CN112780678A - 一种超滑空气静压止推轴承支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超滑空气静压止推轴承支撑系统，涉及精密制造技术领域。所述超滑空气静压止推轴承支撑系统包括供气系统、气浮组件、负压系统和监测系统，通过在气浮轴承的外圈周向加工回气道和回气孔，制造出相对真空，达到减小重载气浮轴承水平位移时产生的巨大摩擦力的目的；本发明的超滑空气静压止推轴承支撑系统，通过在气浮轴承的外圈周向加工回气道和回气孔，此处气膜压力接近标况大气压，在此处加工回气道和回气孔，对气膜刚度及承载力的影响较小，基本不会破坏气膜的承载性能。本发明超滑空气静压止推轴承支撑系统，可以通过监测系统反馈得到的数据对气浮轴承工作过程中的摩擦系数进行测量。
Description
技术领域
本发明涉及精密制造技术领域，具体的涉及一种超滑空气静压止推轴承支撑系统。
背景技术
在航空航天领域中，用来进行航天器全物理仿真试验的气浮台的性能、作用至关重要。太空中时，卫星的零部件如机械手等处于失重状态，其动力学原理与地球重力环境下不同。因此需要五自由度、六自由度等多自由度气浮平台来提供全物理仿真试验所需的环境，模拟卫星漂浮在空中的状态。但是，在进行模拟实验时，卫星的重量重达数吨、十数吨，尽管气浮轴承的摩擦系数可以低至0.03到0.2之间，但大型重载气浮轴承水平运动时，其摩擦力仍达到数千牛。较大的摩擦力最直接重要的影响是“航天器全物理仿真试验的气浮台”无法更加真实的模拟太空的失重环境条件。同时较大的摩擦力会让仿真实验气浮台上的悬浮物运动受阻，无法进行仿真实验。
综上所述，现有技术在进行全物理仿真试验时，重载气浮轴承水平位移时产生的巨大摩擦力，无法进行有效的仿真实验。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种超滑空气静压止推轴承支撑系统，通过负压配合在气浮轴承外圈模拟出相对真空，减小重载气浮轴承水平位移时产生的巨大摩擦力。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种超滑空气静压止推轴承支撑系统，包括供气系统、气浮组件、负压系统和监测系统，所述气浮组件包括配重块、气浮轴承和大理石平台，大理石平台上放置气浮轴承，并于气浮轴承上表面放置配重块模拟重物荷载；所述气浮轴承的进气孔与所述供气系统连接，由供气系统将调压后的气源供入气浮轴承，所述气浮轴承周向开设回气道并于回气道内开设回气孔，所述回气孔通过抽气管与所述负压系统的真空负压泵连接，所述监测系统的压电式力传感器前端粘在配重块侧面，通过数据传输线与接收器及计算机进行数据处理。
进一步的，所述气浮轴承的回气道、回气孔开设于气浮轴承外圈周向；
所述回气道位于沿半径向外7/10r～8/10r区域，此区域的气膜压力接近标准大气压，在此区域加工回气道，对气膜承载性能的影响很小；
所述回气道沟槽圆弧半径参数与轴承半径尺寸相关，取值范围为轴承半径的4％～8％。
进一步的，所述回气道内回气孔的半径为回气道沟槽圆滑半径的2/3。
进一步的，所述回气道开设1条，过多的回气道会破坏气浮轴承气膜承载性能；所述回气孔数量为4-8个，过少的回气孔无法制造相对真空，过多的回气孔会破坏气浮轴承本身的结构强度。
进一步的，所述供气系统包括依次连接的气源、截止阀、过滤器、除油器、分水过滤器和气罐，所述气罐出气口处同时并联溢流阀和减压阀；
所述气源的气体依次经过截止阀、过滤器、除油器、分水过滤器进入气罐，并从气罐出气口流出的气体经过减压阀供入气浮轴承的进气孔。
进一步的，所述压电式力传感器前端面粘接在配重块侧面，后端面承受来自外部的力。
本发明的另一目的在于，提供一种所述超滑空气静压止推轴承支撑系统的模拟测试方法；
所述模拟测试方法包括：
S1：选择合适配重块放置在气浮轴承上表面，未供气时，气浮轴承静止在大理石平台的上表面；
S2：由供气系统供气，气源的气体依次经过截止阀、过滤器、除油器、分水过滤器进入气罐，并从气罐出气口流出的气体经过减压阀供入气浮轴承的进气孔；
S3：气体供入气浮轴承后，在气浮轴承底面与大理石平台上表面产生一层气膜，气膜具有一定刚度，实现气浮轴承的悬浮；
S4：打开与回气孔通过抽气管连接的负压真空泵，通过抽气管将气浮轴承外圈周向抽止负压，模拟相对真空；
S5：推动压电式力传感器尾端，在承受外部的力后使气浮轴承平稳匀速移动，力传感的压力数据传输至接收器，接收器将数据处理后通过数据线传输至计算机将数据可视化；
S6：关闭负压真空泵，再次匀速推动压电式力传感器，查看压力数据。
本发明的另一目的在于，提供一种超滑空气静压止推轴承支撑系统在气浮轴承运动仿真试验中的应用。
