[發明專利]一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置

有效

• 申請號: 201210466106.1
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102980755A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 蔡力鋼;董湘敏;趙永勝;史霄;王義達
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置，包括轉臺和加載裝置（5），以及信號采集和處理系統，其特征在于：

所述加載裝置（5）為靜力裝置或激振器，安裝于懸臂梁型加載臂（6）下，并可沿加載臂（6）調節，加載臂（6）的一端通過轉軸懸掛于梁型加載支架（14）的橫梁中間；

所述轉臺位于所述加載裝置下面，包括轉臺底座（13）和工作臺，其中，所述轉臺底座（13）上面放置三個以上的靜壓油墊（10），靜壓油墊（10）通過多頭泵（17）供油；靜壓油墊（10）上面設置環形的靜壓導軌（9），各靜壓油墊（10）均勻分布于轉臺底座（13）內，靜壓導軌（9）可以在靜壓油墊（10）上滑動；靜壓導軌（9）上面放置所述工作臺，工作臺由齒輪壓板（8）花盤（7）組成，齒輪壓板（8）上面通過中間環用螺釘固結花盤（7），并且工作臺通過轉軸與轉臺底座（13）連接；轉臺底座（13）中設置傳動機構（1），傳動機構（1）帶動工作臺轉動；

所述信號采集和處理系統包括力傳感器（4）、熱電偶溫度傳感器（3）、壓力傳感器（12）、電渦流位移傳感器（11）、LMS信號采集系統和PC機，其中力傳感器（4）設置于與加載裝置（5）位置對應的花盤（7）上，熱電偶溫度傳感器（3）斜向插入每個靜壓油墊（10）的油腔，壓力傳感器（12）設置在每個靜壓油墊（10）的油腔中，電渦流位移傳感器（11）設置在每個靜壓油墊（10）的封油邊上；各傳感器通過信號前置放大器接到LMS信號采集系統，然后用送到PC機；當加載裝置（5）為激振器時，LMS信號采集系統輸出激勵信號經功率放大器到該激振器。

2.根據權利要求1所述的一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置，其特征在于：所述加載支架（14）由兩個交叉呈X型橫梁的門形框架構成。

3.根據權利要求1所述的一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置，其特征在于：所述多頭泵（17）由電機（22）驅動油泵（19），把油從油箱（21）中經粗濾油器（20）、再經精濾油器（18）濾油、再經單向閥（24）、分至各泵頭分別送至各靜壓油墊（10）的油腔中，多余的油經溢流閥（23）返回到油箱（21）中，每個泵頭出口處安裝壓力表a（15），在油箱（21）至各泵頭之間安裝一個壓力表b（16）。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置，其特征在于：所述靜力裝置為液壓千斤頂。

5.一種定量式靜壓轉臺靜態特性實驗方法，采用權利要求1-3中任一項所述的一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置，其步驟為：

a)加載裝置（5）采用靜力裝置；

b)開啟多頭泵（17）中的電機（22）及各泵頭，向各靜壓油墊（10）供油，直到回油管中有潤滑油流出；

c)當轉臺的工作臺浮起達到平穩后，通過電渦流位移傳感器（11）、壓力傳感器（12）和熱電偶傳感器（3）分別測量靜壓油墊（10）的油膜浮起量、油腔壓力及油溫；

d)開啟傳動機構（1），獲取油膜浮起量，使工作臺的旋轉速度達到工作轉速時，根據不同工況，通過電渦流位移傳感器（11）、壓力傳感器（12）和熱電偶傳感器（3）分別測量靜壓油墊（10）的油膜浮起量、油腔壓力及油溫；關閉傳動機構（1），再獲取油膜浮起量，得到啟停沖擊情況下的油膜厚度；

e)改變靜力裝置的加載量、改變傳動機構（1）的轉速、改變傳動機構（1）的運行時間、改變供油壓力、改變加載臂的加載位置，以其中的任意一種情況或組合作為實驗的條件，重復步驟c)、d)得到靜壓油墊（10）各工況下的油膜浮起量、油腔壓力及油溫的數據，送到PC機得到靜態位移曲線、靜態剛度曲線、油膜初始間隙對靜剛度的影響曲線、使總功率最小的摩擦功率和油粘度及油膜厚度的關系曲線，并與理論數據進行對比，分析其產生誤差的原因并加以解決，對靜壓轉臺的設計和生產提供指導性建議。

