專利名稱：用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，屬于動力學仿真領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
主軸作為機床的關(guān)鍵部件帶動刀具或工件旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)材料的去除，其動態(tài)性能與靜態(tài)性能直接決定了工件的加工精度。近年來，空氣主軸因其高轉(zhuǎn)速、高精度、低發(fā)熱而受到廣泛的關(guān)注。然而氣體靜壓主軸的設計過程中的動力學建模仿真是整個氣體靜壓軸承設計的關(guān)鍵，但現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的仿真方法建模困難、精度低等問題會引起在設計階段對主軸的動態(tài)特性預測困難的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的仿真方法建模困難、精度低而引起的在設計階段對主軸的動態(tài)特性預測困難的問題，從而提供一種用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法。用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，它步驟如下步驟一利用有限元方法和氣體靜壓原理，通過對氣體靜壓主軸軸承氣膜劃分有限元網(wǎng)格，計算得到氣體靜壓主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We ;所述氣體靜壓主軸包括氣體靜壓主軸軸承氣膜與氣體靜壓主軸軸體；步驟二 根據(jù)步驟一獲得的有限元網(wǎng)格建立與之相對應的主軸軸體的有限元模型，所述有限元模型表示氣體靜壓主軸軸體的實體單元；步驟三將步驟一獲得的有限元主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We轉(zhuǎn)化為等效彈簧剛度值，并將等效彈簧剛度值賦值到與氣膜有限元網(wǎng)格相對應的節(jié)點上，得到等效彈簧單元；步驟四根據(jù)步驟二獲得的氣體靜壓主軸軸體的實體單元與步驟三獲得的等效彈簧單元對應建立氣體靜壓主軸的有限元模型，所述氣體靜壓主軸的有限元模型包括主軸軸體的實體單元與主軸軸體等效彈簧單元；步驟五根據(jù)所建立的有限元模型，計算氣體靜壓主軸的動力學特性，獲得該氣體靜壓主軸的動力學特性。本發(fā)明實現(xiàn)了高精度的氣體靜壓主軸動力學的仿真計算接近真實值誤差在5%以內(nèi)，而且能夠得到高階模態(tài)，不會出現(xiàn)固有頻率的遺漏，可以使設計階段對主軸的動態(tài)特性預測更準確。


圖I是本發(fā)明步驟一所述的徑向氣體靜壓軸承的壓力分布圖；圖2是本發(fā)明步驟二所述的氣體靜壓主軸軸承氣膜相對應的主軸軸體的有限元模型；圖3是本發(fā)明步驟三所述的彈簧等效過程示意圖；圖4是本發(fā)明步驟三所述的等效彈簧結(jié)果示意圖；圖5是本發(fā)明步驟四所述的氣體靜壓主軸的有限元模型；圖6是本發(fā)明步驟五所述的動力學仿真結(jié)果；圖7是本發(fā)明步驟五所述的動力學仿真動態(tài)特性曲線。
具體實施方式
具體實施方式
一、結(jié)合圖1-7說明本具體實施方式
，本具體實施方式
為用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，它步驟如下步驟一利用有限元方法和氣體靜壓原理，通過對氣體靜壓主軸軸承氣膜劃分有限元網(wǎng)格，計算得到氣體靜壓主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We ;所述氣體靜壓主軸包括氣體靜壓主軸軸承氣膜與氣體靜壓主軸軸體；步驟二 根據(jù)步驟一獲得的有限元網(wǎng)格建立與之相對應的主軸軸體的有限元模型，所述有限元模型表示氣體靜壓主軸軸體的實體單元；步驟三將步驟一獲得的有限元主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We轉(zhuǎn)化為等效彈簧剛度值，并將等效彈簧剛度值賦值到與氣膜有限元網(wǎng)格相對應的節(jié)點上，得到等效彈簧單元；步驟四根據(jù)步驟二獲得的氣體靜壓主軸軸體的實體單元與步驟三獲得的等效彈簧單元對應建立氣體靜壓主軸的有限元模型，所述氣體靜壓主軸的有限元模型包括主軸軸體的實體單元與主軸軸體等效彈簧單元；步驟五根據(jù)所建立的有限元模型，計算氣體靜壓主軸的動力學特性，獲得該氣體靜壓主軸的動力學特性仿真數(shù)據(jù)。
具體實施方式
二、本具體實施方式
與具體實施方式
