超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，包括检测装置和检测方法，检测装置包括高精度测量机床、加载模块、测量模块、供气模块和待测止推圆盘，高精度测量机床包括三坐标定位机床、超精密气体静压轴承和光学大理石平台，加载模块包括连接件、数控液压推力杆、加载装置控制后端和电子水平仪，测量模块包括大理石隔震基座、薄膜无线压力传感器、速度传感器、压力速度数据处理模块和传感器数据显示终端，供气模块包括空压机、空气过滤器、增压阀、大体积气罐、数显流量计、减压阀和压力表；该装置能够实现不同供气压力、气膜厚度和外部加载情况下对多种节流器参数模型进行动态和静态工作状态的气膜压力测量，解决参数验证问题。

【技术实现步骤摘要】
超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置及方法
本专利技术涉及超精密测量仪器
，具体而言，涉及超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置及方法。
技术介绍
随着对加工精度要求的提升，气体轴承技术不断地发展。与传统接触式润滑轴承和液体润滑轴承相比较，气体作为润滑剂有着无摩擦，无磨损，无污染等优点。且轴承可以在高温低温等特殊情况下工作，气体润滑也使轴承回转精度有很大提升。其应用领域涉及超精密加工与检测领域，航空航天领域等。气体静压轴承因为其静压供气方式为外部直接供气且结构较为简单易于加工设计而被广泛采用。节流器作为气体静压轴承关键的设计备受关注。一般的节流方式有小孔节流、多孔质节流和狭缝节流等方式。小孔节流因为其加工设计方便适用最广，节流方式还可细分为小孔环面节流和小孔截面节流等。小孔节流器相关参数如进气孔深度直径以及均压腔结构都被广泛研究。多孔质节流器作为新兴的节流方式，其性能正在被发掘，其具备自润滑且节流效果好等优势，但多孔质材料性能较难控制，需要进一步研究。随着气体静压轴承应用的深入，缺陷也暴露出来，气体轴承需要高承载力和刚度时，往往通过提升供气压力实现。但同时出现了影响轴承稳定性的自激振动即转子剧烈震动并伴随尖锐的呼啸声。对于自激振动现象产生的原因目前还不能统一，现有主要推论为气膜的负阻尼特性以及气膜力与气膜位移存在相位差。对气膜流场的研究有助于揭示自激振动的发生机理。如今针对气体轴承流场的研究大多集中于理论和仿真研究，对于流场的压力和速度的实验较为缺乏，相关仪器也比较受限。因此实现流场领域参数的精密测量能更好地帮助理论与仿真的验证，从而优化轴承相关参数设计以及性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其能够解决气体静压轴承气膜压力检测以及节流器参数设计缺乏实验验证等问题。本专利技术的实施例是这样实现的：超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其包括高精度测量机床、加载模块、测量模块、供气模块和待测止推圆盘，高精度测试机床包括三坐标定位机床、超精密气体静压轴承和光学大理石平台，超精密气体静压轴承安装在三坐标定位机床上，且光学大理石平台置于超精密气体静压轴承顶部；加载模块包括连接件、数控液压推力杆、加载装置控制后端和电子水平仪，待测止推圆盘通过连接件连接至数控液压推力杆的底端且位于光学大理石平台上方，电子水平仪置于数控液压推力杆的顶端，连接件、数控液压推力杆和电子水平仪分别电连接至加载装置控制后端；测量模块包括大理石隔震基座、薄膜无线压力传感器、速度传感器、压力速度数据处理模块和传感器数据显示终端，大理石隔震基座设置在三坐标定位机床下方，薄膜无线压力传感器设置在光学大理石平台的顶部，速度传感器固定在超精密气体静压轴承的底部，薄膜无线压力传感器和速度传感器分别连接至压力速度数据处理模块，压力速度数据处理模块连接传感器数据显示终端；供气模块分别通过管道连接至待测止推圆盘和超精密气体静压轴承。在本专利技术较佳的实施例中，上述连接件包括气路接口、止推圆盘、连接块、气路管道和气膜，连接块、止推圆盘和气膜分别为上中下共三层结构，气路接口设置在位于上层的连接块中部。在本专利技术较佳的实施例中，上述待测止推圆盘为小孔节流器或多孔质节流器，小孔节流器和多孔质节流器包括结构相同的：用于连接气路接口的气路接头、进气口和均压腔，气路接头通过进气口连接至均压腔，气路接口连接有气路管道，多孔质节流器还包括多孔质材料件，多孔质材料件设置在进气口的下部分。在本专利技术较佳的实施例中，上述供气模块包括空压机、空气过滤器、增压阀、大体积气罐、数显流量计、减压阀和压力表，空压机连接至空气过滤器，空气过滤器连接至增压阀，气体经过增压阀连通至大体积气罐进行储存，大体积气罐和减压阀连接且两者之间设置有数显流量计，压力表设置在经减压阀后的管道上。