CN110296839A - 用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法 - Google Patents

用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法，所述测试装置包括固定工装，所述固定工装包括底座、架体及压紧螺栓，所述架体固定于底座上，架体包括横杆；所述横杆与底座围成作为容纳待检测气体轴承的安装工位；所述压紧螺栓螺纹连接在横杆上；所述底座上还设置有引压孔，所述引压孔的入口端孔口位于底座的上表面上；还包括压力测量装置；还包括调整装置，所述调整装置用于调整气体轴承与底座之间气膜间隙的宽度。本方案提供的测试装置不仅能够用于不同气体轴承的气膜压力测试，同时能够测试气膜区域中相对于节流孔不同位置的气膜压力，所述测试方法为所述测试装置的使用方法。

Description

用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及气体轴承测试技术领域，特别是涉及一种用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法。
背景技术
随着气体轴承在如今的精密及超精密加工领域的进一步广泛应用，对于气体轴承的气膜刚度、强度、压力等参数的测试日益增多。现目前，针对气膜压力测试，一般采用在生产和装配出具有对应气膜厚度的轴承后，在所形成的装配体上进行测试，针对各次测试，由于具有各自特定的气膜厚度和取压位置，故这样的测试过程不仅消耗大量的人力和财力，同时在效率上亦存在效率非常低的问题。
故作为本领域技术人员，在气体轴承测试领域的气膜检测方面做进一步的技术创新，以解决存在的效率低和消耗大等问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述提出的在气体轴承测试领域的气膜检测方面做进一步的技术创新，以解决存在的效率低和消耗大等问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题，本发明提供了一种用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法。本方案提供的测试装置不仅能够用于不同气体轴承的气膜压力测试，同时能够测试气膜区域中相对于节流孔不同位置的气膜压力，所述测试方法为所述测试装置的使用方法。
针对上述问题，本发明提供的用于气体轴承的气膜压力测试装置及测试方法通过以下技术要点来解决问题：用于气体轴承的气膜压力测试装置，包括用于固定气体轴承的固定工装，所述固定工装包括底座、架体及压紧螺栓，所述架体固定于底座上，架体包括位于底座上方的横杆；
所述横杆与底座围成作为容纳待检测气体轴承的安装工位；
所述压紧螺栓螺纹连接在横杆上，且压紧螺栓可伸入所述安装工位中；
所述底座上还设置有引压孔，所述引压孔的入口端孔口位于底座的上表面上；
还包括安装在底座上的压力测量装置，所述压力测量装置用于测量引压孔中的气体压力值；
还包括调整装置，所述调整装置用于调整气体轴承与底座之间气膜间隙的宽度。
现有技术中，针对气体轴承气膜压力测试，首先是需要将气体轴承安装于轴承座中，同时在轴承座上钻制取压孔，所述取压孔气体引入端在气膜间隙内的位置与所需要测试的气膜区域中的点对应，而后通入压力气体，获得所需的气膜压力。所述气膜间隙即为气膜区域的边界：在向气体轴承通入压力气体后，由气体轴承上的节流孔向气膜间隙中引入压缩气体，形成所述气膜区域。故现有技术中实现气膜压力测量，仅能获得特定气膜间隙宽度下特定点的气膜压力，针对广泛实施的气膜压力测量，现有装置和实现方法这就造成了现有气膜压力测量具有消耗低、效率低等问题。
本方案中，以上固定工装的结构设计中，通过所述调整装置获得所需的气膜间隙，通过所述压紧螺钉实现气体轴承在安装工位内的位置固定，所述引压孔的入口端孔口即对应气膜区域内的特定点，这样，在气膜区域内的取压点需要调整时，通过移动气体轴承在安装工位内的位置，使得是入口端孔口对应所需的取压位置后完成气体轴承固定，而后再通入压力气体，即可通过压力测量装置，获得该点的压力数值。这样，本方案在具体运用时，仅需设置为安装工位提供的空间能够容纳不同尺寸的气体轴承即可，不仅能够用于不同气体轴承的气膜压力测试，同时由于气体轴承在安装工位内的位置可调，使得本装置还能够测试气膜区域中相对于节流孔不同位置的气膜压力。
