精密数控机床静压导轨的设计及FLUENT分析

论文摘要

随着现代机械设备向高速、高精度、重载等方向发展,因为静压导轨低摩擦系数、高精度、使用寿命长、低速无爬行等优点,已经得到越来越广泛的应用。本文所设计的静压导轨应用于精密机床,根据给定的工况以及实际的工作环境,确定了静压导轨的设计方案,为提高其承载能力,选择不等面积的对置油腔。通过几种节流器的比较,最终选择薄膜式的可变节流器,并且选择合适的结构参数,以满足导轨刚度无穷大的条件。对导轨的静动态特性进行了分析,通过理论计算得到导轨的承载能力以及油膜刚度,在动态分析的过程中以流量方程、力学平衡方程为基础,推导出薄膜反馈节流式静压导轨的传递函数。接下来建立了模拟静压导轨内部三维流动的数学模型及边界条件,利用CFD原理,选择层流模型,采用有限体积法在FLUENT中对静压导轨工作中液体流场及温度场进行分析,得到导轨内部油膜的压力分布曲线、压力分布云图、速度矢量图以及温度分布云图。本文提出的静压导轨设计方法以及研究结论,对于研究高速、高精度等其他领域中用到的静压导轨提供了重要的参考及理论价值。利用仿真软件FLUENT,极大地降低了实验周期和成本,得到的结果对工程实际应用具有一定参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、背景和意义
• 1.2 国内外研究现状、发展动态
• 第2章 液体静压导轨的概述
• 2.1 机床、仪器等设备对导轨的要求
• 2.2 导轨的种类及特点
• 2.3 液体静压导轨的结构形式及工作原理
• 2.4 定压供油静压导轨的节流形式
• 第3章 静压导轨设计
• 3.1 机床各工作参数
• 3.2 静压导轨结构设计
• 3.3 静压导轨供油系统的设计
• 3.3.1 油液的选择
• 3.3.2 泵的选择
• 3.3.3 电机的选择
• 3.3.4 滤油装置的选择
• 第4章 静压导轨的特性分析
• 4.1 静态特性分析
• 4.1.1 承载能力分析
• 4.1.2 油膜刚度分析
• 4.2 动态特性分析
• 4.2.1 液体静压导轨传递函数推导
• 第5章 静压导轨的FLUENT分析
• 5.1 计算流体力学概述
• 5.2 流体力学基本方程组
• 5.2.1 连续方程—质量守恒定律
• 5.2.2 运动方程—动量守恒定律
• 5.2.3 能量方程—能量守恒定律
• 5.3 控制方程的离散
• 5.4 液体静压导轨流场数学模型的建立
• 5.4.1 流场流动状态的确定
• 5.4.2 基本假设及计算条件
• 5.4.3 静压导轨流场的数学建模
• 5.5 FLUENT 简介
• 5.5.1 FLUENT 概述
• 5.6 FLUENT 求解步骤
• 5.6.1 制定分析方案
• 5.6.2 求解步骤
• 5.7 GAMBIT前处理
• 5.7.1 GAMBIT 概述
• 5.7.2 网格的生成
• 5.7.3 边界条件的设置
• 5.8 导轨工进状态时流场的FLUENT求解计算
• 5.8.1 网格处理
• 5.8.2 求解器参数设置
• 5.8.3 流体材料设置
• 5.8.4 边界条件设置
• 5.8.5 求解控制参数设置
• 5.8.6 流场初始化
• 5.8.7 残差监测器设置
• 5.8.8 迭代计算
• 5.9 计算结果后处理
• 5.9.1 流场的压力分布和速度分布
• 5.10 导轨快进状态时流场和温度场的FLUENT求解计算
• 5.10.1 参数设置
• 5.10.2 计算结果与分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