CN106225740B - 一种测量高精度球窝球径的气动测量头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量高精度球窝球径的气动测量头，包括用于与待测球窝对应的球形本体，球形本体中设有用于向待测球窝与球形本体所形成的泄流间隙送气的进气孔，进气孔具有用于朝向待测球窝的进气口，所述的球形本体的外球面上设有通气凹槽，所述进气孔的进气口设置在所述通气凹槽的槽底。当球形本体与待测球窝发生线接触或面接触时，可以最大程度的降低接触部分堵塞进气口而影响进气孔正常工作的几率，在将气动测量头与被测球窝组配时，不需要反复调整即可直接进行测量，可有效提高测量效率，降低接触部位对测量的影响。

Description

一种测量高精度球窝球径的气动测量头

技术领域

本发明涉及一种测量高精度球窝球径的气动测量头。

背景技术

陀螺电机应用于航天、航空、航海装置飞行姿态和方向控制系统，其精度直接影响到姿控系统的精度，而轴承又是陀螺电机的核心部件，轴承的制造精度和装配精度直接影响到陀螺电机的精度、寿命及可靠性。随着姿控系统对轴承精度要求的提高，气体动压式陀螺电机轴承应用越来越广泛，半球型气体动压轴承就是其中的一种。为满足陀螺电机轴承的承载能力和刚度，半球型气体动压轴承气膜间隙仅为几微米，因此要求球面表面粗糙度、球面度和球径差均为亚微米级，球径差直接影响半球型气体动压轴承的动态性能，而球窝球径的精确测量至关重要。多年来，半球型气体动压轴承的球窝球径测量方法主要有两种，一种测量方法是将球窝和标准球径的半球组配在一起，通过测量半球和球窝的径向游隙和轴向游隙来间接计算出球窝的球径；另一种测量方法是光干涉法，将有机玻璃标准半球放置在球窝里，通过观察光干涉条纹来测量球窝的球径。第一种方法不足之处是：半球和球窝组配在一起时，半球和球窝应经过严格清洗，要求组配环境高，故效率很低、测量成本高、测量时间长，并且只能测量比半球球径大的球窝，故此测量方法局限性比较大；第二种方法不足之处是：由于球面圆度误差会反映到干涉条纹中，故造成测量精度比较低，并且很小的尘埃都会造成测量无效，故测量精度的重复性比较低。

现有技术中也有利用现有的气动测量技术实现对球窝球径的精确测量，气动测量技术需要用到气动测量仪，气动测量仪是机械制造工业中使用的一种新型测量仪，它是将工件尺寸的变化量转换为压缩空气的流量或压力的变化，然后由指示装置指示出来，从而测量出工件尺寸的尺寸误差。气动测量技术是通过测量气体的流量和压力的变化来反应被测零件尺寸的技术，物理原理基本如下：气体的流量和压力与气体泄流的间隙的大小成比例关系，同时压力和流量之间相互成反比例关系。调压后的压缩空气经气动测量仪中的调节阀后得到气动测量头的喷嘴处，如果喷嘴对着大气，喷嘴处没有阻挡物体，将会有最大流量的气体通过喷嘴，此时，在调节阀和喷嘴之间存在一个最小压力，当使阻挡物从远至近靠近喷嘴时，喷出的气体由于受到阻挡，流量就会随着减小，同时压力会逐渐升高，当喷嘴被完全挡住后，流量为零，压力将升至最大。奖阻挡物与喷嘴之间的距离定义为泄流间隙，病根上述变化过程制作流量-泄流间隙和压力-泄流间隙的曲线图，从图中可以看出，除了压力和流量和初始和饱和阶段，在两条曲线段的其他部分都是直线，即流量与泄流间隙在一定间隙范围内呈线性关系，压力与泄流间隙在一定泄流间隙范围内也呈线性关系。这样一来，可以通过测量流量或压力来对应测量泄流间歇。

在申请公布号为CN104848810A的中国发明专利申请中公开了一种对称式球窝球径气电测量仪，这种测量仪即采用气动测量技术测量球窝球径，气电测量仪包括气电电子柱、与被测球窝对应匹配的气动测量头以及与气动测量头对应匹配的校准件组，气动测量头为球体形状，在气动测量头上设有带两个气体输出口的气体通道，气体通道与气电电子柱的气体输出端相连，两气体输出口一一对应的位于气动测量头的球体的上下表面上，从而形成上喷嘴和下喷嘴，从气电电子柱的气体输出端输出的带有一定压力的气体经气体通道后从上下喷嘴喷出，使用时，将气动测量头置于对称式球窝中，带一定压力的气体分别从上喷嘴与对称式球窝的上窝壁之间的泄流间隙以及下喷嘴与对称式球窝的下窝壁之间的泄流间隙向外喷嘴泄流，通过测量气电电子柱的气体输出端输出的气体流量或压力，即可根据相应的线性关系而得到泄流间隙的大小，进而根据球体球径得到对称式球窝的球径。