更进一步的技术方案为：
作为架体的具体实现形式，设置为：所述架体呈门框状：架体包括处于中部的横杆及位于两端的竖杆，所述竖杆的底部均与底座固定连接，各竖杆的顶部分别与横杆的不同端固定连接。本方案不仅结构简单，同时在横杆在受力时，由于其两端分别受到不同竖杆的约束，这样可利于压紧螺栓约束气体轴承的可靠性。
为使得气体轴承受到的来自压紧螺栓的力始终朝向底座的上表面，以实现在底座放置为上表面为水平面时，避免因为压紧螺栓对气体轴承的作用力造成气体轴承在底座上产生位移，以利于气体轴承上节流孔与引压孔的入口端孔口相对位置的稳定性，设置为：所述压紧螺栓的轴线与底座的上表面垂直，且压紧螺栓在横杆上的连接点位于横杆的中部，所述入口端孔口与压紧螺栓呈正对关系。以上设置为压紧螺栓在横杆上的连接点位于横杆的中部，所述入口端孔口与压紧螺栓呈正对关系，可使得压紧螺栓以及入口端孔口能够服务于尺寸范围更为宽泛的气体轴承的压紧。
由于气膜间隙的宽度数值一般非常小(以微米计)，为使得所生成气体轴承的下端面与底座的上表面尽可能平行，以利于气膜间隙的尺寸和形状精度，设置为：所述横杆上设置有多个内螺纹孔，且各内螺纹孔均为贯通横杆上、下端的通孔，且压紧螺栓通过任一内螺纹孔与横杆形成螺纹连接关系；
在横杆的长度方向上，不同内螺纹孔位于横杆的不同位置。这样，根据具体气体轴承的尺寸以及气体轴承在安装工位上的固定位置，选择一颗或多颗压紧螺栓，以使得压紧螺栓施加在气体轴承上的力尽可能不造成气体轴承单侧翘起。
如上所述，在实施本方案时，由于涉及到根据测试需要，需要调整气体轴承在安装工位内的位置，同时需要考虑气膜间隙的形态和尺寸精度，作为调整装置的具体实现方案，设置为：所述调整装置为用于螺纹连接在气体轴承上的顶升螺栓。作为本领域技术人员，若将顶升螺栓设置在底座上，为实现对气体轴承的平衡支撑，则需要在底座上设置多个顶升螺栓安装点，以实现对气体轴承的良好支撑，同时在具体使用时，选择适合支撑气体轴承的安装点连接顶升螺栓即可。但此方案一旦存在闲置的安装点位于气膜区域内，就会造成安装点极大的影响气膜区域的形态，如以影响气膜间隙内气流流动形态的方式，造成所获取的数据产生较大误差；如采用垫片等形式作为所述调整装置，则存在气膜间隙宽度调整不能线性实现、在压紧螺栓在气体轴承上的施力点不在压紧螺栓中部时，难以匹配到不同厚度的垫片以使得气体轴承的下端面与底座的上表面平行。采用本方案，气膜区域的实际形态仅会受到被使用的顶升螺栓的影响，利于最终所获取到的压力数值的精度。作为本领域技术人员，所述顶升螺栓上的螺纹螺距需要设置为尽可能小，同时为方便操作顶升螺栓和在气体轴承上加工内螺纹孔以安装顶升螺栓，设置为顶升螺栓呈柱状，上端具有内六角孔或螺丝刀刀槽，同时为减小顶升螺栓对最终结果的影响，设置为顶升螺栓的下端为尖端。
作为一种调整装置仅包括顶升螺栓的实现方案，设置为：所述顶升螺栓为多颗。在具体运用时，将顶升螺栓以相对之间相对于气体轴承轴线呈环形均布的方式安装于气体轴承上即可。
作为压力测量装置及的入口端孔口具体实现方式，设置为：所述压力测量装置为压力传感器，所述入口端孔口位于安装工位底侧的中央。以上设置为入口端孔口位于安装工位底侧的中央，旨在使得引压孔能够适应气膜区域更宽范围内的取压点取压。更进一步的，设置为压力传感器安装在底座的侧面上，即引压孔的出口端孔口位于底座的侧面。
本方案还公开了一种用于气体轴承的气膜压力测试方法，采用以上提供的任意一项所提供的测试装置完成对气体轴承气膜压力测试，包括顺序进行的以下步骤：
S1、完成气体轴承在安装工位上的安装：利用调整装置在底座上表面与气体轴承下表面之间获得气膜间隙，引压孔的入口端孔口位于气膜间隙内，且所述入口端孔口在气膜间隙中的位置为所需的气膜区域中的取压位置，利用压紧螺栓约束气体轴承的上端，完成气体轴承在安装工位内的位置固定；
