[发明专利]一种基于MATLAB-ANSYS软件的静压溜板流固耦合工作性能的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于MATLAB‑ANSYS软件的静压溜板流固耦合工作性能的计算方法，包括：(1)根据实际工况，建立静压溜板三维模型。确定静压溜板上静压油垫受力大小。(2)在MATLAB中通过单个定量式矩形静压油垫计算模型得到静压油垫压力分布及基础油膜厚度。(3)根据有限元方法，在ANSYS中对静压溜板进行网格划分，通过特殊节点确定油垫具体位置。(4)将计算得到的压力分布加载到划分好的模型上得到静压溜板结构变形量。(5)将得到的变形量作为油膜厚度变化量代入油膜厚度，计算出新的压力分布及基础油膜厚度。(6)通过循环迭代，形成耦合计算模型。当基础油膜厚度数值变化量小于计算精度即可认为模型得到稳定解，耦合计算结束。

技术领域

本发明是一种基于MATLAB-ANSYS软件的静压溜板流固耦合工作性能的计算方法，属于机械设计与制造领域。

背景技术

静压溜板是精密超精密重型高档数控机床的关键部件，它对重型机床滑枕起到支撑作用，并带动滑枕沿横梁进行直线运动。由于静压支承具有低摩擦、高承载能力以及运动精度高等优点，已被广泛应用于各个重型机械部件制造行业。国外对于静压技术的研究较早，产品已经覆盖各个部位，已有了成熟的制造技术和产品。国内的研究虽然略迟，但在改革开放的潮流下，大力引进国外技术，学习先进经验，加上国家的支持，科研工作者的不懈努力下也有了较大的发展。近年来，已经有很多专家学者对静压溜板做了相当的研究。但由于静压溜板在运动过程中不仅要受到溜板、滑枕以及各种零部件的重力作用，同时也要受到加工零件时的切削力作用，因此溜板本身也会产生变形。在以往的设计计算中都把溜板简化为刚体来算，忽略了溜板本身变形和油膜厚度变化之间的这种相互耦合作用对溜板工作性能的影响。所以必须要对这种耦合作用进行深入研究，以提高静压溜板的设计，提高其工作性能和寿命。因此本专利发明了一种基于流固耦合作用的静压溜板工作性能的计算方法，可以对静压溜板的设计制造提供更好的设计方法，使其具有更好的工作性能。

发明内容

本发明主要针对静压滑座工作性能发明设计了基于MATLAB-ANSYS软件的静压溜板流固耦合变形的计算方法。该方法主要特点是在静压溜板工作性能的计算过程中考虑了溜板本身变形和油膜厚度变化之间的这种相互耦合作用，并计算了溜板上各个油腔的压力分布。

本发明所要解决的技术难题通过以下方案来实现：

步骤1根据立式龙门机床静压溜板的结构，如图1，利用建模绘图软件建立静压溜板的三维模型。根据立式龙门机床静压溜板的运动状况确定静压溜板上静压油垫受力大小。

步骤2在MATLAB中通过单个定量式矩形静压油垫计算模型得到静压油垫压力分布及基础油膜厚度。

步骤3根据有限元方法，在ANSYS中对静压溜板进行网格划分，通过网格划分中特殊节点确定油垫具体位置。

步骤4将步骤2中计算得到的压力分布加载到步骤3划分好的模型上得到静压溜板结构变形量。

步骤5将步骤4得到的变形量作为油膜厚度变化量代入步骤2中，计算出新的压力分布及基础油膜厚度。

步骤6将步骤2至步骤5循环迭代，形成耦合计算模型。当基础油膜厚度数值变化量小于计算精度即可认为模型得到稳定解，耦合计算结束。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在MATLAB中根据单油垫的边界条件以雷诺方程为基础计算油垫压力分布及油膜厚度，依靠ANSYS强大的有限元计算能力计算静压溜板的实际变形，二者结合形成流固耦合分析模型。这种方法综合考虑了溜板自身变形对油膜厚度的影响以及油膜厚度变化引起的溜板自身变形，这种方法与实际工况最为符合，得到的结果最为准确，弥补了把溜板视为刚体时没有考虑溜板自身变形的静压溜板工作性能的不足。

附图说明

图1为本发明立式龙门机床静压溜板结构图；

图2为本发明静压油垫结构图；