在本专利技术较佳的实施例中，上述三坐标定位机床设备精度至少达到1μm，超精密气体静压轴承的承载力大于光学大理石平台重量以及外部加载力，超精密气体静压轴承运动稳定，光学大理石平台平面度误差小于1μm。在本专利技术较佳的实施例中，上述薄膜压力传感器通过无线蓝牙传输数据至压力速度数据处理模块，薄膜无线压力传感器的表面平面度误差小于1μm，薄膜无线压力传感器平整粘贴在光学大理石平台上，粘贴安装完成后，再次检测整体平面度。在本专利技术较佳的实施例中，超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测方法基于上述检测装置，检测方法包括以下步骤：S1、开通供气模块，适当加压使得待测止推圆盘稳定浮起，此时待测止推圆盘、连接件以及数控液压推力杆成为一个整体；S2、调整数控液压推力杆顶端的电子水平仪，使得数控液压推力杆垂直施加外部加载，之后开启三坐标定位机床，将Z方向坐标调整适当，使得待测止推圆盘表面与薄膜压力传感器表面距离为设定气膜厚度；S3、确定测量方案，测量气膜压力时，可控变量为供气压力、气膜厚度以及外力加载，三变量均可控制为定值或为连续变化值，测量单一因素对气膜压力的影响时，即变量数量为1，定量数量为2；S4、静态压力测量：超精密气体静压轴承静止，速度传感器关闭，开启薄膜无线压力传感器以及压力速度数据处理模块和传感器数据显示终端，供气模块开启，加载模块开启，依据步骤S3实验设计测量；S5、动态压力测量：超精密气体静压轴承匀速运转，速度由下方速度传感器控制，开启薄膜无线压力传感器以及压力速度数据处理模块和传感器数据显示终端，供气模块开启，加载模块开启，调整不同转速模拟主轴不同转速，从而测量动态气膜压力；S6、关闭检测装置的电源，等待超精密气体静压轴承静止后停止供气，用手托举待测止推圆盘，等其落下轻放至平台即可，避免其落下损坏速度传感器的平面精度。在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤S2中，数控液压推力杆加载时，控制数控液压推力杆的加载力连续稳定变化或保持固定数值不变。在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤S3中，测量多因素对气膜压力的影响时，可进行多变量耦合实验，可自行设计耦合标准。在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤S4和步骤S5中，如测量静态压力时，待测止推圆盘位于薄膜压力传感器测量范围内即可；如测量动态压力时，待测止推圆盘圆心与超精密气体静压轴承圆心水平方向距离大于待测止推圆盘的半径；超精密气体静压轴承可改变不同匀速转动状态或者变速转动状态来模拟动态气膜。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过高精度测试机床、供气模块、加载模块、测量模块和待测止推圆盘组成检测装置，止推圆盘模拟气体静压轴承节流器局部，高精度测量系统包含四个模块，通过加载模块确保待测止推圆盘在水平方向无相对运动，更好地控制施加于气膜的力，可以实现不同供气压力、气膜厚度和外部加载情况下对多种节流器参数模型进行动态和静态工作状态的气膜压力测量，对超精密气体静压轴承工作时节流器出口压力分布进行测量，同时轴承节流器相关参数设计方案的能够通过实验验证。本专利技术还具有以下优点：1、待测止推圆盘设计参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其特征在于，包括高精度测量机床、加载模块、测量模块、供气模块和待测止推圆盘(4)，所述高精度测试机床包括三坐标定位机床(1)、超精密气体静压轴承(2)和光学大理石平台(3)，所述超精密气体静压轴承(2)安装在三坐标定位机床(1)上，且光学大理石平台(3)置于超精密气体静压轴承(2)顶部；所述加载模块包括连接件(5)、数控液压推力杆(6)、加载装置控制后端(7)和电子水平仪(8)，所述待测止推圆盘(4)通过连接件(5)连接至数控液压推力杆(6)的底端且位于光学大理石平台(3)上方，所述电子水平仪(8)置于数控液压推力杆(6)的顶端，所述连接件(5)、数控液压推力杆(6)和电子水平仪(8)分别电连接至加载装置控制后端(7)；所述测量模块包括大理石隔震基座(9)、薄膜无线压力传感器(10)、速度传感器(11)、压力速度数据处理模块(12)和传感器数据显示终端(13)，所述大理石隔震基座(9)设置在三坐标定位机床(1)下方，所述薄膜无线压力传感器(10)设置在光学大理石平台(3)的顶部，所述速度传感器(11)固定在超精密气体静压轴承(2)的底部，所述薄膜无线压力传感器(10)和速度传感器(11)分别连接至压力速度数据处理模块(12)，所述压力速度数据处理模块(12)连接传感器数据显示终端(13)；所述供气模块分别通过管道连接至待测止推圆盘(4)和超精密气体静压轴承(2)。/n...