S2、向气体轴承内引入压力气体，通过压力测量装置获得取压位置的压力数值。本测试方法为所述测试装置的使用方法，采用本方法，便于实现气体轴承气膜压力高效测试和低成本测试。
作为所述的用于气体轴承的气膜压力测试方法进一步的技术方案，所述调整装置为螺纹连接在气体轴承上的多颗顶升螺栓，且顶升螺栓相互之间相对于气体轴承的轴线呈环状均布。如上所述，本气体轴承约束方案利于测试结果的准确性。
为使得顶升螺栓在被使用时仅受压，以利于气体轴承在安装工位内位置的稳定性，使得测试结果更为精确，设置为：所述顶升螺栓的轴线均与气体轴承的轴线平行。
本发明具有以下有益效果：
以上固定工装的结构设计中，通过所述调整装置获得所需的气膜间隙，通过所述压紧螺钉实现气体轴承在安装工位内的位置固定，所述引压孔的入口端孔口即对应气膜区域内的特定点，这样，在气膜区域内的取压点需要调整时，通过移动气体轴承在安装工位内的位置，使得是入口端孔口对应所需的取压位置后完成气体轴承固定，而后再通入压力气体，即可通过压力测量装置，获得该点的压力数值。这样，本方案在具体运用时，仅需设置为安装工位提供的空间能够容纳不同尺寸的气体轴承即可，不仅能够用于不同气体轴承的气膜压力测试，同时由于气体轴承在安装工位内的位置可调，使得本装置还能够测试气膜区域中相对于节流孔不同位置的气膜压力。
本测试方法为所述测试装置的使用方法，采用本方法，便于实现气体轴承气膜区域不同点气膜压力的高效测试和低成本测试。
附图说明
图1为本发明所述的用于气体轴承的气膜压力测试方法一个具体实施例的结构示意图，该示意图为主视剖视图。
图中标记分别为：1、压力测量装置，2、底座，3、调整装置，4、止推轴承下部，5、止推轴承上部，6、架体，7、压紧螺栓，8、安装工位，9、气膜间隙，10、引压孔，11、横杆。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
实施例1：
如图1所示，用于气体轴承的气膜压力测试装置，包括用于固定气体轴承的固定工装，所述固定工装包括底座2、架体6及压紧螺栓7，所述架体6固定于底座2上，架体6包括位于底座2上方的横杆11；
所述横杆11与底座2围成作为容纳待检测气体轴承的安装工位8；
所述压紧螺栓7螺纹连接在横杆11上，且压紧螺栓7可伸入所述安装工位8中；
所述底座2上还设置有引压孔10，所述引压孔10的入口端孔口位于底座2的上表面上；
还包括安装在底座2上的压力测量装置1，所述压力测量装置1用于测量引压孔10中的气体压力值；
还包括调整装置3，所述调整装置3用于调整气体轴承与底座2之间气膜间隙9的宽度。
现有技术中，针对气体轴承气膜压力测试，首先是需要将气体轴承安装于轴承座中，同时在轴承座上钻制取压孔，所述取压孔气体引入端在气膜间隙9内的位置与所需要测试的气膜区域中的点对应，而后通入压力气体，获得所需的气膜压力。所述气膜间隙9即为气膜区域的边界：在向气体轴承通入压力气体后，由气体轴承上的节流孔向气膜间隙9中引入压缩气体，形成所述气膜区域。故现有技术中实现气膜压力测量，仅能获得特定气膜间隙9宽度下特定点的气膜压力，针对广泛实施的气膜压力测量，现有装置和实现方法这就造成了现有气膜压力测量具有消耗低、效率低等问题。
本方案中，以上固定工装的结构设计中，通过所述调整装置3获得所需的气膜间隙9，通过所述压紧螺钉实现气体轴承在安装工位8内的位置固定，所述引压孔10的入口端孔口即对应气膜区域内的特定点，这样，在气膜区域内的取压点需要调整时，通过移动气体轴承在安装工位8内的位置，使得是入口端孔口对应所需的取压位置后完成气体轴承固定，而后再通入压力气体，即可通过压力测量装置1，获得该点的压力数值。这样，本方案在具体运用时，仅需设置为安装工位8提供的空间能够容纳不同尺寸的气体轴承即可，不仅能够用于不同气体轴承的气膜压力测试，同时由于气体轴承在安装工位8内的位置可调，使得本装置还能够测试气膜区域中相对于节流孔不同位置的气膜压力。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1所示，作为架体6的具体实现形式，设置为：所述架体6呈门框状：架体6包括处于中部的横杆11及位于两端的竖杆，所述竖杆的底部均与底座2固定连接，各竖杆的顶部分别与横杆11的不同端固定连接。本方案不仅结构简单，同时在横杆11在受力时，由于其两端分别受到不同竖杆的约束，这样可利于压紧螺栓7约束气体轴承的可靠性。
