CN109580086A - 一种组合式静压气浮轴承支承机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明涉及一种组合式静压气浮轴承支承机构，属于扭矩计量校准技术领域。本发明在改进传统标准扭矩发生装置力臂杠杆中部的支承机构，采用一种对称结构的组合式静压气浮轴承支承机构，在克服传统结构存在的一系列问题的同时还具有降低实现难度与故障率,并增加使用寿命等特点。相应的，本发明可将力臂杠杆改进为单梁双臂对称式框架结构，从而在降低杠杆加工装配难度的基础上使力臂杠杆的测量准确度得到有效保证。

Description

一种组合式静压气浮轴承支承机构

技术领域

本发明涉及一种组合式静压气浮轴承支承机构，属于扭矩计量校准技术领域。

技术背景

目前，我国的标准扭矩发生装置大多采用静重式结构，即在一定臂长的杠杆上加挂砝码，从而产生标准扭矩值的结构。现有的绝大多数标准扭矩发生装置的典型特征之一，就是扭矩杠杆的支撑方式采用的是刀子、刀承支承的方式。这种支承机构在工作过程中，必然会存在以下三方面的问题：第一，刀子在刀承中转动，其摩擦力直接影响整体装置的灵敏度和准确度。第二，在臂长调试过程中，支承杠杆的中刀和砝码吊挂用的另外两把边刀之间的位置关系确定了杠杆的有效臂长，由于三把刀子不可能做到完全平行和共面，由此会引入臂长的不准确；同时由于其结构特点也决定了对三把刀子位置关系的准确测量也具有较大难度，测量不确定度很难控制在理想的水平。第三，中刀在转动过程中产生横向位移，从而使杠杆臂产生移动，引起连接被校传感器的轴头之间的同轴度发生变化，从而引入侧向力和弯矩等影响因素。因此，在实际应用过程中，此类标准扭矩发生装置的测量不确定度很难控制在0.03％以下。

为了提高杠杆的灵敏度，有效的提升臂长测量的准确度，减少乃至避免标准扭矩发生装置杠杆的横向位移，减小扭矩输出轴头之间的同轴度误差，从而降低标准扭矩发生装置复现扭矩量值的测量不确定度，其最可行有效的方法就是通过静压气浮轴承代替传统支撑结构。

静压气浮轴承是利用空气润滑技术开发出来的核心产品，它是利用气膜支承负荷和减小摩擦的机械构件。与传统的滚动轴承和滑动轴承相比，气浮轴承具有灵敏度高，无噪声，功耗低和寿命长等优点。

用于标准扭矩发生装置的气体轴承，其传统结构是一体式结构、通过在轴承金属本体上加工微细孔，并通入高压空气的方式来实现的，这种结构存在加工调试难度大、工作环境要求苛刻、造价高、故障率高等问题。

中国发明专利(CN107101781A)，提出了一种静重式微小力值标准装置用气浮轴承支撑主梁系统，用以减小静重式微小力值标准装置平衡机构的摩擦力，确保砝码的精确定位，从而减小静重式微小力值标准装置的测量不确定度。中国发明专利(CN105043663A)，一种高精度、大量程的气浮轴承式扭矩标准机，也采用气浮轴承作为支承，减少了摩擦扭矩对扭矩测量的影响，提高了测量精度。但是，其应用的空气轴承采用的是上述传统的一体式结构，存在相应局限性，且其相关文献并没有对支撑主梁的气浮轴承的机构进行深入的介绍。同时，由于上述专利中采用了一体式结构的空气轴承，故其力臂杠杆相应的采用了双梁式结构，这种复杂结构也增加了杠杆臂长控制和测量的不确定度。

发明内容

本发明的目的是改进传统标准扭矩发生装置力臂杠杆中部的支承机构，采用两组对称结构的组合式静压气浮轴承支承，在克服传统结构存在的一系列问题的同时还具有降低实现难度和故障率等特点。相应的，本发明可将力臂杠杆改进为单梁双臂对称式框架结构，从而在降低杠杆加工装配难度的基础上使力臂杠杆的测量准确度得到有效保证。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