一不同的是所述用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法的步驟一利用有限元方法和氣體靜壓原理，通過對氣體靜壓主軸軸承氣膜劃分有限元網(wǎng)格，計算得到氣體靜壓主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We的方法如下應用雷諾方程，計算氣體靜壓主軸軸承氣膜的壓力分布情況，所述雷諾方程為公式一
權(quán)利要求
1.用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，其特征在于它步驟如下 步驟一利用有限元方法和氣體靜壓原理，通過對氣體靜壓主軸軸承氣膜劃分有限元網(wǎng)格，計算得到氣體靜壓主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We ;所述氣體靜壓主軸包括氣體靜壓主軸軸承氣膜與氣體靜壓主軸軸體； 步驟二 根據(jù)步驟一獲得的有限元網(wǎng)格建立與之相對應的主軸軸體的有限元模型，所述有限元模型表示氣體靜壓主軸軸體的實體單元； 步驟三將步驟一獲得的有限元主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We轉(zhuǎn)化為等效彈簧剛度值，并將等效彈簧剛度值賦值到與氣膜有限元網(wǎng)格相對應的節(jié)點上，得到等效彈簧單元； 步驟四根據(jù)步驟二獲得的氣體靜壓主軸軸體的實體單元與步驟三獲得的等效彈簧單元對應建立氣體靜壓主軸的有限元模型， 所述氣體靜壓主軸的有限元模型包括主軸軸體的實體單元與主軸軸體等效彈簧單元; 步驟五根據(jù)所建立的有限元模型，計算氣體靜壓主軸的動力學特性，獲得該氣體靜壓主軸的動力學特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，其特征在于步驟一利用有限元方法和氣體靜壓原理，通過對氣體靜壓主軸軸承氣膜劃分有限元網(wǎng)格，計算得到氣體靜壓主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We的方法如下 應用雷諾方程，計算氣體靜壓主軸軸承氣膜的壓力分布情況，所述雷諾方程為公式 一
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，其特征在于所述步驟三中，將步驟一獲得的有限元主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We轉(zhuǎn)化為等效彈簧剛度值，并將等效彈簧剛度值賦值到與氣膜有限元網(wǎng)格相對應的節(jié)點上，得到等效彈簧單元的過程為 步驟三A將步驟一獲得的有限元主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We通過公式五轉(zhuǎn)換成剛度值；
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，其特征在于所述步驟五中根據(jù)所建立的有限元模型，計算氣體靜壓主軸的動力學特性，獲得該氣體靜壓主軸的動力學特性，所述動力學特性包括氣體靜壓主軸有限元模型的模態(tài)振型與固有頻率； 所述模態(tài)振型計算方法為動力學計算公式七
全文摘要
用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，涉及一種用于氣體靜壓主軸動力學預測的仿真方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的仿真方法建模困難、精度低而引起的在設計階段對主軸的動態(tài)特性預測困難的問題。所需步驟利用有限元方法和氣體靜壓原理，通過對氣體靜壓主軸軸承氣膜劃分有限元網(wǎng)格，計算得到氣體靜壓主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We；建立與有限元網(wǎng)格相對應的主軸軸體的有限元模型；將有限元主軸的壓力分布數(shù)據(jù)We轉(zhuǎn)化為等效彈簧剛度值，并將等效彈簧剛度值賦值到與氣膜有限元網(wǎng)格相對應的節(jié)點上；建立氣體靜壓主軸的有限元模型，根據(jù)所建立的有限元模型，計算氣體靜壓主軸的動力學特性。主要用于對氣體靜壓主軸的動態(tài)特性預測。
文檔編號G06F17/50GK102880765SQ201210397338
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者梁迎春, 陳萬群, 孫雅洲, 劉海濤, 孫陽, 安晨輝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學