本发明的有益效果：
本发明的超滑空气静压止推轴承支撑系统，包括供气系统、气浮组件、负压系统和监测系统，通过在气浮轴承的外圈周向加工回气道和回气孔，制造出相对真空，达到减小重载气浮轴承水平位移时产生的巨大摩擦力的目的；
本发明的超滑空气静压止推轴承支撑系统，通过在气浮轴承的外圈周向加工回气道和回气孔，此处气膜压力接近标况大气压，在此处加工回气道和回气孔，对气膜刚度及承载力的影响较小，基本不会破坏气膜的承载性能。
本发明超滑空气静压止推轴承支撑系统，可以通过监测系统反馈得到的数据对气浮轴承工作过程中的摩擦系数进行测量。
本发明超滑空气静压止推轴承支撑系统，制造出相对真空，使重载气浮轴承运动过程的摩擦力减小，同时使重载气浮轴承的运行环境更接近失重环境，更接近太空真空环境进行仿真试验。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述超滑空气静压止推轴承支撑系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所述供气系统的结构示意图；
图3为本发明实施例所述气浮组件的结构示意图；
图4为本发明实施例所述气浮轴承的纵剖面示意图；
图5为本发明实施例所述气浮轴承的仰视图；
图6为本发明实施例所述负压系统和监测系统的结构示意图；
图7为本发明实施例所述超滑空气静压止推轴承支撑系统的模拟测试方法流程图；
附图中各部件的标号如下：
1-供气系统，101-气源，102-截止阀，103-过滤器，104-除油器，105-分水过滤器，106-气罐，107-溢流阀，108-减压阀，2-气浮组件，201-大理石平台，202-气浮轴承，2021-进气孔，2022-回气孔，2023-回气道，203-配重块，3-监测系统，301-压电式力传感器，302-接收器，303-计算机，4-负压系统，401-真空负压泵，402-抽气管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-7所示
一种超滑空气静压止推轴承支撑系统，包括供气系统1、气浮组件2、负压系统4和监测系统3，所述气浮组件2包括配重块203、气浮轴承202和大理石平台201，大理石平台201上放置气浮轴承202，并于气浮轴承202上表面放置配重块203模拟重物荷载；所述气浮轴承202的进气孔2021与所述供气系统1连接，由供气系统1将调压后的气源101供入气浮轴承202，所述气浮轴承202周向开设回气道2023并于回气道2023内开设回气孔2022，所述回气孔2022通过抽气管402与所述负压系统4的真空负压泵401连接，所述监测系统3的压电式力传感器301前端粘在配重块203侧面，通过数据传输线与接收器302及计算机303进行数据处理。
所述气浮轴承202的回气道2023、回气孔2022开设于气浮轴承202外圈周向；
所述回气道2023位于沿半径向外7/10r～8/10r区域，此区域的气膜压力接近标准大气压，在此区域加工回气道2023，对气膜承载性能的影响很小；
所述回气道2023沟槽圆弧半径参数与气浮轴承202半径尺寸相关，取值范围为气浮轴承202半径的4％～8％。
所述回气道2023内回气孔2022的半径为回气道2023沟槽圆滑半径的2/3。
所述回气道2023开设1条，过多的回气道2023会破坏气浮轴承202气膜承载性能；所述回气孔2022数量为4-8个，过少的回气孔2022无法制造相对真空，过多的回气孔2022会破坏气浮轴承本身的结构强度。
所述供气系统1包括依次连接的气源101、截止阀102、过滤器103、除油器104、分水过滤器105和气罐106，所述气罐106出气口处同时并联溢流阀107和减压阀108；
所述气源101的气体依次经过截止阀102、过滤器103、除油器104、分水过滤器105进入气罐106，并从气罐106出气口流出的气体经过减压阀108供入气浮轴承202的进气孔。
所述压电式力传感器301前端面粘接在配重块203侧面，后端面承受来自外部的力。
实施例2
一种所述超滑空气静压止推轴承支撑系统的模拟测试方法；
所述模拟测试方法包括：
S1：选择合适配重块放置在气浮轴承上表面，未供气时，气浮轴承静止在大理石平台的上表面；
S2：由供气系统供气，气源的气体依次经过截止阀、过滤器、除油器和分水分离器分别除去气体中的杂质，油污和水，之后进入气罐之中，气罐存储气体并且起到缓冲的作用，气罐中的压力较高，气罐流出的气体经过减压阀减小压力之后供入气浮轴承中；减压阀还可以使气路中的压力保持恒定，同时，在气罐的出口减压阀处并联一个溢流阀来实现稳压、调压、限压的作用；
