[发明专利]一种基于流固耦合作用的静压滑座工作性能计算方法

说明书

本发明公开了一种基于流固耦合的静压滑座工作性能计算方法，包括：(1)根据实际工况分析静压滑座受力情况，建立滑座受力分析示意图；(2)根据薄板变形理论和静压滑座基本结构尺寸，简化滑座为薄板模型和油垫模型；(3)计算静压滑座油垫模型的压力分布和油膜厚度的变化，并建立方程；(4)计算静压滑座薄板模型在外力作用下的变形情况，并得到其挠度函数；(5)通过滑座变形和油膜厚度变化之间的相互耦合关系建立滑座‑油垫流固耦合模型，并建立其动态平衡方程；(6)利用matlab软件对静压滑座在实际工况下的工作性能进行动态分析，最终得到实际工况下基于流固耦合作用的静压滑座工作性能评价。

技术领域

本发明是一种基于滑座与油垫之间流固耦合作用的静压滑座工作性能的计算方法，属于机械设计与制造领域。

背景技术

静压滑座是精密超精密重型高档数控机床的关键部件，它对重型机床起到支撑作用，并带动整个龙门框进行直线运动。由于静压滑座具有低摩擦、高承载能力以及运动精度高等优点，已被广泛应用于各个重型机械部件制造行业。国外对于静压滑座的研究较早，产品已经覆盖各个部位，已有了成熟的制造技术和产品。国内的研究虽然略迟，但在改革开放的潮流下，大力引进国外技术，学习先进经验，加上国家的支持，科研工作者的不懈努力下也有了较大的发展。如北一机床厂、齐齐哈尔第二机床厂、武汉的重型机床厂等多个大型机械制造企业已经在重型机床制造中设计了各类静压支撑，静压滑座便是其中之一。

随着对国防事业的发展和重型机床的广泛应用以及静压技术的深入研究，对工件加工质量要求越来越高，其工作性能的研究也就成了重中之重。近年来，已经有很多专家学者对静压滑座做了相当的研究。但由于滑座在运动过程中不仅要受到立柱、横梁、溜板、滑枕以及各种零部件的重力作用，同时也要受到滑座在运动过程中上部结构件的倾覆力矩作用，因此滑座本身也会产生变形。在以往的设计计算中都把滑座简化为刚体来算，忽略了滑座本身变形和油膜厚度变化之间的这种相互耦合作用对滑座工作性能的影响。所以必须要对这种耦合作用进行深入研究，以提高静压滑座的设计，提高其工作性能和寿命。因此本专利发明了一种基于流固耦合作用的静压滑座工作性能的计算方法，可以对静压滑座的设计制造提供更好的设计方法，使其具有更好的工作性能。

发明内容

本发明主要针对静压滑座工作性能发明设计了一种基于滑座与油垫之间流固耦合作用的静压滑座工作性能的计算方法。该方法主要特点是在静压滑座工作性能的计算过程中考虑了滑座本身变形和油膜厚度变化之间的这种相互耦合作用，并计算了滑座上各个油腔的压力分布并与把滑座视为刚体情况下滑座的工作性能进行了对比。

本发明所要解决的技术难题通过以下方案来实现：

一种基于流固耦合的静压滑座工作性能计算方法，其特征在于：该计算方法包括如下：

(1)根据实际工况分析静压滑座受力情况，建立滑座受力分析示意图；

(2)利用有限元方法对滑座进行网格划分，根据薄板变形理论和静压滑座基本结构尺寸，简化滑座为薄板模型和油垫模型；

(3)计算静压滑座油垫的压力分布和油膜厚度的变化，并建立其变形方程；

(4)计算静压滑座薄板模型在外力作用下的变形情况，并得到其挠度函数；

(5)通过滑座变形和油膜厚度变化之间的相互耦合关系，以及所述步骤(3)中建立的油膜厚度变形方程和所述步骤(4)中建立的薄板变形的挠度函数，建立滑座-油垫流固耦合模型，并建立其动态平衡方程；

(6)利用matlab软件对静压滑座在实际工况下的工作性能进行动态分析，最终得到实际工况下基于流固耦合作用的静压滑座工作性能评价。

在所述步骤(1)中，静压滑座上表面受到立柱、横梁、以及组装在横梁上的溜板的重力作用，下表面受到两排十四个静压油垫的压力作用。