(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210661112.6 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 河北工业大 学 地址 300130 天津市红桥区丁字沽光 荣道8 号河北工业大 学东院330# (72)发明人 刘腾　李陈涛　段润泽　周震霖　 陈发泽　张建军　 (74)专利代理 机构 天津翰林知识产权代理事务 所(普通合伙) 12210 专利代理师 蔡运红 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于微沟槽的液体静压轴承油膜生热抑制 表面设计方法 (57)摘要 本发明为基于微沟槽的液体静压轴承油膜 生热抑制表面设计方法， 首先， 建立了微沟槽工 作表面的液体 静压轴承油膜生热修正模型， 用于 计算微沟槽工作表面的液体静压轴承油膜生热 率； 其次， 辨识了不同微沟槽构型与尺度演变引 起的流场形态与流速分布渐变规律， 确定增液阻 功能表面微沟槽参数的尺度演变空间； 最后， 将 微沟槽结构参数作为变量， 以油膜 生热率最小化 为目标函数构建优化模型， 同时遵循节流器 ‑封 油边串联油膜边界表面微沟槽构型联动设计约 束条件， 确定不同微沟槽构型对应的结构参数， 得到基于微沟槽的液体静压轴承油膜生热抑制 表面。 该方法的微沟槽功能表 面提高了液体静压 轴承的热稳定性和精度， 为静压类轴承抑制生热 提供了新的研究思路。 权利要求书4页 说明书9页 附图5页 CN 114970038 A 2022.08.30 CN 114970038 A 1.一种基于微沟槽的液体静压轴承油膜生热抑制表面设计方法， 其特征在于， 该方法 包括以下步骤： 步骤1、 在液体静压轴承的封油边和节流边上设置多条均匀分布的微沟槽， 微沟槽的走 向垂直于液压油流动方向， 使得液体静压轴承工作表面呈凹凸相间的结构； 在仿真软件中 对微沟槽工作表面的液体静压轴承油膜流动进 行流场与压力场仿 真， 建立如式(17)所示的 微沟槽工作 表面的液体静压轴承油膜生热修正模型， 用于计算微沟槽工作表面的液体静压 轴承油膜生热率； 式中， Hmicrog表示微沟槽工作表面的液体静压轴承油膜生热率， ΔP表示流场压力变化 量， Qmicrog表示流场流量， Pin、 Pout分别表示流场入口和出口压力， 表示油膜平均流速， W表 示油膜工作表面 等效宽度， h表示油膜厚度； 步骤2、 微沟槽结构参数包括深度、 跨度和间距三种设计参量， 深度是指微沟槽在液体 静压轴承工作表面的凹陷深度， 跨度是指微沟槽沿流速方向的边长， 间距是指相邻两个微 沟槽之间的距离； 设置微沟槽深度、 跨度以及间距三种设计参量的初始 值， 通过数值仿 真逐 一辨识微沟槽结构参数尺度演 变引起的流场形态与流速 分布渐变规律， 确定流场底层局部 液阻变化趋势由增加转为减小的临界点； 将 每种设计参量横坐标零点与临界点之 间的区间 作为尺度演 变范围， 三种设计参量的尺度演 变范围共同构成增液阻功能表面微沟槽结构参 数的尺度演变空间； 步骤3、 构建如式(25)所示的节流器 ‑封油边串联油膜边界表面的微沟槽构型联动设计 约束条件； 式中， RY、 RB分别表示封油边液阻和单 条节流边液阻， β 为节流比， n表示节流 边数量； 将微沟槽结构参数作为变量， 以油膜生热率最小化为目标函数构建优化模型， 同时遵 循， 从微沟槽结构参数 的尺度演变空间中选取满足节流器 ‑封油边串联油 膜边界表面微沟 槽构型联动设计约束 条件的微沟槽结构参数， 完成基于微沟槽的液体静压轴承油膜生热抑 制表面设计。 2.根据权利要求1所述的基于微沟槽的液体静压轴承油膜生热抑制表面设计方法， 其 特征在于， 所述 微沟槽为 微矩形槽、 微圆弧槽或微 三角槽。 3.根据权利要求1所述的基于微沟槽的液体静压轴承油膜生热抑制表面设计方法， 其 特征在于， 步骤1的具体过程 为： 1)建立光滑工作表面的液体静压轴承油膜生热解析模型； 液压油在液体静压轴承的节流边和封油边上形成油膜， 液压油流动即为油膜流动， 将 油膜流动视为粘性流体在两个光滑平板间隙内的流动， 以液压油流动方向为X方向， 油膜厚 度方向为Y方向， 假设光滑平板无限宽， 则沿Z方向有 vz＝0， vz表示油膜在Z方向的流 速； 油膜流动视为层流， 从油膜中取一个微元， 其力平衡方程 为： Pdy‑τ dx＝(P+dP)dy ‑( τ +dτ )dx (1)权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114970038 A 2式中， τ表示 微元受到的切应力， P表示 微元受到的压力； 根据牛顿定律有 将其代入式(2)得到下式： 式中， η表示液压油动力粘度， v表示 流速， 表示流速梯度； 对式(3)中的y求两次积分， 得到光滑工作表面上油膜流速沿Y方向的分布为： 式中， c1、 c2均为常数； 根据无滑 移边界条件， 当y＝0或y＝h时， v＝0， 代入式(4)则有： c2＝0 (5) 式中， h表示油膜厚度； 将式(5)、 (6)代入式(4)， 得到： 又因为油膜流动为层流， 则有 故： 式中， L表示 流场长度； 将式(8)代入式(7)， 得到流速分布方程 为： 对式(9)进行积分， 得到光滑工作表面上 液压油流 量Q为： 式中， z表示光滑平板的宽度， 此处等于油膜工作表面等效宽度W， 将其代入式(10)， 则 有： 油膜在流场中流动产生的摩擦生热率H表示 为： H＝hwρ gQ (12)权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114970038 A 3