采用两组相同的对称结构的组合式静压气浮轴承实现力臂杠杆的支撑。力臂杠杆采用单梁双臂对称式框架结构，位于两组轴承中间，通过中心圆轴放置于两组静压气浮轴承支承机构内部，当两组轴承机构通气工作时，圆轴浮于轴承之间，从而实现气浮轴承对杠杆的支承。由于气膜的摩擦力接近于零，因此杠杆的摩擦力矩也接近于零。

整个支承机构的设计如图1所示，其包括力臂杠杆(1)、中心圆轴(2)、两组对称结构的静压气浮轴承(3)和轴承安装底座(4)组成。

所述力臂杠杆(1)为单梁双臂对称式框架结构，力臂长度和重量根据扭矩量程可改变。

所述中心圆轴(2)固定于杠杆中部并从杠杆两端伸出，圆轴直径和长度根据扭矩量程可改变。

所述中心圆轴(2)两端伸出部分分别穿过两组组合式静压气浮轴承(3)内部。

所诉两组组合式静压气浮轴承(3)与轴承安装底座(4)相连，安装固定为一个整体结构。

所述两组组合式静压气浮轴承均为对称式结构，用于对力臂杠杆实现桥式稳定支承，其结构设计如图2所示。每组组合式静压气浮轴承均包括轴承架基体(5)、负载气浮轴承体(6)、定位气浮轴承体(7)、保护板(8)、圆底球头调节螺钉(9)。

所述轴承架基体(5)为环形结构，底部有螺纹孔，用于与轴承安装底座(4)进行固紧安装；环体内部有凹槽，用于放置负载气浮轴承体(6)和定位气浮轴承体(7)。

所述负载气浮轴承体(6)均由密集微孔非金属材料组成，主要起到支承力臂杠杆与砝码总重量的作用，其弧面半径和面积可根据中心圆轴(2)的轴径和扭矩量程进行设计改变。定位气浮轴承体(6)安装于轴承架基体(5)内部下端，与穿过轴承架基体(5)的圆底球头调节螺钉(9)相连。

所述定位气浮轴承体(7)所述均由密集微孔非金属材料组成，主要起到产生气膜，使中心圆轴(2)浮于轴承中心的作用。定位气浮轴承体(7)的数量、弧面半径和面积可根据中心圆轴(2)的轴径和扭矩量程进行设计改变。定位气浮轴承体(7)沿周向分布在轴承架基体(5)内部侧方位和上端的凹槽内，分别与穿过轴承架基体(5)的圆底球头调节螺钉(9)相连。

所述保护板(8)安装于轴承架基体(5)外侧，用于保护轴承，减少气体压力损失和防止灰尘影响。

所述各圆底球头调节螺钉(9)穿过轴承架基体(5)分别与负载气浮轴承体(6)和定位气浮轴承体(7)相连。用于限制和调节气膜间隙，其球头圆底球头还具有自动调节的功能，使各气浮轴承与中心圆轴(2)之间的位置关系可实现一定范围内的自适应功能。

有益效果

本发明用于标准扭矩发生装置上，在力臂杠杆中部采用组合式静压气浮轴承支承，在克服刀口支承方式存在的一系列问题的同时还具有加工安装难度小、工作环境要求宽松、故障率低等特点。采用的两组轴承一方面可提供足够的支承能力，同时保证了力臂杠杆工作状态的稳定性。相应的，力臂杠杆采用单梁双臂对称式框架结构，此结构可在控制重量的同时提升刚度，而且也使力臂杠杆的测量准确度得到有效提高。多个气浮轴承体组合配置的结构，使整个气浮轴承支承机构具有明显的可塑性，可以根据不同的扭矩量程进行方便灵活的结构设计和能力扩展。由于采用了密集微孔非金属材料轴承体，使气浮轴承系统的工作压力得以降低、间隙得以放大，在降低安全风险的同时也延长了使用寿命。

附图说明

图1为组合式静压气浮轴承支承机构的整体结构示意图；

图2为组合式静压气浮轴承本体结构整体结构图；

其中，附图标记为：1-力臂杠杆；2-中心圆轴；3-组合式静压气浮轴承；4-轴承安装底座；5-轴承架基体；6-负载气浮轴承体；7-定位气浮轴承体；8-保护板；9-圆底球头调节螺钉。

