TENG制造技术

本发明专利技术公开

【技术实现步骤摘要】
TENG测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置及方法


[0001]本专利技术涉及精密设备
，具体的涉及
TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置及方法
。

技术介绍

[0002]在高端制造业发展中，轴承是发展中一个重要机械组成原件，其中空气轴承
(
气浮轴承
)
应用于许多高端领域上，如航空航天，精密测量等；在对气浮轴承的性能研究中，径向气浮轴承的偏心是重要的影响因素，因此精确便捷的测量气浮轴承的偏心十分重要，在实际工况中，由于电主轴会出现锥型转动而产生角偏位；为了确保气浮轴承的性能和运行稳定性，现有测量气浮轴承偏心的方法包括：
1、
光电检测法：利用光电传感器或光电编码器等设备测量轴承内圈或外圈上的标志物在旋转时产生的光信号变化，通过分析信号波形来计算轴承的偏心或角偏位；
2、
接触式传感器法：安装位移传感器或压力传感器等接触式传感器，测量轴承的位移和压力变化，并间接推断出轴承的偏心情况；
3、
振动分析法：安装加速度传感器或振动传感器，监测轴承系统内部的振动信号
。
通过分析振动信号的频率
、
幅值和相位等特征，可以推断出轴承的偏心或角偏位；
4、
磁传感器法：利用磁传感器测量轴承内圈或外圈上的磁性标志物在旋转时产生的磁场变化，从而计算出轴承的偏心或角偏位；结合了传感器技术和信号处理算法，能够实现对气浮轴承偏心的准确测量；
[0003]气浮轴承是一种利用气体压力支撑转子的轴承，工作原理是由节流高压空气产生的气膜将工件支撑起来，利用气体的压力来支撑转子，使其在轴承内部自由旋转；
[0004]在对气浮轴承的偏心测量过程中，本申请基于摩擦电纳米发电机
(Triboelectric Nanogenerator
，
TENG)
原理完成，
TENG
基于静电电荷的产生和转移原理，利用不同材料之间的摩擦或压力来实现电荷的分离和积累；摩擦层的构成材料具有不同的电子吸引能力，当它们接触时，在这两个摩擦表面上会产生相反的摩擦电荷；在通过外力使摩擦层分离之后，摩擦带电的相反符号会引起电势下降，该势能随着摩擦电表面的接触和彼此分离而发生变化；为了平衡电势差，自由电子通过连接的外部电路来回流动；通过连接电路，这些积累的电荷可以被释放出来，从而实现电能的输出；
[0005]另一种压电纳米发电机
(Piezoelectric Nanogenerator
，
PENG)
与
TENG
不同，
PENG
是另一种广泛使用的基于压电效应的能量收集技术；当对压电材料施加外力时，由于电偶极矩的产生，会形成内部压电势；
[0006]现有技术中通过测量气浮轴承的其他信号间接推断和转换得到偏心和角偏位，但光电检测法
、
振动分析法受环境影响大，对测量结果产生干扰，且现有技术检测方法结构精密复杂，获得间接数据反应具体偏心和角偏位不清晰的情况
。
[0007]为了解决气浮轴承偏心测量问题，本专利技术提出一种基于
TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置及方法
。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术利用
TENG
原理，在气浮轴承内上下贴上铜箔电极和
PTFE
薄膜，在电主轴上贴上铜箔电极，提供了一种基于
TENG
测量动压气浮轴承偏心的装置及方法
。
[0009]TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置，包括
TENG
检测组件
、
电主轴
、
位于所述电主轴外侧的气浮轴承
、
位于所述气浮轴承内壁的铜箔电极和
PTFE
薄膜；
[0010]所述铜箔电极在气浮轴承内壁设有四个，所述铜箔电极固定连接在气浮轴承内壁上下两侧，所述铜箔电极位于气浮轴承轴向方向的两端；所述
PTFE
薄膜在气浮轴承内壁设有两个，所述
PTFE
薄膜固定连接在薄膜气浮轴承内壁上下两侧，所述
PTFE
薄膜覆盖在气浮轴承内壁同侧的铜箔电极上；所述气浮轴承内上下两侧铜箔电极与
