重型卧式镗车床静压中心架流场的数值仿真

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心架流场的数值仿真
邵俊鹏黄智王仲文尹超张艳芹
（哈尔滨理工大学机械动力工程学院
黑龙江哈尔滨１０８）５００
摘要：介绍重型卧式镗车床静压中心架的工作原理。基于计算流体力学有限体积法原理，借助ＩＥＦＣＭＣＤ生成计算网格，采用ＡＳＳＣＸ工程软件平台对静压中心架内部流场进行数值仿真得到其压力分布和速度分布。结果显示该ＮＹＦ静压中心架油腔内压力分布均匀；封油面油膜沿轴向压力大小变化近似于线性分布；润滑油速度扩散主要发生在封油面四角处。数值模拟结果与实际基本一致，为进一步优化静压中心架的结构与性能提供参考数据。关键词：静压中心架；计算流体力学；镗床；数值仿真
ｃｍｅｆｃｒｕｅｅｔｅｉｇａｅ．Ｔｈｅｕｏｆｒｔｈｅｌｔｅｙｗｅｌｏｒｏｉｃｍｆｒｎｉｓａｎａｌａｌｒｅｒｓｈｓｃｎｏｍｏｔｅｒａｉｙｖｒｌ，ｗｈｃａｒｖｄｅｅｅｃａａｔｍ— ｉｈｃｎｐｏｉｅｒｆｒｎｅｄｔｏｉｐｏｅｔｅｄｓｇｆｈｄｏｔｔｅｒｎ．ｒｖｈｅｉｎｏｙｒｓａｉｂａｉｇｃ
中图分类号：Ｔ３．文献标识码：Ａ文章编号：２４— １０（００Ｈ１３３０５０５２１）７— ５３０５—
ＦｌｗｅｄＳｍｕａｉｎｏｈｄｏｔｔｃＢｅｒｎｏＦｉｌｉｌｔｏｎｔｅＨｙｒｓａｉａｉｇｏｅｖｄｔｏｉｏｔｌＢｏｉｇＬａｈｆＨａｙ－ｕｙＨｒｚｎａｒｎｔｅ
Ｋｅｗｏｄ：ｙｒｓａｉｅｒｎｙｒｓｈｄｏｔｔｃｂａｇ；ＣＦＤ；ｂｒｎａｈｉｏｇｌｔｅ；ｎｍｅｃｉｌｔｎｉｕｒａｓｍｕａｉｉｌｏ
静压中心架是超重型数控卧式镗车床的重要组成
了实验研究，得出静压径向轴承在承载动载荷时比承
ｐｅｓｒｒｓｕｅ，ｔｅｐｅｓｒｆｔｅｏｌｆｌａｏｇｔｅａｉｌｄｒｃｉｎｉｉｅｒｄｓｒｂｔｎ，ｔｅｖｌｃｔｉｕｉｎｈｐｅｓａｈｈｒｓｕｅｏｈｉｉｍｌｎｈｘａｉｅｔｓｌｎａｉｔｕｉｏｉｏｈｅｏｉｄｆｓｏａｐｎｔｔｅｙｆ
ｔｅｐｉｃｐｅｆＣｈｒｎｉｌｓｏＦＤｎｔｏｕｔｏｉｅｆｉｖｌｍｅｍｅｈｄ，ｔｅｆｗｅｄｏｙｒｓａｉｅｒｎａｉｕａｅｎＡＮＳＸｎｉｅｒｈｏｆｌｆｈｄｏｔｔｂａｇｗｓｓｍｌｔｄｏｌｉｃｉＹＳＣＦｅｇｎｅ－ｉｇｓｆｒｌｔｏｍｎｈｏｕａｉｎｎｏｔｅｐａｆｒａｄｔｅｃｍｐｔｔｏａｗａｌｄｗａｅｅａｅｙＩｓｇｎｒｔｄｂＣＥＭＤ．Ｔｈｒｓｕｅｄｓｒｂｔｎａｄｖｌｃｔｉ— ＣＦｅｐｅｓｒｉｔｕｉｎｅｏｉｄｓｉｏｙ
ＳｈｕｐｎＨｕｎｉＷａｎｏｇｎＹｉａＺｈｎｎｉａｏＪｎｅｇａｇＺｈｇＺｈｎｗｅｎＣｈｏａｇＹａｑｎ
（ｃａｉａＰｗｒ＆Ｅｇｎｅｎｏｌｇ，ＨａｂｎＵｉ．Ｓｉｅｈ，ＨａｂｎＨｉｎｊｎ５００ｈｎ）ＭｅｈｎｃｌｏｅｎｉｅｒｇＣｌｅｉｅｒｉｎｖｃ．Ｔｃ．ｒｉｅｌｇｉｇ１０８，Ｃｉａｏａ
ｔｉｕｉｎｗａｂａｎｄｂｉｌｔｏｒｂｔｓｏｔｉｅｙｓｍｕａｉｎ．Ｔｈｅｕｔｓｏｈｔｔｅｏｌｃａｅｆｔｅｈｄｏｔｔｃｂａｉｇｉｎｅｎｆｒｏｅｒｓｌｈｗｓｔａｈｉｈｍｂｒｏｈｙｒｓａｉｅｒｎｓｕｄｒｕｉｍｏ
２１００年７月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＯＮＩＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｊｌ０１ｕｙ２０
Ｖｏ＿５Ｎｏ７ｌ３．
第３５卷第７期
ＤＯＩ０３６／．ｓｎ０５：１．９９ｊｉ．２４—０５．０００．３ｓ１０２１．７０１
ＡｂｔａｔＴｅｗｏｋｎｒｎｉｌｆｈｄｏｔｔｃｂａｉｇｏｅｖ — ｕｙｈｒｚｎａｏｉｇｌｔｅｗａｎｒｄｃｄ．Ｂａｅｎｓｒｃ：ｈｒｉｇｐｃｐｅｏｙｒｓａｉｅｒｎｆｈａｙｄｔｏｏｔｌｂｒｎａｈｓｉｔｏｕｅｉｉｓｄｏ