但上述的球径气电测量仪中的气动测量头上的两喷嘴直接设置在球体的外球面上，当将气动测量头置于对称式球窝中时，气动测量头与待测的对称式球窝之间的基础存在线接触和面接触，且这些线接触和面接触的位置预先无法确定，而上下喷嘴的位置确实直接固定的开设在气动测量头上，为避免这些线接触或面接触的位置造成上下喷嘴的堵塞而影响正常的测量，需要反复调整气动测量头的位置，这样一来，不仅测量效率较低，而且反复的调整也会对气动测量头及待测的球窝造成额外磨损，降低气动测量头的使用寿命，影响待测球窝的精度。并且，由于球窝和球体之间的泄流间隙并不确定，直接设在外球面上的喷嘴向泄流间隙充气时稳定性不好，进而会影响气体流量和压力的测量，影响测量精度。

发明内容

本发明提供一种测量高精度球窝球径的气动测量头，以解决现有技术中的气动测量头上的进气口或喷嘴设置在气动测量头的外球面上导致容易受到接触影响的技术问题。

本发明所提供的测量高精度球窝球径的气动测量头的技术方案是：包括用于与待测球窝对应配合并形成泄流间隙的球形本体，球形本体中设有用于向待测球窝与球形本体之间的泄流间隙送气的进气孔，进气孔具有用于朝向待测球窝的进气口，所述的球形本体的外球面上设有通气凹槽，所述进气孔的进气口设置在所述通气凹槽的槽底。

所述的通气凹槽沿所述球形本体的外球面的径线延伸方向延伸。

所述的通气凹槽的两端延伸至所述球形本体的沿经线延伸方向间隔分布的两端面上，通气凹槽的两端为开口结构。

所述的通气凹槽为U型槽结构。

所述的球形本体上还设有用于与待测球窝与球形本体所形成的泄流间隙连通的用于供泄流间隙中的气体排出的排气孔。

所述的球形本体的外球面上设有排气凹槽，所述的排气孔具有朝向待测球窝的外端孔口，排气孔的外端孔口布置在所述排气凹槽的槽底。

所述的排气凹槽沿所述标准球形本体的外球面的径线延伸方向延伸。

所述的排气凹槽的两端延伸至所述球形本体的沿经线延伸方向间隔分布的两端面上，排气凹槽的两端为开口结构。

所述的排气凹槽为U型槽结构。

所述的球形本体的顶部和底部分别设有截头平面，两截头平面相互平行布置且均垂直于待测球窝的中心轴线，球形本体的底部的截头平面上设有用于布置与所述进气孔和排气孔连通的气管的安装孔。

本发明的有益效果是：本发明所提供的测量高精度球窝球径的气动测量头在使用时，由于进气孔的进气口设置在球形本体的外球面上设有的通气凹槽的槽底，这样，当球形本体与待测球窝发生线接触或面接触时，可以最大程度的降低接触部分堵塞进气口而影响进气孔正常工作的几率，在将气动测量头与被测球窝组配时，不需要反复调整即可直接进行测量，可有效提高测量效率，降低接触部位对测量的影响。而且，进气口设置在通气凹槽的槽底，进气口处排出的气流相对稳定，进而可以提高测量精度。

进一步地，通气凹槽沿球形本体的外球面的经线延伸方向延伸，便于经进气孔排出的气体迅速进入待测球窝与球形本体所形成的泄流间隙中。

进一步地，通气凹槽的两端为开口结构，便于气体泄流，防止形成密封腔体而将球窝与球形本体撑开，保证测量精度。

进一步地，通气凹槽为U型槽结构，U型槽结构标准稳定，结构便于设计制作。

进一步地，在球形本体上设置排气孔，便于将泄流间隙中的气体排出，避免在待测球窝与球形本体之间形成密封腔而影响到对球窝球径的正常测量。

进一步地，排气孔的外端孔口设置在排气凹槽中，避免局部接触封堵排气孔。

附图说明

图1是现有的高精度球窝的结构示意图；

图2是本发明所提供的用于测量高精度球窝球径的气动测量头的一种实施例的结构示意图；

图3是使用如图2所示气动测量头测量如图1所示的高精度球窝的球径时的示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种测量高精度球窝球径的气动测量头的实施例，该实施例中的气动测量头包括用于与待测球窝对应配合并形成泄流间隙的球形本体100，待测球窝的结构参见图1，待测球窝200为半球窝，在球形本体100中设有用于向待测球窝与球形本体所形成的泄流间隙300送气的进气孔2，进气孔2具有用于朝向待测球窝的进气口，在球形本体100的外球面上设有通气凹槽3，进气孔2的进气口设置在通气凹槽3的槽底。

