CN105928705B - 一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置，属于空气轴承技术领域，目的是提供一种适应能力强、加载平稳、检测精度高的气膜承载及刚度性能的检测装置。该装置主要包括加载机构(1)、径向轴承(2)、主轴(3)、支柱(4)、盖板(5)、锁紧小球(6)、滑环(7)、顶紧螺钉(8)、万向调节球(9)、连接螺柱(10)、止推轴承(11)；所述的检测装置可以检测气膜在不同气源压力、喷嘴数量、喷嘴直径等因素影响下承载及刚度随气膜厚度的变化规律；所述的加载机构、径向轴承、支柱、盖板构成了外部支撑框架；所述的锁紧小球、滑环、顶紧螺钉、万向调节球共同实现万向调节并锁紧；本检测装置结构简单、操作方便、稳定性好、适用范围广。

Description

一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置
技术领域
本发明属于空气轴承技术领域，具体涉及一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置。
背景技术
空气轴承技术，以其高速、高精度、无摩擦、无污染等优点而被广泛应用在航空航天、微光刻技术、纳米表面形貌测量、高精密机床研发等高、精、尖技术领域，它为这些领域提供了一个可以实现超精密定位、检测和移动的平台或轴系。空气轴承精度和稳定性直接体现在气膜的性能(即承载和刚度)上，影响气膜性能的关键因素为空气轴承的节流性能，而影响节流性能的因素主要有：节流器的数量、节流孔直径、气源压力、均压槽深度等。通过实验研究可以获取在气膜性能最优时各节流参数的最优值范围，从而有效的指导空气轴承的设计与研究工作。
国、内外气膜性能检测实验设备较多，结构较相似，主要包括：主框架结构、加载机构、止推轴承及检测单元，其中主框架结构用于安装和支撑其余装置，加载机构对气膜施加载荷，止推轴承用于产生气膜，而检测单元则用于获取气膜的变形和载荷信号。现有的设备主要存在以下不足：
1)加载机构多采用螺旋或汽缸加载，加载精度低，载荷保持性差；
2)加载过程中往往因为存在摩擦力而使获取的数据失真；
3)缺少万向调节气膜方位并锁紧的机构，使气膜的上、下止推面无法很好贴合，导致数据不准确。
发明内容
本发明要解决的技术难题是：改进了现有检测装置的不足，提供一种能够万向调节气膜方位并锁紧的检测装置。
本发明采用的技术方案为：一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置，包括加载机构、径向轴承、主轴、支柱、盖板、锁紧小球、滑环、顶紧螺钉、万向调节球、连接螺杆和止推轴承；所述的加载机构、径向轴承、支柱、盖板构成了外部支撑框架；所述的锁紧小球、滑环、顶紧螺钉、万向调节球共同实现万向调节并锁紧；通过检测主轴上端面的位移以及下端的气压可以推导获取气膜承载、刚度随气膜厚度的变化规律。
其中，加载机构连接高压气源和精密压力传感器，高压气体通入加载机构推动主轴从而实现加载功能，并通过精密控制气源确保加载的高精度；精密压力传感器可以实时反馈主轴下方高压气体的压力，进而求得加载载荷。
其中，径向轴承为精密气浮轴承，在主轴周围产生高压气膜，使主轴在加载、卸载过程中无摩擦影响，使实验数据更为准确可靠。
其中，止推轴承外连接可调的气源，并在主轴上端面产生高压气膜；止推轴承通过连接螺柱与万向调节球固定，当主轴由于加工误差、外界干扰等的影响使气膜发生倾斜时，万向调节球可以带动止推轴承做出姿态调整，从而适应倾斜；万向调节球姿态调整后，锁紧小球的回转轴线发生相应的倾斜，当主轴向上顶紧后，锁紧小球的轴线方向被固定，此时旋动锁紧小球使万向调节球向上拉紧，同时滑环跟随锁紧小球在盖板的凹槽内平移到合适位置，并用顶紧螺钉顶紧，此时卸载主轴则止推轴承姿态固定不变，由此起到万向锁紧的功能；该结构降低了零件的加工难度，提高了设备的适应能力和稳定性。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、本发明中的加载机构1采用精密调压阀控制的气浮加载技术，使加载精度得到极大的提高，并便于自动化控制；
(2)、本发明中的径向轴承2为气浮轴承，使主轴3在加载、卸载的过程中零摩擦损耗，确保了气膜载荷信号的准确性，使实验结果更为可靠；
(3)、本发明中的止推轴承11通过连接螺柱10与万向调节球9固定，当主轴3上端面倾斜时，万向调节球9可以带动止推轴承11做出姿态调整，与此同时，锁紧小球6的回转轴线发生相应的倾斜，当主轴3向上顶紧后，锁紧小球6的轴线方向被固定，此时旋动锁紧小球6使万向调节球9向上拉紧，同时滑环7跟随锁紧小球6在盖板5的凹槽内平移到合适位置，并用顶紧螺钉8顶紧，此时卸载主轴3则止推轴承11姿态固定不变，由此起到万向锁紧的功能；该结构降低了零件的加工难度，提高了设备的适应能力和稳定性。
附图说明
图1是本发明一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置的主视结构示意图；