TENG
检测组件电连接；
[0011]所述电主轴上轴向方向的两端固定连接有铜箔电极，所述电主轴上铜箔电极与气浮轴承的铜箔电极位置对应
。
[0012]进一步的，
TENG
检测组件包括可编程静电计
、
采集卡和计算机，所述静电计
、
采集卡和计算机依次连接有数据线和光纤，将电压信号与气膜厚度进行标定
。
[0013]进一步的，所述气浮轴承内上下侧铜箔电极与可编程静电计之间固定连接有铜线
。
[0014]进一步的，所述电主轴与气浮轴承之间为间隙配合，两者之间形成气膜间隙；所述电主轴位于气浮轴承中心；所述电主轴上套有气浮轴承，所述气浮轴承上侧设有螺丝，所述螺丝上缠绕有铁丝，所述气浮轴承两侧设有支撑架，所述支撑架上转动连接有定滑轮，所述铁丝搭接在定滑轮上，所述铁丝下端固定连接有砝码
。
[0015]进一步的，所述支撑架固定连接在水平面上，所述电主轴通过一侧设有的联轴器连接有电机，所述电机上设有支撑板，所述支撑板固定连接在水平面上
。
[0016]进一步的，所述支撑架
、
支撑板与水平面之间通过设有的螺栓固定连接，使得电机和电主轴具备良好的刚性
。
[0017]TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的方法，包括以下步骤：
[0018]S1
：将气浮轴承上侧两端的铜箔电极设为
A
与
A'
，将气浮轴承下侧两端的铜箔电极设为
B
与
B'
，将电主轴两端的铜箔电极设为
C
与
C'
；
[0019]S2
：可编程静电计实时监测电主轴铜箔电极与气浮轴承铜箔电极之间的静电电荷量，采集卡接收可编程静电计的电流模拟信号，进行相应的数据处理，转换为数字信号传输至计算机处理；
[0020]S3
：当
TENG
检测组件获得电主轴与气浮轴承内气膜上下两端电压信号，进行电压信号比较；
[0021]S3.1:
若
V
CA
＝
V
CA'
、V
CB
＝
V
CB'
此时为平行偏心，由上下气膜厚度差得到动压气浮轴承的偏心值；
[0022]S3.2:
若
V
CA
>V
CA'
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置，其特征在于：包括
TENG
检测组件
、
电主轴
、
位于所述电主轴外侧的气浮轴承
、
位于所述气浮轴承内壁的铜箔电极和
PTFE
薄膜；所述铜箔电极在气浮轴承内壁设有四个，所述铜箔电极固定连接在气浮轴承内壁上下两侧，所述铜箔电极位于气浮轴承轴向方向的两端；所述
PTFE
薄膜在气浮轴承内壁设有两个，所述
PTFE
薄膜固定连接在薄膜气浮轴承内壁上下两侧，所述
PTFE
薄膜覆盖在气浮轴承内壁同侧的铜箔电极上；所述气浮轴承内上下两侧铜箔电极与
TENG
检测组件电连接；所述电主轴上轴向方向的两端固定连接有铜箔电极，所述电主轴上铜箔电极与气浮轴承的铜箔电极位置对应
。2.
如权利要求1所述的
TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置，其特征在于：
TENG
检测组件包括可编程静电计
、
采集卡和计算机，所述静电计
、
采集卡和计算机依次连接有数据线和光纤
。3.
如权利要求2所述的
TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置，其特征在于：所述气浮轴承内上下侧铜箔电极与可编程静电计之间固定连接有铜线
。4.
如权利要求1所述的
TENG
测量动压气浮轴承偏心及偏位角的装置，其特征在于：所述电主轴与气浮轴承之间为间隙配合；所述电主轴位于气浮轴承中心；所述电主轴上套有气浮轴承，所述气浮轴承上侧设有螺丝，所述螺丝上缠绕有铁丝，所述气浮轴承两侧设有支撑架，所述支撑架上转动连接有定滑轮，所述铁丝搭接在定滑轮上，所述铁丝下端固定连接有砝码
。5.
如权利要求4所述的
TE...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，龙威，乔妍，林婷婷，王小华，印玉廷，桂浦腾，卢思臣，王萍，刘云龙，王鹏洋，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：