S3：气体供入气浮轴承后，在气浮轴承底面与大理石平台上表面产生一层气膜，气膜具有一定刚度，实现气浮轴承的悬浮；但是当气浮轴承水平移动时，尽管摩擦系数很小(0.03～0.2)，但是由于配重块质量极大，所以产生的摩擦系数仍然很大；此时通过在气浮轴承外圈区域制造相对真空，来减小重载气浮轴承水平移动过程所产生的摩擦力；
S4：打开与回气孔通过抽气管连接的负压真空泵，通过抽气管将气浮轴承外圈周向抽止负压，模拟相对真空；
S5：推动压电式力传感器尾端，在承受外部的力后使气浮轴承平稳匀速移动，力传感的压力数据传输至接收器，接收器将数据处理后通过数据线传输至计算机将数据可视化；
S6：关闭负压真空泵，再次匀速推动压电式力传感器，查看压力数据。
本发明不同与传统的空气静压止推气浮轴承，本发明专利针对大型气浮轴承摩擦力过大的问题，提出一种基于负压配合的超滑空气静压止推轴承支撑技术，在气浮轴承外圈周向加工回气道，回气道内加工回气孔。将负压真空泵抽气管与回气孔连接，开启负压真空泵后在气浮轴承外圈模拟出相对真空，以此达到减小重载气浮轴承水平位移时产生的巨大摩擦力的目的。
此外，本发明只在气浮轴承外圈周向设置回气孔，此处气膜刚度极小，几乎接近标况大气压，所以在此处加工回气孔基本不会对气浮轴承的承载性能造成影响。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种超滑空气静压止推轴承支撑系统，其特征在于：包括供气系统、气浮组件、负压系统和监测系统，所述气浮组件包括配重块、气浮轴承和大理石平台，大理石平台上放置气浮轴承，并于气浮轴承上表面放置配重块模拟重物荷载；所述气浮轴承的进气孔与所述供气系统连接，由供气系统将调压后的气源供入气浮轴承，所述气浮轴承周向开设回气道并于回气道内开设回气孔，所述回气孔通过抽气管与所述负压系统的真空负压泵连接，所述监测系统的压电式力传感器前端粘在配重块侧面，通过数据传输线与接收器及计算机进行数据处理。
2.如权利要求1所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统，其特征在于：所述气浮轴承的回气道、回气孔开设于气浮轴承外圈周向；
所述回气道位于沿半径向外7/10r～8/10r区域，此区域的气膜压力接近标准大气压；所述回气道沟槽圆弧半径参数与气浮轴承半径尺寸相关，取值范围为气浮轴承半径的4％～8％。
3.如权利要求2所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统，其特征在于：所述回气道内回气孔的半径为回气道沟槽圆滑半径的2/3。
4.如权利要求3所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统，其特征在于：所述回气道开设1条，所述回气孔数量为4-8个。
5.如权利要求1所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统，其特征在于：所述供气系统包括依次连接的气源、截止阀、过滤器、除油器、分水过滤器和气罐，所述气罐出气口处同时并联溢流阀和减压阀；
所述气源的气体依次经过截止阀、过滤器、除油器、分水过滤器进入气罐，并从气罐出气口流出的气体经过减压阀供入气浮轴承的进气孔。
6.如权利要求1所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统，其特征在于：所述压电式力传感器前端面粘接在配重块侧面，后端面承受来自外部的力。
7.一种如权利要求1所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统的模拟测试方法，其特征在于：
所述模拟测试方法包括：
S1：选择合适配重块放置在气浮轴承上表面，未供气时，气浮轴承静止在大理石平台的上表面；
S2：由供气系统供气，气源的气体依次经过截止阀、过滤器、除油器、分水过滤器进入气罐，并从气罐出气口流出的气体经过减压阀供入气浮轴承的进气孔；
S3：气体供入气浮轴承后，在气浮轴承底面与大理石平台上表面产生一层气膜，气膜具有一定刚度，实现气浮轴承的悬浮；
S4：打开与回气孔通过抽气管连接的负压真空泵，通过抽气管将气浮轴承外圈周向抽止负压，模拟相对真空；
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S6：关闭负压真空泵，再次匀速推动压电式力传感器，查看压力数据。
8.一种如权利要求1所述的超滑空气静压止推轴承支撑系统在气浮轴承运动仿真试验中的应用。
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