一种偏载工况下静压回转工作台位移传感器最佳定位与安装方法技术

一种静压回转工作台位移传感器最佳定位与安装方法，传感器最佳位置由理论计算和模拟过程联合确定。不考虑热变形时，在偏载半径方向上半径越大油膜厚度越小，考虑热变形时，偏载工况不同导致热变形也不同，根据热流固耦合理论结合ANSYS仿真得到仿真油膜厚度，提出油膜厚度矩阵比较法确定油垫上油膜厚度最小位置。最佳定位在封油边上时扩大传感器所在油垫封油边宽度，增大静压回转工作台的有效承载面积。设计了新型油垫与传感器安装孔，确定了偏载工况下位移传感器的安装位置与安装方法。确保位移传感器探头比封油边的外表面略低，最后在安装位置涂上耐高温密封胶，堵住传感器与油垫之间的间隙，防止液压油从安装孔泄露造成测量不准确。

An Optimum Positioning and Installation Method of Displacement Sensor for Hydrostatic Rotary Table under Bias Load Conditions

【技术实现步骤摘要】
一种偏载工况下静压回转工作台位移传感器最佳定位与安装方法
本专利技术涉及一种偏载工况下静压回转工作台位移传感器最佳定位与安装方法，尤其涉及一种偏载工况下双矩形腔静压回转工作台传感器最佳定位与安装方法。
技术介绍
液体静压回转工作台因其具有摩擦功耗低，工作寿命长，运行稳定，机械加工精度高等优点，是大型数控装备重型高精度立式车床的关键部件。随着“中国智造2025”，“工业4.0”等概念等提出，对于机床加工精度、加工尺寸、加工速度以及承载能力等方面都提出了越来越高的要求，近年来偏载工况对静压回转工作台性能的影响越为受到重视。偏载工况下静压回转工作台承载不均匀，导致各个油垫油膜厚度、油腔压力和油膜温度也不均匀，出现局部高压高温，致使油膜变形不均匀，进而出现静压回转工作台工作不稳定，在油膜厚度最小时会触发位移传感器的报警，最后停机。此外在不同的偏载工况下静压回转工作台的油膜厚度不相同，而传统的位移传感器安装位置是在油腔内部，偏载工况时，油膜厚度可能已经达到了设计的极限值，位移传感器却检测不到最薄处的油膜厚度，封油边处发生干摩擦造成流体润滑失效时，而油腔内位移传感器却未发出报警。针对此难题，本专利技术实施例以双矩形油腔静压回转工作台为研究对象，依据摩擦学和润滑理论研究静压回转工作台油膜厚度，确定最薄油膜位置，提出一种适用于偏载工况位移传感器最佳定位与安装方法。
技术实现思路
一种静压回转工作台在偏载工况下位移传感器最佳安装位置的确定与安装方法。由于旋转工作台半径较大，偏载工况下，油膜厚度分布不均，需要找到油膜厚度最小位置安装位移传感器。偏载工况下位移传感器定位可以通过力学建模与分析计算出不考虑热变形时的理论油膜厚度，和考虑热变形时的热流固耦合得到的仿真油膜厚度，分别对两种情况进行等维度等面积的区域划分，分别求出两种情况下各个区域的油膜厚度，分别建立油膜厚度矩阵再进行叠加，通过比较找到油膜厚度最薄的位置即为位移传感器的安装位置，传感器安装时与封油边水平面的高度差主要是根据位移传感器本身的工作属性和安装孔的机械加工情况来确定。最佳定位方面，提出油膜厚度矩阵比较法；位移传感器安装方面，定位在封油边上时加宽封油边宽度，增大油膜的有效承载面积，以最佳定位和封油边水平面为参考进行安装并对安装缝隙进行密封。专利技术效果本专利技术方法依据润滑理论、摩擦学原理以及理论力学推导了静压回转工作台在偏载工况下各个油垫油膜厚度并根据热流固耦合原理仿真了考虑热变形情况下偏载工况的各个油垫油膜厚度分布情况。找到了静压回转工作台位移传感器最佳安装位置，为静压推力轴承偏载工况下及时检测最小油膜厚度、提高静压回转工作台安全预警与可靠性奠定了技术基础，为静压回转工作台传感器定位与安装提供重要参考依据。该方法同样适用于中心加载工况的油膜厚度检测与预警，应用该方法设计的静压回转工作台稳定大大提高，安全运行时间提高。传感器最佳定位在封油边上时加宽了封油边，因此油膜的有效承载面积增大，工作台承载能力增强，运行可靠性提高20％。附图说明图1是本专利技术位移传感器最佳定位方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的一种静压回转工作台受偏载作用下偏转示意图。图3是本专利技术实施例提供的一种单个油垫上位移传感器最佳位置示意图。图4是本专利技术实施例提供的一种位移传感器安装高度差局部放大示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例中，位移传感器为电涡流位移传感器，静压回转工作台采用开式结构，有12个圆周阵列的油垫，油垫结构为双矩形腔油垫。可以通过以下技术方案来实现：偏载工况下对油膜厚度的评价分为：一、工作台和油垫为理想刚体，不考虑热变形，油膜厚度呈理想分布；二、考虑油膜、油垫和工作台的热变形，且工况不同，油膜厚度分布不均匀。