具体实施方式

具体地，力臂杠杆通过中心圆轴支承与两组组合式静压气浮轴承之间，呈桥式稳定支撑。工作时，由密集微孔非金属材料制作的轴承系统中通入高压气体，并通过密集微孔均匀出气，轴承腔与中心圆轴之间的微小间隙内的高压气体使整个力臂杠杆处于悬浮状态，在被稳定得局限于轴承中心的同时，还可以保证在实现绕中轴线进行转动的时候具有极小的摩擦阻力。

该组合式静压气浮轴承支承机构一般用于标准扭矩发生装置中，一方面可以起到支撑力臂杠杆和产生扭矩的砝码等负载，另一方面还可以保证在力臂杠杆上施加的微小负载也能被鉴别并测量出来。

组合式结构的气浮轴承支撑结构可以通过改变气浮轴承体的数量、面积、弧度和工作压力等参数来适应不同扭矩量程的需要。

Claims (7)

1.一种组合式静压气浮轴承支承机构,其包括力臂杠杆、中心圆轴、两组对称结构的静压气浮轴承和轴承安装底座。

所述力臂杠杆为单梁双臂对称式框架结构，力臂长度和重量根据扭矩量程可改变。

所述中心圆轴固定于杠杆中部并从杠杆两端伸出，圆轴直径和长度根据扭矩量程可改变。

所述中心圆轴两端伸出部分分别穿过两组组合式静压气浮轴承内部。

所诉两组组合式静压气浮轴承与轴承安装底座相连，安装固定为一个整体结构。

2.每组组合式静压气浮轴承均为对称式结构，均包括轴承架基体、负载气浮轴承体、定位气浮轴承体、保护板、圆底球头调节螺钉。

所述轴承架基体为环形结构，底部有螺纹孔，用于与轴承安装底座进行固紧安装；环体内部有凹槽，用于放置负载气浮轴承体和定位气浮轴承体。

所述负载气浮轴承体均由密集微孔非金属材料组成，主要起到支承力臂杠杆与砝码总重量的作用，其弧面半径和面积可根据中心圆轴的轴径和扭矩量程进行设计改变。定位气浮轴承体安装于轴承架基体内部下端，与穿过轴承架基体的圆底球头调节螺钉相连。

所述定位气浮轴承体所述均由密集微孔非金属材料组成，主要起到产生气膜，使中心圆轴浮于轴承中心的作用。定位气浮轴承体的数量、弧面半径和面积可根据中心圆轴的轴径和扭矩量程进行设计改变。定位气浮轴承体沿周向分布在轴承架基体内部侧方位和上端的凹槽内，分别与穿过轴承架基体的圆底球头调节螺钉相连。

所述保护板安装于轴承架基体外侧，用于保护轴承，减少气体压力损失和防止灰尘影响。

所述各圆底球头调节螺钉穿过轴承架基体分别与负载气浮轴承体和定位气浮轴承体相连。用于限制和调节气膜间隙，其球头圆底球头还具有自动调节的功能，使各气浮轴承与中心圆轴之间的位置关系可实现一定范围内的自适应功能。

3.根据权利1所述的组合式静压气浮轴承支承机构,为两组对称结构的静压气浮轴承精确固定在轴承安装底座上,共同对力臂杠杆形成了稳定的桥式支承。

4.根据权利1所述的力臂杠杆为单梁双臂对称式框架结构，可在保证杠杆结构刚度、减小重量和变形的同时，提升杠杆臂长的准确性。

5.根据权利2所述的每组静压气浮轴承均有多个气浮轴承体沿周向安装于环形结构的轴承架基体之内。底部和其他方位的气浮轴承体分别起到支承重力和定位中心圆轴的作用。

6.根据权利2所述的各个气浮轴承体均为密集微孔非金属材料组成，其数量、弧面半径、面积和工作压力可根据中心圆轴的轴径和扭矩量程进行设计改变。

7.根据权利2所述的各个气浮轴承体均圆底球头调节螺钉来固定安装，可在一定的角度范围内具有自适应调节能力。