大重型机床静压导轨的静态性能及油膜流体仿真研究

ｃａｇｎｅｓｒｃｕｅｏｈｙｒｓｔｕｄｄｕｉｅｉＳｐｌ，ｅｎｗｇｉｅｃｕｄｂｓｄｉｈｎｉｇｔｔｔｒｆｔｅｈｄｏｔｉｇｉｅａｓｎａｎｗｏｕｐｙｔｅｄｏｌｅｕｅｈｕａｃｎｇｌｈｕｎ
ｔｅｔｒｔｂｅｉｄｏｗｅａｅｕｅｈｓｄｓ，ｃＲ／ＦＵＮ．ｒｍｅｄｓＤｈｕｎａｌＫｎｓｏｓａｓｄｉｔｉｅｉｓｈａＰＯＥ，ＬＥＴＦｏｔｅｉｏ３．ｆｆｒｒｉｎｇｕｓｎｈｎｇｆｍｄｌｄｔｅｉｔｎｒｅｄｍｎｉｎｆｗａａｙｉａｄｃｃｌｉｓｉｐｅｓｒｇｉｏａａｓ，ｏｅｎｒａｔｅ－ｉｅｓａｌｎｓｎａｕａｏｏｔｃｒｓｕｅｕｅｔｎｌｉｎａｈｅｌｈｏｌｏｌｓｌｔｎｆａｔｄｙｓｆｏｔｅｔｅｒｔａｃｃｌｉｎｉｌｉｎｉａａｚｓｈｔｉｐｒ￣ａｃｄｔｅｌ］ｗｆｅｄｒｍｈｏｅｃｌａｕａｏａｄｓａｏ，ｎｙｅｅｓｔｅｏｎｅａａｏｌｌｈｉｌｔｎｍｕｔｔｌｔａｃｆｎｈｗｆｏｉ
ＧｎｄＮｅｈｏｇｏ，ｔ，ａｊｇ２０，ｈｎ）ｏｇａＣＣＴｃｎｌｙＣ．ＬｄＮｎｉ０９Ｃｉａｏｎ１０
数控转台承受偏载荷的问题提出了在转台轴向布置平面导轨的方案。在以
改造，变静压导轨的结构，用新型的供油方式，新式导轨运用在转台改采将ＯＥ及ＣＤ仿真分析软件ＦＵＮ从导轨以及油膜的三维模型设计和导轨／ＦＬＥＴ，

卧式加工中心整机的静动态有限元分析

卧式加工中心整机的静动态有限元分析48 卧式加工中心整机的静动态有限元分析施文军1 张立2仲梁维2 徐增豪 2 陈伟1上海第三机床厂1（200032上海理工大学CAD 中心2（200093）摘要利用有限元分析软件ANSYS 对加工中心整机进行静力学分析和模态分析，得到其各主要部件的刚度和固有频率、固有振型。

在此基础上计算了动静态特性，根据计算结果对其结构进行改进设计和优化。

关键词加工中心静力学分析模态分析动静态特性优化设计由于航空航天、模具制造、医疗器械、汽车制造等行业对零部件制造精度要求的提高，对加工中心的动静态刚度性能提出更高的要求[1-6]。

