[发明专利]一种油垫可倾式双矩形腔静压推力轴承油腔面积优化方法

说明书

本发明公布了一种油垫可倾式双矩形腔静压推力轴承油腔面积优化方法，以最大承载力和最小温升为优化目标函数，摩擦副材料的抗压屈服强度作为约束条件，当由封油边尺寸和外部载荷共同影响的油垫承受应力在许用应力范围内时，通过确定封油边尺寸，使油垫承受的外部载荷最大，在油膜温升最低的情况下，利用Matlab编程获得目标函数曲线，从而得到双矩形静压推力轴承油腔面积的最优值。

技术领域

本发明涉及一种可倾式的对双矩形静压推力轴承最大承载力和最小温升的数据为目标优化函数，经过理论计算，编写Matlab程序，最终得出最优油腔面积。

背景技术

液体静压推力轴承的优点为精度高，稳定性好，功耗低，吸振性好，工作寿命长等。因此成为了大型数控准备的核心部件。但随着现代工业的发展，对液压推力轴承的承载力要求越来高，提高液体静压推力轴承的承载力刻不容缓。因此，本发明利用优化油腔面积来提高液体静压推力轴承的承载力，使其更加符合现代工业的使用条件。

发明内容

本发明内容实现过程如下：

步骤A、双矩形腔油垫有效承载面积计算

式中：B，L，b，l₁为双矩形腔结构参数；

步骤B、双矩形腔油腔压力计算

式中：p为满载时导轨油腔压力；G_z为旋转工作台自重；G_g为所加工工件重量；F_q为切削力；

步骤C、润滑油流量计算

可倾式双矩形静压推力轴承采用定量供油的方式，即流过旋转台与油垫之间的润滑油流量Q为定值，流量Q的表达式为

式中：p为油腔压力；h为油膜厚度；μ为润滑油粘度；

步骤D、流量与油垫结构参数及载荷关系确定

将表达式带入上一个表达式中，可以得到流量与油垫结构参数及载荷的关系表达式为

步骤E、封油边面积计算

封油边面积的表达式为A_b＝BL-(L-2l₁)(B-2b)

步骤F、7075铝质材料能承受的最大应力计算

式中：A_b为封油边面积，[σ]为7075铝材许用应力；

步骤G、Matlab仿真程序和油腔面积优化结果

在油膜温升一定时，以流量与油垫结构关系式为封油边尺寸的约束条件，利用Matlab软件进行编程求取目标函数曲线，由目标函数曲线可得出最优油腔面积；

本发明以最大承载力和最小温升为优化目标函数，摩擦副材料的抗压屈服强度作为约束条件，当由封油边尺寸和外部载荷共同影响的油垫承受应力在许用应力范围内时，通过确定封油边尺寸，使油垫承受的外部载荷最大，在油膜温升最低的情况下，利用Matlab编程获得目标函数曲线，从而得到双矩形静压推力轴承油腔面积的最优值。

发明效果

由目标函数曲线可得。当封油边宽度为10.5mm时，油膜的承载能力达到最大，而且润滑油的最低工作温度在70℃以内，所以封油边的尺寸限制在6mm-20mm之间，由图像可知在封油边尺寸b＝10.5mm时，即油腔面积约占油垫总面积的75％时，油膜的润滑性能最好，故确定油腔面积占油垫总面积的比值为75％。

附图说明：