟B、推導熱油攜帶因子公式如下：
) 式中霧為流體動力粘度，·為油膜厚度，獨為工作臺旋轉角速度，纖為油腔與回油槽 壓力差，Ci、(：2為靜壓軸承結構參數。
[0005] 步驟C、推導熱油攜帶方程如下：
式中I表示考慮熱油攜帶后靜壓軸承的實際供油溫度，:?、麵^分別表示靜壓軸承 進、出油溫度，為流體區域5-6參加剪切后的油液溫度。
[0006] 發明效果： 本發明主要是確定了重型靜壓軸承單個油墊上發生熱油攜帶的重點區域，推導出了熱 油攜帶因子表達式，得出了一定油墊結構的靜壓軸承，當承受的載荷確定時，熱油攜帶因子 大小主要由工作臺轉速、潤滑油粘度以及油膜瞬時厚度所決定，其中起主要影響參數的為 工作臺轉速。推導了熱油攜帶影響下的油膜溫升方程，得出了當靜壓軸承發生熱油攜帶現 象后，摩擦副之間油膜的入油溫度受熱油攜帶影響逐漸增大，致使油膜溫升較快的增大，可 能導致燒瓦現象發生。這對有效預防多油墊式重型靜壓軸承燒瓦問題，同時提高靜壓軸承 的安全運行有著重要意義。
【附圖說明】
[0007] 圖1是【具體實施方式】中的重型靜壓軸承單個油墊圖。
[0008] 圖2是【具體實施方式】中的靜壓圓導軌油墊圖。
【具體實施方式】
[0009] 多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程按以下步驟實現： 步驟A、確定靜壓軸承單個油墊上產生熱油攜帶的重點區域如下： 如圖1所示，將單個油墊封油邊處分割成1-2、3-4、5-6、7-8四個流體域，參與熱油攜帶 研究的主要包括剪切流動及壓差流動，當工作臺逆時針旋轉時，剪切流動方向與熱油攜帶 方向一致，而剪切流量主要取決于靜壓軸承運行轉速及油膜厚度，一旦靜壓軸承達到某一 較高轉速，剪切流量大于壓差流量時，封油邊周向右側7-8處流體域出現潤滑油向油腔內 流動情況時，就發生了熱油攜帶。則封油邊周向右側7-8處流體域為熱油攜帶著重研究的 區域。
[0010] 步驟B、推導熱油攜帶因子公式如下： 當有熱油攜帶現象時，按照熱油攜帶原理，:涵_表示為如下形式
式中為上一個油墊的5-6區域流出的熱油流量。
[0011] 本發明所研究的重型靜壓軸承屬于多油墊式導軌結構，用于十米數控立車 DVT1000系列上，如圖2所示，靜壓圓導軌一般包含24個油墊在圓周上呈對稱分布，則圓周 上每個油墊流動情況也呈周期性。公式（1)中的襲^_:即上一個油墊的5-6區域流出的熱 油流量與下一個油墊的5-6區域流出的熱油流量相同，熱油攜帶研究主要考慮周向流動情 況，所以重點考慮剪切流量與壓差流量。
[0012] 基于此，熱油攜帶因子可以表示如下形式
將流量方程代入上式（2)中并整理可推導出熱油攜帶因子象的具體表達式為
式中蒙為流體動力粘度，_為油膜厚度，為工作臺旋轉角速度，為油腔與回油槽 壓力差，Ci、(：2為靜壓軸承結構參數。
[0013] 從公式（3)分析得出，一定油墊結構的靜壓軸承，當承受的載荷確定時，熱油攜帶 因子大小主要由工作臺轉速、潤滑油粘度以及油膜瞬時厚度所決定，其中起主要影響參數 的為工作臺轉速。
[0014] 步驟C、推導熱油攜帶方程如下： 熱油攜帶溫升控制方程表示為
式中分別表示靜壓軸承進、出油溫度表示考慮熱油攜帶后靜壓軸承的實 際供油溫度，為熱油攜帶因子。
[0015] 從上述研究分析中可以看出，熱油攜帶控制方程中的參數鳴,也應看做是5-6流體 區域參加剪切后的潤滑油溫度即:_齡.,，當靜壓支承供油溫度為_時，熱油攜帶影響下的油 膜溫升控制方程表示如下