本实施例中，球形本体100的顶部设有顶部截头平面7，底部设有底部截头平面9，两截头平面相互平行且均垂直于待测球窝的中心轴线，该中心轴线为竖向中心轴线。

为便于保证气炉通畅，通气凹槽3具体为沿球形本体100的外球面的径线延伸方向延伸的U型槽结构，此处的经线延伸方向指的是球形本体上的与地球上连通南北极的经线延伸方向相同的方向。并且，通气凹槽3的两端延伸至所述球形本体的沿经线延伸方向间隔分布的两截头平面上上，通气凹槽的两端为开口结构。

在本实施例中，球形本体100上还设有用于与待测球窝与球形本体所形成的泄流间隙连通的用于供泄流间隙中的气体排出的排气孔5。球形本体100的外球面上设有排气凹槽4，排气孔5具有朝向待测球窝的外端孔口，排气孔5的外端孔口布置在排气凹槽4的槽底。

对应的，此处的排气凹槽4为沿所述标准球形本体的外球面的径线延伸方向延伸的U型槽结构。并且，排气凹槽4的两端延伸至球形本体的沿经线延伸方向间隔分布的两截头平面上，排气凹槽4的两端为开口结构。

为便于向进气孔充气和将排气孔中的气体引走，在球形本体100的底部截头平面8上设有安装孔6，具体使用时，可在安装孔6中布置与进气孔2和排气孔5连通的气管。

测量时，将待测球窝放置于气动测量头上并将压缩空气连接至球形本体100的进气孔2中，向泄流间隙中充气，当待测球窝的球径与球形本体的球径相差较大时，泄流间隙相对较大，压缩空气泄流较多，流量较大。而当待测球窝的球径与球形本体的球径相差较小时，泄流间隙相对较小，压缩空气泄流较少，流量较少。

通过流量阀等测量仪器观察流入进气孔2的流量L，而球窝的球径与球形本体的球径差转换为压缩空气的流量，通过测量压缩空气的流量从而得出球形本体与待测球窝的球径差，由于球形本体的球径是已知的，故可计算出待测球窝的球径为。

压缩空气的流量与U型槽的宽度、深度和球径差等有关系，当U型槽的宽度和深度一定时，球径差与压缩空气的流量存在，由于U型槽的宽度和深度在实际制造过程中总存在一定的制造误差时，且实际尺寸无法真实测得，故实际操作函数关系可以通过预先进行有限次的试验来确定。

本实施例所提供的球形本体上的通气凹槽和排气凹槽均为U型槽结构，在其他实施例中，通气凹槽和排气凹槽也可以为V型槽或矩形槽结构。

本实施例中，通气凹槽和排气凹槽均沿球形本体的经线延伸方向延伸，这样便于实现压缩空气的泄流，避免出现封闭腔体。

本实施例中，在球形本体上不仅设置有进气孔，还设有排气孔。在其他实施例中，也可以向现有技术中所提供的气动测量头一样仅设置进气孔。

Claims (8)

1.一种测量高精度球窝球径的气动测量头，包括用于与待测球窝对应配合并形成泄流间隙的球形本体，球形本体中设有用于向待测球窝与球形本体之间的泄流间隙送气的进气孔，进气孔具有用于朝向待测球窝的进气口，其特征在于：所述的球形本体的外球面上设有通气凹槽，所述进气孔的进气口设置在所述通气凹槽的槽底；所述的通气凹槽沿所述球形本体的外球面的经线延伸方向延伸；所述的通气凹槽的两端延伸至所述球形本体的沿经线延伸方向间隔分布的两端面上，通气凹槽的两端为开口结构。

2.根据权利要求1所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的通气凹槽为U型槽结构。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的球形本体上还设有用于与待测球窝与球形本体所形成的泄流间隙连通的用于供泄流间隙中的气体排出的排气孔。

4.根据权利要求3所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的球形本体的外球面上设有排气凹槽，所述的排气孔具有朝向待测球窝的外端孔口，排气孔的外端孔口布置在所述排气凹槽的槽底。

5.根据权利要求4所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的排气凹槽沿所述球形本体的外球面的径线延伸方向延伸。

6.根据权利要求5所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的排气凹槽的两端延伸至所述球形本体的沿经线延伸方向间隔分布的两端面上，排气凹槽的两端为开口结构。

7.根据权利要求5所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的排气凹槽为U型槽结构。

8.根据权利要求3所述的测量高精度球窝球径的气动测量头，其特征在于：所述的球形本体的顶部和底部分别设有截头平面，两截头平面相互平行布置且均垂直于待测球窝的中心轴线，球形本体的底部的截头平面上设有用于布置与所述进气孔和排气孔连通的气管的安装孔。