基于OpenGL技术的滑动轴承油膜特性可视化研究

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动、静载特性参数的研究是滑动轴承研究中的重点，国内外的科研机构就此问题作了大量的研究，同时也有许多相关计算软件出现。但这些软件主要以油膜特性的分析和科学计算为目的，大多采用FOR-TRAN，C等计算机语言进行软件编写↑年来，也出现了滑动轴承油膜特性可视化方面的研究。例如，中南大学研究设计了HS-B滑动轴承实验台微机测试系统”，提出了-种滑动轴承油膜周向压力分布的仿真方法，获得了仿真曲线。西安交通大学设计了滑动轴承实验台模拟、测量及多媒体CAI系统”，实现了用于滑动轴承实验台模拟和计算机辅助教学的多功能系统，以面向对象技术和多媒体技术理论为基础，对实验原理、实验过程进行了模拟陋]…苏大学开发了动载滑动轴承的热流体动压(THD)润滑油膜可视收稿日期：2012-08-14作者简介：王增胜(1980-)，男，山西介休人，讲师，主要从事机电-体化方面的教学和研究工作.E-mail：93611898###qq.COB第2期 王增胜，等： OpenGL技术的滑动轴承油膜特性可视化研究 ·165·化计算软件”，以ObjectARX3.0工具为中介，以Visu-alC6.0和AutoCAD2000绘图平台实现了油膜特性的可视化 。

上述系统中对油膜特性的可视化仅以平面图形或是基于Manab的三维图形而出现。平面图形不够直观，无法全面反映滑动轴承整体的油膜厚度尝温度惩压力场；基于Matlab的三维图形不利于用户的交互控制，也不便于观察；两者都不便于移植。而基于OpenGL的油膜特性可视化系统则不多见，鉴于此，本研究对流体动压径向滑动轴承的油膜特性进行研究，以OpenGL为工具开发其可视化系统。

1 OpenGL技术在油膜特性可视化中的实现可视化需要解决的问题有科学计算结果数据的后处理、科学计算结果数据的实时处理及显示、科学计算结果数据的及时绘制及交互处理等。

油膜特性的可视化，包括油膜厚度场的可视化、油膜温度场的可视化、油膜压力场的可视化等。

1.1 三维空间数据成视化的基本流程尽管三维空间数据的类型各不相同，数据分布及连接关系的差别也很大，但是其可视化的基本流程却大体相同，三维空间数据可视化的几个主要步骤如图1所示 。

l 数据生成数据精炼与处理l 可视化映射绘制l 显示图 1 数据场司视化基本流程1.2 油膜特性可视化模型的表现方案油膜特生的可视化模型可以用3种方式来表示：①高度表示法以高度的不同来表现油膜的厚度、温度和压力，这里作为三维立体模型则表现为空间曲面的起伏，直观地表现出其相应数值的大小；②颜色表示法也常用来表现数值的大小，对不同大小的数值赋予不同的颜色来表示；③高度颜色”双重表示法是用高度和颜色同时表示数值的大校本研究采用第3种方案。

1.3 OpenGL建模技术该模型包括轴瓦模型、膜厚痴间模型、压力场空间模型、温度痴间模型、油膜动力学特性随载荷及轴颈转速变化而变化的线图。

轴瓦模型简化为圆柱面来处理，略去其厚度，为方便绘制和观察，本研究将膜厚尝温度惩压力场建立在轴瓦曲面的外表面上，即将膜厚、压力、温度的值由轴承表面向外生长表现出来 ]。

1.3.1 轴 瓦曲面模 型轴瓦绘制原理如图2所示。本研究以数值计算程序划分网格的划分为标准，即以角度为单位沿轴瓦周向将其划分为若干份，以长度为单位沿轴瓦轴向划分为若干份，便完成了整个轴瓦的网格划分。由轴承半径可以得到圆柱面上各节点的 、y坐标，加人该节点在轴向的位置便得到了节点的空间位置坐标，即(，COS ，rsin ，-l )。由于轴瓦是规则的圆柱面，这里仅需要轴向两个端面上节点的坐标，前端面坐标为(rcos0i，r sin0i，0)，后端面坐标为 (rCOS8i，r sin ，-0，而后以长四边形来逼近圆柱面即可，四边形的顶点坐标即上述节点坐标，用到的OpenGL库函数为glBegin(GL POLYG0N)[93。

图2 轴瓦曲面绘制原理图1.3.2 膜厚场曲面模型以上瓦为例，笔者绘制的原理图如图3所示，以轴瓦曲面为基础，向外生长，考虑到膜厚分布沿轴向是均匀的，故也可用长四边形来逼近膜厚曲面，前后端面节点的空间位置坐标分别为(r )cos0i，(Th，)sin0i，0、(rh )cos ，(rh )sin0 ，-1。

1.3.3 温度场曲面模型由于温度分布沿轴向也是均匀的，温度曲面的建立与膜厚曲面的相同，其绘制原理可参照图3的膜厚绘制原理，以前后端面节点为长四边形顶点由长四边形逼近而成，其顶点位置空间坐标为(rt1)cos ，(rt)sin ；，o、(rf。)cos ，(rt)sin 0 ，-l。

1.3.4 压力场 曲面模型压力场的模型不同于膜厚惩温度场模型，因为压力在轴向不是均匀分布的，研究者不可用长度为轴承长度的四边形来逼近，本研究选择三角形片元，其节点坐标为(r所)cos 6l，(r )sin 0，.-lj。

1.4 OpenGL中的颜色及光照本研究采用RGBA颜色模式，将颜色的 、G、 值第2期 梁-丁，等：衣物自动处理装置的设计与实现 ·191·就可以确定再启动的时刻。

该装置使用测距传感器所提供的距离参数来确定同步带停止的时间，从而实现协同控制，传感器把距离参数传给控制器。当该参数小于-固定参数时，停止同步带，便可以实现精确控制。实验结果证明，当距离为2.5 cm时停止同步带，能够达到最好的效果。

4 试验与分析本研究的试验把衣物平整度作为评价叠衣效果的指标。本研究把由该装置处理的衣物与手工处理的衣物各放在-处，请来20位不了解两组衣物处理过程的参与者，要求他们选出平整度更好的-组衣物。

结果有12人认为手工折叠后的衣物的平整度较好，8人认为机械折叠后衣物的平整度较好。因此，可以认为手工折叠与机器折叠的效果基本相同。

为了检验自动衣物处理装置的工作效率，本研究进行了相关的试验。经过多次测验，该装置完成整个流程用时30 s，而叠衣过程仅用时8 s。叠衣的效果与人工叠衣的效果相同。

5 结束语自动衣物处理装置是-个符合市场要求和家居生活的机电设备。本研究基于DSP开发平台，设计了- 种 自动收叠衣系统，并进行了实验验证。实验结果表明，该设备可以初步代替人工进行收衣叠衣的工作，为服装处理的自动化和机械化提供了-种新的实现方法。

目前，该装置能处理-定尺寸范围内的衣物。在下-阶段，本研究将着重提高该装置的通用性，使其能够处理尺寸特殊或者样式特殊的衣物。同时，以提高折叠衣物的平整度为目标进行后续优化。