將熱油攜帶因子代入上式整理推導出多油墊式靜壓軸承熱油攜帶方程如下
式中:醫表示考慮熱油攜帶后靜壓軸承的實際供油溫度，分別表示靜壓軸承進、 出油溫度，為流體區域5-6參加剪切后的油液溫度。
[0016] 本實施方式效果： 本發明主要是確定了重型靜壓軸承單個油墊上發生熱油攜帶的重點區域，推導出了熱 油攜帶因子表達式，得出了一定油墊結構的靜壓軸承，當承受的載荷確定時，熱油攜帶因子 大小主要由工作臺轉速、潤滑油粘度以及油膜瞬時厚度所決定，其中起主要影響參數的為 工作臺轉速。推導了熱油攜帶影響下的油膜溫升方程，得出了當靜壓軸承發生熱油攜帶現 象后，摩擦副之間油膜的入油溫度受熱油攜帶影響逐漸增大，致使油膜溫升較快的增大，可 能導致燒瓦現象發生。這對有效預防多油墊式重型靜壓軸承燒瓦問題，同時提高靜壓軸承 的安全運行有著重要意義。
【主權項】
1. 多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程，其特征在于通過對靜壓軸承 單個油墊的潤滑機理進行分析，確定靜壓軸承逆時針旋轉時產生熱油攜帶的重點區域，推 導出重型靜壓軸承單個油墊上的熱油攜帶因子公式，建立熱油攜帶影響下的油膜溫升控制 方程，此發明目的是為了揭示多油墊重型靜壓軸承發熱機理，提高靜壓軸的加工效率及運 行精度； 多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程按以下步驟實現： 步驟A、確定靜壓軸承單個油墊上產生熱油攜帶的重點區域； 將單個油墊封油邊處分割成四個流體域，當工作臺逆時針旋轉時，封油邊周向右側流 體域為熱油攜帶著重研究的區域； 步驟B、推導熱油攜帶因子公式如下：式中只為流體動力粘度，i為油膜厚度，為工作臺旋轉角速度，繼:為油腔與回油槽壓 力差，A、〇2為靜壓軸承結構參數； 步驟C、推導熱油攜帶方程如下：(2) 式中表示考慮熱油攜帶后靜壓軸承的實際供油溫度，？；、分別表示靜壓軸承 進、出油溫度，為流體區域5-6參加剪切后的油液溫度。2. 根據權利要求1所述的多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程，其特 征在于當重型靜壓軸承工作臺逆時針旋轉時，確定靜壓軸承單個油墊上產生熱油攜帶的區 域為7-8處流體域，當剪切流量大于壓差流量時，推導出熱油攜帶因子表達式及熱油攜帶 方程。
【專利摘要】多油墊式重型靜壓軸承運行過程中，理想狀態是摩擦副之間始終處于流體膜潤滑形式，而油膜發熱是導致潤滑失效的一個主要原因，使得運行中有可能處于邊界潤滑形式極易導致燒瓦情況發生。本發明通過對靜壓軸承單個油墊的潤滑機理進行分析，確定靜壓軸承逆時針旋轉時產生熱油攜帶的重點區域，推導出重型靜壓軸承單個油墊上的熱油攜帶因子公式，建立熱油攜帶影響下的油膜溫升控制方程，目的是為了提高靜壓軸的加工效率及運行精度，提高靜壓軸承運行可靠性。步驟A、確定靜壓軸承單個油墊上產生熱油攜帶的重點區域。步驟B、推導熱油攜帶因子表達式。步驟C、推導熱油攜帶方程。本發明應用于多油墊式重型靜壓軸承熱油攜帶因子及熱油攜帶方程。
【IPC分類】F16C32/06
【公開號】CN105257701
【申請號】CN201510778435
【發明人】張艷芹, 孔祥濱, 程海闊, 郭麗麗, 邵俊鵬, 戴春喜
【申請人】哈爾濱理工大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月16日