为使得气体轴承受到的来自压紧螺栓7的力始终朝向底座2的上表面，以实现在底座2放置为上表面为水平面时，避免因为压紧螺栓7对气体轴承的作用力造成气体轴承在底座2上产生位移，以利于气体轴承上节流孔与引压孔10的入口端孔口相对位置的稳定性，设置为：所述压紧螺栓7的轴线与底座2的上表面垂直，且压紧螺栓7在横杆11上的连接点位于横杆11的中部，所述入口端孔口与压紧螺栓7呈正对关系。以上设置为压紧螺栓7在横杆11上的连接点位于横杆11的中部，所述入口端孔口与压紧螺栓7呈正对关系，可使得压紧螺栓7以及入口端孔口能够服务于尺寸范围更为宽泛的气体轴承的压紧。
由于气膜间隙9的宽度数值一般非常小(以微米计)，为使得所生成气体轴承的下端面与底座2的上表面尽可能平行，以利于气膜间隙9的尺寸和形状精度，设置为：所述横杆11上设置有多个内螺纹孔，且各内螺纹孔均为贯通横杆11上、下端的通孔，且压紧螺栓7通过任一内螺纹孔与横杆11形成螺纹连接关系；
在横杆11的长度方向上，不同内螺纹孔位于横杆11的不同位置。这样，根据具体气体轴承的尺寸以及气体轴承在安装工位8上的固定位置，选择一颗或多颗压紧螺栓7，以使得压紧螺栓7施加在气体轴承上的力尽可能不造成气体轴承单侧翘起。
如上所述，在实施本方案时，由于涉及到根据测试需要，需要调整气体轴承在安装工位8内的位置，同时需要考虑气膜间隙9的形态和尺寸精度，作为调整装置3的具体实现方案，设置为：所述调整装置3为用于螺纹连接在气体轴承上的顶升螺栓。作为本领域技术人员，若将顶升螺栓设置在底座2上，为实现对气体轴承的平衡支撑，则需要在底座2上设置多个顶升螺栓安装点，以实现对气体轴承的良好支撑，同时在具体使用时，选择适合支撑气体轴承的安装点连接顶升螺栓即可。但此方案一旦存在闲置的安装点位于气膜区域内，就会造成安装点极大的影响气膜区域的形态，如以影响气膜间隙9内气流流动形态的方式，造成所获取的数据产生较大误差；如采用垫片等形式作为所述调整装置3，则存在气膜间隙9宽度调整不能线性实现、在压紧螺栓7在气体轴承上的施力点不在压紧螺栓7中部时，难以匹配到不同厚度的垫片以使得气体轴承的下端面与底座2的上表面平行。采用本方案，气膜区域的实际形态仅会受到被使用的顶升螺栓的影响，利于最终所获取到的压力数值的精度。作为本领域技术人员，所述顶升螺栓上的螺纹螺距需要设置为尽可能小，同时为方便操作顶升螺栓和在气体轴承上加工内螺纹孔以安装顶升螺栓，设置为顶升螺栓呈柱状，上端具有内六角孔或螺丝刀刀槽，同时为减小顶升螺栓对最终结果的影响，设置为顶升螺栓的下端为尖端。
本实施例中，以气体轴承为静压止推轴承为例，如图1所示，止推轴承上部5叠放于止推轴承下部4上，完成静压止推轴承在安装工位8内的配合，用于安装顶升螺栓的内螺纹孔开设在止推轴承下部4上即可。
作为一种调整装置3仅包括顶升螺栓的实现方案，设置为：所述顶升螺栓为多颗。在具体运用时，将顶升螺栓以相对之间相对于气体轴承轴线呈环形均布的方式安装于气体轴承上即可。
作为压力测量装置1及的入口端孔口具体实现方式，设置为：所述压力测量装置1为压力传感器，所述入口端孔口位于安装工位8底侧的中央。以上设置为入口端孔口位于安装工位8底侧的中央，旨在使得引压孔10能够适应气膜区域更宽范围内的取压点取压。更进一步的，设置为压力传感器安装在底座2的侧面上，即引压孔10的出口端孔口位于底座2的侧面。
实施例3：
本实施例在实施例1或实施例2的基础上作进一步限定，本实施例公开一种用于气体轴承的气膜压力测试方法，本方案还公开了一种用于气体轴承的气膜压力测试方法，采用以上提供的任意一项所提供的测试装置完成对气体轴承气膜压力测试，包括顺序进行的以下步骤：
S1、完成气体轴承在安装工位8上的安装：利用调整装置3在底座2上表面与气体轴承下表面之间获得气膜间隙9，引压孔10的入口端孔口位于气膜间隙9内，且所述入口端孔口在气膜间隙9中的位置为所需的气膜区域中的取压位置，利用压紧螺栓7约束气体轴承的上端，完成气体轴承在安装工位8内的位置固定；
