数控机床主轴轴承部件温度及热力学建模.pdfVIP

学兔兔 数控机床主轴轴承部件温度及热力学建模六 口 李中华 口 凡志磊 口 杨建国 上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200240 摘 要：机床设备误差中，热误差占很大比重，现以数控机床主轴轴承油膜润滑过程为研究对象，对轴承部件中的动 压润滑轴承进行考虑温度对黏度影响的热力学建模，利用有限差分和超松弛迭代等数学方法及MATLAB和VB等工具软 件，完成轴承油膜润滑分析软件的开发。该软件可以计算出各油膜润滑特征参数，并输出压强分布图，计算结果有助于分 析主轴部件对热误差的影响，建立机床的热误差模型。 关键词：雷诺方程 油膜润滑 温黏效应 热力学建模 MATLAB 中图分类号：TH133．37 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2010)06一O030—04 研究表明，机床设备的热误差占机床总误差的 ￡——油膜温度 40％ 一70％，要研究机床热误差，必须对机床各部件热 ——油膜中的压强 力学特性进行分析，而机床主轴轴承作为机床重要部 、 分别为轴颈上的某一点速度的切向分 件对机床热误差有不可忽视的影响，对此类轴承进行 量和径向分量 温度分析及热力学建模，有助于分析主轴部件对热误 对此方程进行数值求解，即可得到油膜的压强分 差的影响，建立机床的热误差模型。 布，计算特性参数，完成热力学建模。 本文主要研究对象为数控机床主轴部件中的动压 一般求解方法分两种：(1)考虑温度场变化，与能 油膜轴承，此类轴承的油膜动力润滑机理，系由摩擦表 量方程联立求解。(2)不考虑黏度，求出等黏度压强分 面的几何形状和相对运动，借助黏性流体的动力学作 布解。前者求解过程非常复杂，耗时费力，无法满足工 用，靠两表面问的收敛楔形间隙形成流体动力油膜，产 程需要，后者由于黏度变化对压强分布影响较大，计算 生润滑油膜压力来支持外载荷。如图1所示楔形收敛问 结果与实际结果相差很大。 隙之间充满润滑介质，如果运动件有足够的速度且润 本文提出一种新的方法，在考虑温黏效应的情况 滑剂黏度满足条件，就能建立起流体动力油膜，产生压 下对雷诺方程进行求解，既带人了温度对黏度的影响， 力并支承载荷限…。本文对轴承部件中的动压润滑轴 又不用对复杂的能量方程联立求解。在迭代方法上，本 承进行考虑温度对黏度影响的热力学建模。 文对雷诺方程有限差分后，采用超松弛迭代法，极大地 1 轴承油膜润滑计算分析过程 訾 ’设计出轴承润滑热力学 在轴承润滑中，刚性圆形径向滑动轴承的油膜压 忽略扰动并且只考虑稳态流动，对雷诺方程进行 强满足雷诺方程 ： 无量纲化 ： , 旦 鲤 )+ 0( h3 0_p Oxr~ Ox y y 一=6[嵯+ +2 ] c3( )+ h3鲁：一 (2) (1) 式中 ： = ／R、z=