6.一種定量式靜壓轉臺動態特性實驗方法，采用權利要求1-3中任一項所述的一種定量式靜壓轉臺動靜態特性實驗裝置，其步驟為：

a)加載裝置（5）采用激振器；

b)開啟多頭泵（17）中的電機（22）及各泵頭，向各靜壓油墊（10）供油，直到回油管中有潤滑油流出；

c)當轉臺的工作臺浮起達到平穩后，通過電渦流位移傳感器（11）、壓力傳感器（12）和熱電偶傳感器（3）分別測量靜壓油墊（10）的油膜浮起量、油腔壓力及油溫；

d)開啟傳動機構（1），獲取油膜浮起量，使工作臺的旋轉速度達到工作轉速時，根據不同工況，通過電渦流位移傳感器（11）、壓力傳感器（12）和熱電偶傳感器（3）分別測量靜壓油墊（10）的油膜浮起量、油腔壓力及油溫；關閉傳動機構（1），再獲取油膜浮起量，得到啟停沖擊情況下的油膜厚度；

e)激振器加載，重復步驟c)、d）得到靜壓油墊（10）的油膜浮起量、油腔壓力及油溫的數據，送到PC機得到不同載荷對靜壓轉臺振動特性的影響；

f)激振器加載和供油壓力一定的情況下，改變工作臺旋轉速度，重復步驟c)、d）得到靜壓油墊（10）的油膜浮起量、油腔壓力及油溫的數據，送到PC機得到工作臺轉速對靜壓轉臺振動特性的影響；

g)改變激振器的激振頻率，重復步驟c)、d)得到靜壓油墊（10）油膜的振動幅值，重復實驗三次以上，送到PC機經曲線擬合得到各種激振頻率下靜壓轉臺的幅-頻特性；

h)改變激振器的激振頻率和工作臺旋轉速度，重復步驟c)、d)得到靜壓油墊（10）油膜的振動幅值，重復實驗三次以上，送到PC機經曲線擬合得到不同轉速下靜壓轉臺的幅-頻特性；

i)改變激振器的激振頻率和初始油膜設計間隙，重復步驟c)、d)得到靜壓油墊（10）油膜的振動幅值，重復實驗三次以上，送到PC機經曲線擬合得到不同油膜設計間隙下靜壓轉臺的幅-頻特性。

通過靜壓轉臺的動態特性實驗，能得到系統不同工況的幅-頻特性和共振區域，根據實驗數據找到影響系統穩定性和幅-頻特性的影響因素，將其與理論推導的公式做比較，驗證理論模型研究的正確性，并分析和討論理論和實驗結果產生誤差的原因及補償措施，為靜壓轉臺優化設計提供數據支持；所述的理論模型推導如下：

1）通過對靜壓支承運動方程的推導，得到靜壓轉臺系統的特征方程，

由開式定量供油靜壓支承運動方程My″+Ny′+sy=W，式中y為相應的位移增量，W表示作用力的增量，為初始平衡位置下的粘性阻尼系數，s為油膜靜剛度，對給定初始條件的運動方程對時間(t)進行拉氏變換，得到系統的傳遞函數，

G(S)=ΔY(s)ΔW(s)=T′S+1T3S3+T2S2+T1S+T0]]>

式中，T′、T_i（i=0,1，…,4）均為系統的時間常數,T_i與系統的流量、油腔壓力、油腔尺寸、油膜設計厚度、敏感油路體積等有關,S為拉普拉斯算子，

系統的特征方程：T₃S³+T₂S²+T₁S+T₀=0

根據系統穩定性的勞斯（Routh）判據：可判斷系統的穩定性；從流量、粘度和油膜設計厚度與敏感油路體積的關系中可以知道系統的穩定性范圍，選擇合適的流量、粘度和油膜設計厚度，以保證系統在穩定區內工作；

2）通過穩定性判斷，得到不同載荷下系統的幅-頻特性和穩定區域：

Y(f)=W(f)[1+(T′f)2(T0-T2f2)2+(T3f3-T1f)2]12]]>

式中，Y(f)、W(f)-分別為被支承件位移Y(t)的振動幅值和作用在被支承件上的動載荷W(t)的振動幅值。f—動載荷的作用頻率。

該方程根據系統的傳遞函數求得，

①由傳遞函數得到其頻響特性為：G(jf)=ΔY(jf)ΔW(jf)=T′(jf)+1T3(jf)3+T2(jf)2+T1(jf)+T0;]]>

②由自動控制理論可知：

③將①中的式子代入②中式子即可得到系統的幅-頻特性。