图2是本发明一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置的左视结构示意图；
图3是本发明一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置的俯视结构示意图；
图4是本发明的气膜倾斜5°后万向锁紧机构的示意图。
图中各标号表示：1为加载机构，2为径向轴承，3为主轴，4为支柱，5为盖板，6为锁紧小球，7为滑环，8为顶紧螺钉，9为万向调节球，10为连接螺柱，11为止推轴承。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1至图4所示，本发明的可以万向锁紧的气膜性能检测装置，包括：加载机构1、径向轴承2、主轴3、支柱4、盖板5、锁紧小球6、滑环7、顶紧螺钉8、万向调节球9、连接螺柱10和止推轴承11，所述的加载机构1、径向轴承2、支柱4、盖板5构成了外部支撑框架；所述的锁紧小球6、滑环7、顶紧螺钉8、万向调节球9共同实现万向调节并锁紧；通过检测主轴3上端面的位移以及下端的气压可以推导获取气膜承载、刚度随气膜厚度的变化规律；加载机构1连接高压气源和精密压力传感器，高压气体通入加载机构1推动主轴3从而实现加载功能，并通过精密控制气源确保加载的高精度；精密压力传感器可以实时反馈主轴3下方高压气体的压力，进而求得加载载荷；径向轴承2为精密气浮轴承，在主轴3周围产生高压气膜，使主轴3在加载、卸载过程中无摩擦影响，使实验数据更为准确可靠；止推轴承11外连接可调的气源，并在主轴3上端面产生高压气膜；止推轴承11通过连接螺柱10与万向调节球9固定，当主轴3由于加工误差、外界干扰等的影响使气膜发生倾斜时，万向调节球9可以带动止推轴承11做出姿态调整，从而适应倾斜；万向调节球9姿态调整后，锁紧小球6的回转轴线发生相应的倾斜，当主轴3向上顶紧后，锁紧小球6的轴线方向被固定，此时旋动锁紧小球6使万向调节球9向上拉紧，同时滑环7跟随锁紧小球6在盖板5的凹槽内平移到合适位置，并用顶紧螺钉8顶紧，此时卸载主轴3则止推轴承11姿态固定不变，由此起到万向锁紧的功能；该结构降低了零件的加工难度，提高了设备的适应能力和稳定性。
其具体工作方式如下：
1.将压力传感器放入加载机构1并密封到位，并用螺钉将径向轴承2与加载机构1固定，支柱4与径向轴承2固定；
2.对径向轴承2通气，随后将主轴3缓慢放入径向轴承2内腔，转动舒适；
3.将滑环7、锁紧小球6、顶紧螺钉8及万向调节球9按图1结构连接在盖板5上，随后用连接螺柱10将止推轴承11连接在万向调节球9上，最后，将盖板5用螺钉固定在支柱4上；
4.加载机构1、径向轴承2、止推轴承11同时供气，使主轴3与气膜贴合，此时，将两个电感测微仪穿过盖板5上的两个小孔(如图3所示)并接触主轴3上端面，调节电感测微仪使其处于最佳检测状态。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置，其特征在于：包括加载机构(1)、径向轴承(2)、主轴(3)、支柱(4)、盖板(5)、锁紧小球(6)、滑环(7)、顶紧螺钉(8)、万向调节球(9)、连接螺柱(10)和止推轴承(11)；所述的加载机构(1)、径向轴承(2)、支柱(4)、盖板(5)构成了外部支撑框架；所述的锁紧小球(6)、滑环(7)、顶紧螺钉(8)、万向调节球(9)共同实现万向调节并锁紧；通过检测主轴(3)上端面的位移以及下端的气压可以推导获取气膜承载、刚度随气膜厚度的变化规律；止推轴承(11)外连接可调的气源，并在主轴(3)上端面产生高压气膜；止推轴承(11)通过连接螺柱(10)与万向调节球(9)固定，当主轴(3)由于加工误差、外界干扰的影响使气膜发生倾斜时，万向调节球(9)可以带动止推轴承(11)做出姿态调整，从而适应倾斜；万向调节球(9)姿态调整后，锁紧小球(6)的回转轴线发生相应的倾斜，当主轴(3)向上顶紧后，锁紧小球(6)的轴线方向被固定，此时旋动锁紧小球(6)使万向调节球(9)向上拉紧，同时滑环(7)跟随锁紧小球(6)在盖板(5)的凹槽内平移到合适位置，并用顶紧螺钉(8)顶紧，此时卸载主轴(3)则止推轴承(11)姿态固定不变，由此起到万向锁紧的功能。
2.根据权利要求1所述的一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置，其特征在于：加载机构(1)连接高压气源和精密压力传感器，高压气体通入加载机构(1)推动主轴(3)从而实现加载功能，并通过精密控制气源确保加载的高精度；精密压力传感器可以实时反馈主轴(3)下方高压气体的压力，进而求得加载载荷。
3.根据权利要求1所述的一种可以万向锁紧的气膜性能检测装置，其特征在于：径向轴承(2)为精密气浮轴承，在主轴(3)周围产生高压气膜，使主轴(3)在加载、卸载过程中无摩擦影响，使实验数据更为准确可靠。
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