CN108223581A - 气体静压主轴节流孔孔径调节装置 - Google Patents

Abstract

气体静压主轴节流孔孔径调节装置，包括套设在主轴外部、与主轴形成压力气膜的轴套，轴套外部气密地连接一个气室外套，气室外套与轴套之间有外气腔，外气腔通过气室外套上的进气孔连通外部的气压源；轴套上设有环形套，环形套的内孔形成节流孔，节流孔连通外气腔和设置在轴套的内壁面上的内气腔，内气腔连通所述的压力气膜；环形套包括外圈的刚性正电极、内圈的柔性负电极，正电极和负电极之间夹有电致动柔性材料体，负电极围合成节流孔；轴套上设有用于检测气膜气压的气压传感器；气室外套外面装有控制装置；气压传感器的输出端连接控制装置，控制装置根据气膜压力场信息和预设的模型得到最佳的主轴节流孔孔径调节方案，调节节流孔的孔径。

Description

气体静压主轴节流孔孔径调节装置

技术领域

本发明涉及一种气体静压主轴节流孔孔径调节装置。

背景技术

气体静压主轴具有高速度、高精密、低摩擦、耐高低温、少污染等优点，在高端制造装备、精密仪器、空间惯性技术等许多领域有着广泛应用。相比于其他类型主轴，气体静压主轴的一个重要结构特征是采用压力气膜作为工作介质实现气体轴承功能。节流器是气体静压主轴的关键部件之一，是实现静压运动的重要基础。小孔节流器是较为常用的节流器，其节流孔的孔径大小对于气体静压主轴的刚度、承载能力和稳定性有着直接而重要的影响。一般而言，对于小孔节流式气体静压主轴，其制造装配完毕后，它的节流孔孔径大小就是固定的，在使用中节流孔孔径也是无法进行调节的。尽管在主轴设计阶段可以得到较优的节流孔孔径数值，但是面对不同的使用情况，节流孔孔径调节仍具有重要意义和价值，它可在主轴使用阶段为调节小孔节流式气体静压主轴的刚度、承载能力和稳定性提供一种新的手段。

发明内容

为了克服当前技术的不足，本发明提供了一种气体静压主轴节流孔孔径调节装置，可方便、快速、有效地实现微米和纳米量级的节流孔孔径调节。

气体静压主轴节流孔孔径调节装置，包括套设在主轴外部、与主轴形成压力气膜的轴套，其特征在于：

所述的轴套外部气密地连接一个气室外套，气室外套与轴套之间有外气腔，外气腔通过气室外套上的进气孔连通外部的气压源；轴套上设有环形套，环形套的内孔形成节流孔，节流孔连通外气腔和设置在轴套的内壁面上的内气腔，内气腔连通所述的压力气膜；环形套的壁面呈层状，外环是刚性的正电极，内环是柔性的负电极，正电极和负电极之间夹有电致动柔性材料体，负电极围合成节流孔；

轴套上设有用于检测气膜气压的气压传感器；气室外套外面装有控制装置；

气压传感器的输出端连接控制装置，向控制装置发送气膜压力场信息；控制装置的输出端连接正电极和负电极；控制装置根据气膜压力场信息和预设的模型得到最佳的主轴节流孔孔径调节方案，调节节流孔的孔径。

每个环形套两侧各有一个气压传感器。

所述气室外套套在轴套外部，所述的电场控制器设在所述气室外套的外面，所述的气室外套和轴套之间添加有气体密封圈，从而达到密封的效果。

所述电致动柔性材料体处于正电极和负电极之间，与正、负电极通过绝缘层分别粘合在一起。所述气室外套开有引线孔和进气孔。正电极和负电极分别通过穿过引线孔的电路引线与控制装置相连，通过引线密封圈将电路引线与气室外套密封。环形套构成节流孔孔径调节器。

正电极、负电极、电致动柔性材料体和节流孔的轴向高度是相同的。正电极用刚性材料制成，不发生变形。电致动柔性材料体和负电极在只发生径向变形，负电极在变形后其内部仍能保持圆孔形。

本发明的工作原理为：高压气体通过气室外套的进气孔进入节流孔，最终在主轴与轴套之间形成压力气膜，实现主轴的气体静压支撑。通过控制装置可以定量控制正电极和负电极之间的电场强度，从而导致电致动柔性材料体发生定量的径向变形，负电极也随之发生定量的径向变形，最终促使节流孔孔径发生定量的变化。

通过气体压力传感器测试得到主轴的气膜压力场信号，随后向控制装置发送气膜压力场信息。控制装置根据气膜压力场信息和预设的模型得到最佳的主轴节流孔孔径调节方案。进行气体静压主轴节流孔孔径调节之前，预先得到正负电极之间的电场强度与节流孔孔径变化量之间的定量关系。根据已知的节流孔孔径和想通过调节最终获得的节流孔孔径数值，得到节流孔孔径的调节量。根据该调节量，计算得到所需的正负电极之间的电场强度，随后通过控制装置的控制获得所需的正负电极之间的电场强度，进而促使电致动柔性材料体和负电极发生确定的径向变形，最终实现节流孔孔径的调节。