本专利技术将分别计算实施例中理想偏载工况下的油膜厚度分布和进行实施例中热流固耦合仿真，偏载工况下最终的油膜厚度将由两部分结果联合评价。本专利技术的传感器最佳定位方法流程图如图1所示。工作台和油垫为理想刚体且不考虑热变形时，偏载工况下对油膜厚度分成两个部分来进行计算：一、只承受轴向力时的情况；二、只承受倾覆力偶矩时的情况。然后将两种情况的油膜厚度进行叠加。本专利技术实施例静压回转工作台受偏载作用下偏转示意图如图2所示。油膜厚度是体现油垫润滑性能一个重要指标，中心加载时各个油垫油膜厚度均相同，所以这里只计算出一个即可。得出中心加载时流量、油膜厚度、油腔压力三者之间的关系，经整理后可以得出中心加载时单个油垫的流量公式和油膜厚度公式为：式中，p为油腔的平均压力，k为油垫的结构参数，与油垫几何尺寸有关，μt为液压油的运动黏度。再分析静压回转工作台只承受倾覆力偶矩时的情况。本专利技术以12个圆周阵列双矩形腔油垫为例，在倾覆力偶矩M的作用下，工作台以旋转主轴为中心偏转了倾角ψ，各个油膜的厚度也发生了变化，偏载工况下各个油垫的油膜厚度的平均值为：h1＝h0+eM＝h0(1+εM)(3)h7＝h0-eM＝h0(1-εM)(4)式中：εM为在倾覆力偶矩M作用下油膜位移最大处的位移率，0＜εM＜1，eM为偏载时变化的位移；h0为初始油膜厚度，为油垫之间的夹角。比较发现h7＜(h6＝h8)＜(h5＝h9)＜(h4＝h10)，在偏载半径方向，半径越大油膜厚度越小，根据此方法初步得出油垫上油膜厚度最小位置在双矩形腔油垫外油腔的外封油边交角处。以上公式只能得出各个油垫的平均值，本专利技术需要确定电涡流位移传感器在油垫上的安装位置，需要求出油垫上油膜的厚度分布，根据力偶平衡原理推导出位移率公式和偏转角度公式如下：式中，n为油垫的个数，Ae为油垫的有效承载面积，R为油垫中心点到主轴中心的距离。确定好以上参数后，根据油垫上油膜任意一点相对于主轴中心的位置，结合几何原理能计算偏载工况下油膜任意一点的理论油膜厚度。本专利技术提出将油膜进行等面积区域划分，长度方向分成x等份，宽度方向分成y等份，取等面积的各小区域的中心点为参考，再分别计算各个等面积区域内的平均油膜厚度，将各区域油膜厚度值整理成矩阵或者Excel表格。在工程实践中，中心加载工况下油膜会因为工作台剪切和挤压而发热，偏载工况下也同样如此，产生的热会因为半径方向上线速度不同而分布不均，同时不同工况下产生的热量也不同。油垫固定在静压回转工作台底座上是静止不动的，偏心工件固定在工作台上一起绕主轴旋转，工作台下面的光滑导轨和油垫被中间的压力油膜隔开形成油膜润滑，旋转过程中油膜会产生大量热，且这些热在油膜上分布不均，同时油膜上各处的压力分布也不均匀，此时油膜、油垫和工作台导轨容易形成热流固耦合变形，为此本专利技术对油膜、油垫以及工作台导轨在偏载工况下做热流固耦合分析，找到油膜、油垫以及工作台导轨的变形分布，尤其是竖直方向上的变形，进而分析油膜厚度的分布规律。首先对偏载工况下油膜的物理场进行仿真，根据偏载工况和油垫的结构参数使用三维软件建立油垫三维模型，预先求出仿真需要的边界条件，使用网格划分软件对油膜划分网格，将网格导入ANSYS仿真平台下的CFX本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.传感器最佳位置由理论计算和模拟过程联合确定；不考虑热变形时在偏载半径方向计算理论油膜厚度，半径越大油膜厚度越小，考虑热变形时根据热流固耦合理论结合ANSYS仿真确定油垫上油膜厚度最小位置，提出确定位移传感器的最佳位置的方法与安装位移传感器的方法，联合计算出的油膜厚度最低位置就是位移传感器安装的最佳位置。

【技术特征摘要】
1.传感器最佳位置由理论计算和模拟过程联合确定；不考虑热变形时在偏载半径方向计算理论油膜厚度，半径越大油膜厚度越小，考虑热变形时根据热流固耦合理论结合ANSYS仿真确定油垫上油膜厚度最小位置，提出确定位移传感器的最佳位置的方法与安装位移传感器的方法，联合计算出的油膜厚度最低位置就是位移传感器安装的最佳位置。2.偏载工况下静压回转工作台发生倾斜，不考虑热变形时，理论计算出半径最大的位置油膜厚度最小，考虑热变形时进行热流固耦合仿真得到仿真油膜厚度，将油膜等面积区域划分，提出油膜厚度矩阵比较法，建立无热变形理论油膜厚度矩阵和热流固耦合仿真油膜厚度矩阵，在理论计算与仿真计算联合确定的油膜厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓东，李代阁，袁腾飞，郑旭航，曲航，高维铖，伍广鹏，王宇，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23