基于FLUENT软件的机床主轴静压轴承的研究

• 作 者: 曹俊伟
• 机 构: 武汉理工大学
• 出 处: 武汉理工大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 数控机床 静压轴承 计算流体力学 FLUENT软件

静压轴承具有摩擦系数小、工作寿命长、高精度、高刚度、承载能力大、运行平稳等特点，广泛的应用于各类重型设备中，并已成为重型机床系列的核心部件。然而在国内重型数控设备中应用静压轴承尚存在诸多问题，如径向轴承的主轴精度控制问题，对油腔结构的合理性进行系统理论研究的成果很少，关于高速工况下油的温升问题，静压支承中具体的摩擦学行为和失效机理尚不完全清楚，导致国产数控镗床转速不能提高，加工精度比较低。因此，有必要对于恒压静压支承绝热条件下的压力场、速度场，温度场进行综合系统的理论研究和分析。
由于静压轴承是依靠外部油源供给压力油，在轴瓦与主轴之间建立静压承载刚性油膜，使主轴悬浮于油膜之上，实现轴的支撑和润滑的轴承。轴与轴瓦之间的介质液压油将二者隔开，避免了金属间的直接摩擦。因而轴承温度产生的主要原因是主轴与液体的摩擦，轴瓦与液体的摩擦，以及液体自身的内摩擦等，这些都与静压油有关，因此，对静压轴承内润滑流体的分析很重要。
本文借助于计算流体力学知识，采用计算机求解方法对静压轴承进行仿真分析。首先确定FB260镗床主轴的静压轴承为研究对象，应用gambit对模型进行建模，划分网格，并设置边界条件。再通过导入FLUENT，对模型设置边界条件参数，经过迭代计算后，得到模型的压力场，速度场和温度场。
结果表明：主轴做逆时针高速旋转时，静压轴承的油腔右侧处附近有一明显的低压区，同时高压区分布在两油腔静压油交汇处的位置。在对静压轴承内部流体的温度进行计算时，高温出现在刚性油膜位置，低温位置出现在静压油腔常温边界处。并通过由计算得来的彩色云图对模型分析原因，并提出改进的观点。
通过本文的研究，作者提出了利用CFD技术对液体静压轴承进行三维数值模拟的方法，计算结果能够有效反映轴承内的流动状态，弥补了液体静压轴承试验方法中理论依据的不足。在研究中同时得到关于径向静压轴承的压力场，速度场和温度场的彩色分布云图，为轴承优化设计提供一个新的计算方法和参考依据。