本发明的有益效果在于：

(1)该发明结构简单，使用方便，具有广泛的适用性；

(2)该发明采用线性控制方式，调节精度高，可实现微米及纳米量级的调节；

(3)该发明可有效实现小孔节流式气体静压主轴节流孔孔径的调节，为在使用阶段的主轴刚度、承载能力和稳定性调节提供了一种新手段。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的A-A剖视图。

图中，1-主轴，2-轴套，201-内气腔，3-气体密封圈，4-环形套，401-正电极，402-电致动柔性材料体，403-负电极，404-电路引线，5-节流孔，6-引线密封圈，7-控制装置，8-气室外套，801-进气孔，802-引线孔，803-外气腔，9-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明：

如图1～2所示：

所述的轴套2外部气密地连接一个气室外套8，气室外套8与轴套2之间有外气腔803，外气腔803通过气室外套8上的进气孔801连通外部的气压源；轴套2上设有环形套4，环形套4的内孔形成节流孔5，节流孔5连通外气腔803和设置在轴套的内壁面上的内气腔201，内气腔201连通所述的压力气膜；环形套4的壁面呈层状，外环是刚性的正电极401，内环是柔性的负电极403，正电极401和负电极403之间夹有电致动柔性材料体402，负电极403围合成节流孔5；

轴套2上设有用于检测气膜气压的气压传感器9；气室外套8外面装有控制装置7；

气压传感器9的输出端连接控制装置7，向控制装置7发送气膜压力场信息；控制装置7的输出端连接正电极401和负电极403；控制装置7根据气膜压力场信息和预设的模型得到最佳的主轴节流孔孔径调节方案，调节节流孔的孔径。

每个环形套4两侧各有一个气压传感器9。

所述气室外套8套在轴套2外部，所述的控制装置7设在所述气室外套8的外面，所述的气室外套8和轴套2之间添加有气体密封圈3，从而达到密封的效果。

所述电致动柔性材料体402处于正电极401和负电极403之间，与正、负电极通过绝缘层分别粘合在一起。所述气室外套8开有引线孔802和进气孔801。正电极401和负电极403分别通过穿过引线孔802的电路引线404与控制装置7相连，通过引线密封圈6将电路引线404与气室外套8密封。环形套4构成节流孔孔径调节器。

正电极401、负电极403、电致动柔性材料体402和节流孔5的轴向高度是相同的。正电极401用刚性材料制成，不发生变形。电致动柔性材料体402和负电极403在只发生径向变形，负电极403在变形后其内部仍能保持圆孔形。

本发明的工作原理为：高压气体通过气室外套8的进气孔进入节流孔5，最终在主轴1与轴套2之间形成压力气膜，实现主轴1的气体静压支撑。通过控制装置7可以定量控制正电极401和负电极403之间的电场强度，从而导致电致动柔性材料体402发生定量的径向变形，负电极403也随之发生定量的径向变形，最终促使节流孔5孔径发生定量的变化。

通过气体压力传感器9测试得到主轴1的气膜压力场信号，随后向控制装置7发送气膜压力场信息。控制装置7根据气膜压力场信息和预设的模型得到最佳的主轴节流孔孔径调节方案。进行气体静压主轴节流孔孔径调节之前，预先得到正负电极401、403之间的电场强度与节流孔5孔径变化量之间的定量关系。根据已知的节流孔5孔径和想通过调节最终获得的节流孔孔径数值，得到节流孔孔径的调节量。根据该调节量，计算得到所需的正负电极401、403之间的电场强度，随后通过控制装置7的控制获得所需的正负电极之间的电场强度，进而促使电致动柔性材料体402和负电极403发生确定的径向变形，最终实现节流孔5孔径的调节。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.气体静压主轴节流孔孔径调节装置，包括套设在主轴外部、与主轴形成压力气膜的轴套，其特征在于：

所述的轴套外部气密地连接一个气室外套，气室外套与轴套之间有外气腔，外气腔通过气室外套上的进气孔连通外部的气压源；轴套上设有环形套，环形套的内孔形成节流孔，节流孔连通外气腔和设置在轴套的内壁面上的内气腔，内气腔连通所述的压力气膜；环形套的壁面呈层状，外圈是刚性的正电极，内圈是柔性的负电极，正电极和负电极之间夹有电致动柔性材料体，负电极围合成节流孔；

轴套上设有用于检测气膜气压的气压传感器；气室外套外面装有控制装置；

气压传感器的输出端连接控制装置，向控制装置发送气膜压力场信息；控制装置的输出端连接正电极和负电极；控制装置根据气膜压力场信息和预设的模型得到最佳的主轴节流孔孔径调节方案，调节节流孔的孔径。

2.如权利要求1所述的气体静压主轴节流孔孔径调节装置，其特征在于：每个环形套两侧各有一个气压传感器。