笔者在研发卧式加工中心的过程中利用有限元分析指导设计，以提高加工中心的动静态性能。

1 卧式加工中心的结构卧式加工中心主要由床身、龙门架、滑鞍、主轴箱、主轴组件、工作台、交换台等部件构成。

为了提高机床的刚性，适应高精度加工的需要，采用了先进的“框中框”结构。

同时采用双丝杆驱动，保证了高速运动的平稳性，如图1所示。

2 卧式加工中心的仿真分析 2.1 静刚度有限元分析1）静态分析的基础理论机床在切削加工的过程中，受到静态力和动态力的同时作用。

使机床产生弹性变形和受迫振动，致使刀具与工件之间产生相对变位，改变了他们之间的正确位置关系，并在加工表面留下振纹，从而降低了零件的加工质量。

静态分析时，变形和受力之间是弹性关系，即满足以下关系。

（1）式中：k ——系统的刚度列阵；p (t )——静态力列阵；x ——系统运动的位移列阵。

由以上可知，对于特定材料其k 为定值，因此有限元分析结果反映了结构受到外载荷p (t )作用后，位移x 的分布情况。

可以准确了解刀具与工件之间相对位置改变的情况[7]。

2）加工中心的静态分析及其结果以加工中心在铣削加工方式下的载荷为分析载荷，承受铣削力（包括主切削力、进给力、径向力）、主轴的重力、工件重力。

加工中心在铣削工况下，不同部位和整机X 、Y 、Z 三个方向的静刚度值如表1～表4所示。

重型数控立车工作台静压有限元计算

[4]
起的变形的叠加，即
u zi = u z 0i + ∑ nij p j
j =1 12
(10)
式中
uz0i ——除油腔压力外的其他外载（包括重
力）引起的油腔 i 处的变形 nij ——单位压力单独作用在油腔 j 时，所引起的油腔 i 处的变形
综合式(4)、(6)、(10)，有 μ q 12 3 δ i = u z 0i + h + (i =1,2,…,12) nijδ − j ap ∑ j =1
第**卷第*期 200*年*月
机
械
工
程
学报
Vo l . * * ***.
No.* 200*
CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
重型数控立车工作台静压计算
赵明黄正东王书亭陈立平
(华中科技大学 CAD 中心武汉 430074)
摘要：采用预载恒流静压导轨的重型数控立车的工作台由于承载大，静压计算时必须考虑结构变形对油膜厚度的影响，因此该计算问题为静压－结构耦合问题，通常采用迭代方法求解。工作台主轴 z 向自由情况下，用有限元法求解工作台变形时，如何处理工作台主轴孔处的 z 向约束是静压求解的关键，目前有关文献对此问题的处理方法存在问题。为解决此问题，提出一种计算刚性位移的方法；即认为油腔的油膜厚度为工作台的刚性位移与工作台导轨在该油腔封油边处的 z 向平均变形的代数和，该刚性位移值可通过油腔的静压力与工作台其余 z 向载荷的平衡条件求出。对直接采用不动点迭代方法求解此耦合问题的发散特点进行分析，提出新的校正改进法，用于静压迭代计算求解，无论工作台主轴 z 向有无约束均可使用，还可考虑包括切削力在内的外载。采用新方法进行 3 个工况的静压求解迭代计算，均稳定收敛到指定的精度，验证了新方法的有效性和稳定性。关键词：数控立车中图分类号：TG502 工作台预载恒流静压导轨有限元方法静压计算

重型静压轴承流场与压力场仿真分析

ｊ型静压轴承的性能与设计提供理论依据。ｉ
：
关键词：静压轴承；ＬＥＴ压力流场ＦＵＮ；场；
：
！
【ｂｔｃ】ｈｅｄｅｓｎｍｌｉＡｓａｔＡｔｅ—ｉｎｏａｓｕｏｒｒｍｉｌｉａｎｔ
ｐ￣ｒｅｕｅｃｌｆｒｓｒｄｔｕｏｎｅｏｄｎｍｒａｙｏｐｅｕｉｒｔｎａｄｍｉｒｓｅｓｉｉｌｂ
；ｙｅｔｃｉｒｕｉｅａｄｅｓｔｅｉｐｃｏｅｉｎＴｅｅｒｓｈｏｌｒｖｄｏｅｃｎｔｃｖｓｍｍｒａｄｓｉｔｎｒｇｌｓｈｍａｔｆｒｇｏ．ｈｓｅｕｓｗｕｄｐｏｉｅｓｍｏｓｕｔｅｉｌｔｂｏｒｒｉ
；． …．．… …・ …．．
÷ ÷
中图分类号：Ｈ１３３文献标识码：Ｔ３．６Ａ
１言引
随着各种先进制造技术的快速发展，旋转机越来越趋向于高速重载和大功率发展。因此，对数控加工设备的回转工作台转速及负载能力要求越来越高。液体静压轴承因能提供广泛的液膜厚度以及较高的液膜刚度，功率损耗小，即使在很低的转速下也能平稳工作等特点而被广泛应用到重型装备中并成为核心部件。
；ｕｅａｅｅｅａｏｓｄｅ．ｅｕｔｓｏａｆｏｅｃａｇａｉｌｉｅｖｃｎｙｏｉｌｔｅｏ，ｕｔｅｏｔｔａｒｌｔｉＲｓｌｈｗｔｔｌｗｒｓｈｅｒｄｙｎｔｉｉｉｎｅｒｇｎｂｔｈ：ｌｒｗｓｕｄｓｈｔａｎｐｈｔｆｉ
ＳＵＮｏｇｙａＨＵＡＮＧａ－ｄａＦＺｈｎ－ｕｎ，Ｘｉｏｉｏ，ＡＮＧｅｇａｇＣｈｎ —ｇｎ

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大重型机床静压导轨的静态性能及油膜流体仿真研究

卧式加工中心整机的静动态有限元分析

重型数控立车工作台静压有限元计算

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