【技术特征摘要】
1.超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其特征在于，包括高精度测量机床、加载模块、测量模块、供气模块和待测止推圆盘(4)，所述高精度测试机床包括三坐标定位机床(1)、超精密气体静压轴承(2)和光学大理石平台(3)，所述超精密气体静压轴承(2)安装在三坐标定位机床(1)上，且光学大理石平台(3)置于超精密气体静压轴承(2)顶部；所述加载模块包括连接件(5)、数控液压推力杆(6)、加载装置控制后端(7)和电子水平仪(8)，所述待测止推圆盘(4)通过连接件(5)连接至数控液压推力杆(6)的底端且位于光学大理石平台(3)上方，所述电子水平仪(8)置于数控液压推力杆(6)的顶端，所述连接件(5)、数控液压推力杆(6)和电子水平仪(8)分别电连接至加载装置控制后端(7)；所述测量模块包括大理石隔震基座(9)、薄膜无线压力传感器(10)、速度传感器(11)、压力速度数据处理模块(12)和传感器数据显示终端(13)，所述大理石隔震基座(9)设置在三坐标定位机床(1)下方，所述薄膜无线压力传感器(10)设置在光学大理石平台(3)的顶部，所述速度传感器(11)固定在超精密气体静压轴承(2)的底部，所述薄膜无线压力传感器(10)和速度传感器(11)分别连接至压力速度数据处理模块(12)，所述压力速度数据处理模块(12)连接传感器数据显示终端(13)；所述供气模块分别通过管道连接至待测止推圆盘(4)和超精密气体静压轴承(2)。


2.根据权利要求1所述的超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其特征在于，所述连接件(5)包括气路接口(24)、止推圆盘(25)、连接块(26)、气路管道(27)和气膜(28)，所述连接块(26)、止推圆盘(25)和气膜(28)分别为上中下共三层结构，所述气路接口(24)设置在位于上层的连接块(26)中部。


3.根据权利要求2所述的超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其特征在于，所述待测止推圆盘(4)为小孔节流器或多孔质节流器，所述小孔节流器和多孔质节流器包括结构相同的：用于连接气路接口(24)的气路接头(21)、进气口(22)和均压腔(23)，所述气路接头(21)通过进气口(22)连接至均压腔(23)，所述气路接口(24)连接有气路管道(27)，所述多孔质节流器还包括多孔质材料件，所述多孔质材料件设置在进气口(22)的下部分。


4.根据权利要求3所述的超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其特征在于，所述供气模块包括空压机(14)、空气过滤器(15)、增压阀(16)、大体积气罐(17)、数显流量计(18)、减压阀(19)和压力表(20)，所述空压机(14)连接至空气过滤器(15)，所述空气过滤器(15)连接至增压阀(16)，气体经过增压阀(16)连通至大体积气罐(17)进行储存，所述大体积气罐(17)和减压阀(19)连接且两者之间设置有数显流量计(18)，所述压力表(20)设置在经减压阀(19)后的管道上。


5.根据权利要求4所述的超精密气浮止推轴承局部气膜动静态压力检测装置，其特征在于，所述三坐标定位机床(1)设备精度至少达到1μm，所述超精密气体静...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，程旭浩，王超，龚维纬，庞飞，王超群，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51