S2、向气体轴承内引入压力气体，通过压力测量装置1获得取压位置的压力数值。本测试方法为所述测试装置的使用方法，采用本方法，便于实现气体轴承气膜压力高效测试和低成本测试。
实施例4：
本实施例在实施例3的基础上作进一步限定，作为所述的用于气体轴承的气膜压力测试方法进一步的技术方案，所述调整装置3为螺纹连接在气体轴承上的多颗顶升螺栓，且顶升螺栓相互之间相对于气体轴承的轴线呈环状均布。如上所述，本气体轴承约束方案利于测试结果的准确性。
为使得顶升螺栓在被使用时仅受压，以利于气体轴承在安装工位8内位置的稳定性，使得测试结果更为精确，设置为：所述顶升螺栓的轴线均与气体轴承的轴线平行。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.用于气体轴承的气膜压力测试装置，包括用于固定气体轴承的固定工装，其特征在于，所述固定工装包括底座(2)、架体(6)及压紧螺栓(7)，所述架体(6)固定于底座(2)上，架体(6)包括位于底座(2)上方的横杆(11)；
所述横杆(11)与底座(2)围成作为容纳待检测气体轴承的安装工位(8)；
所述压紧螺栓(7)螺纹连接在横杆(11)上，且压紧螺栓(7)可伸入所述安装工位(8)中；
所述底座(2)上还设置有引压孔(10)，所述引压孔(10)的入口端孔口位于底座(2)的上表面上；
还包括安装在底座(2)上的压力测量装置(1)，所述压力测量装置(1)用于测量引压孔(10)中的气体压力值；
还包括调整装置(3)，所述调整装置(3)用于调整气体轴承与底座(2)之间气膜间隙(9)的宽度。
2.根据权利要求1所述的用于气体轴承的气膜压力测试装置，其特征在于，所述架体(6)呈门框状：架体(6)包括处于中部的横杆(11)及位于两端的竖杆，所述竖杆的底部均与底座(2)固定连接，各竖杆的顶部分别与横杆(11)的不同端固定连接。
3.根据权利要求2所述的用于气体轴承的气膜压力测试装置，其特征在于，所述压紧螺栓(7)的轴线与底座(2)的上表面垂直，且压紧螺栓(7)在横杆(11)上的连接点位于横杆(11)的中部，所述入口端孔口与压紧螺栓(7)呈正对关系。
4.根据权利要求2所述的用于气体轴承的气膜压力测试装置，其特征在于，所述横杆(11)上设置有多个内螺纹孔，且各内螺纹孔均为贯通横杆(11)上、下端的通孔，且压紧螺栓(7)通过任一内螺纹孔与横杆(11)形成螺纹连接关系；
在横杆(11)的长度方向上，不同内螺纹孔位于横杆(11)的不同位置。
5.根据权利要求1所述的用于气体轴承的气膜压力测试装置，其特征在于，所述调整装置(3)为用于螺纹连接在气体轴承上的顶升螺栓。
6.根据权利要求5所述的用于气体轴承的气膜压力测试装置，其特征在于，所述顶升螺栓为多颗。
7.根据权利要求1所述的用于气体轴承的气膜压力测试装置，其特征在于，所述压力测量装置(1)为压力传感器，所述入口端孔口位于安装工位(8)底侧的中央。
8.用于气体轴承的气膜压力测试方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任意一项所提供的测试装置完成对气体轴承气膜压力测试，包括顺序进行的以下步骤：
S1、完成气体轴承在安装工位(8)上的安装：利用调整装置(3)在底座上表面与气体轴承下表面之间获得气膜间隙(9)，引压孔(10)的入口端孔口位于气膜间隙(9)内，且所述入口端孔口在气膜间隙(9)中的位置为所需的气膜区域中的取压位置，利用压紧螺栓约束气体轴承的上端，完成气体轴承在安装工位(8)内的位置固定；
S2、向气体轴承内引入压力气体，通过压力测量装置(1)获得取压位置的压力数值。
9.根据权利要求8所述的用于气体轴承的气膜压力测试方法，其特征在于，所述调整装置(3)为螺纹连接在气体轴承上的多颗顶升螺栓，且顶升螺栓相互之间相对于气体轴承的轴线呈环状均布。
10.根据权利要求9所述的用于气体轴承的气膜压力测试方法，其特征在于，所述顶升螺栓的轴线均与气体轴承的轴线平行。
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