CN114018476A - 一种静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机，采用静平衡机气悬浮回转架支撑测试架，回转轴与气浮轴套之间被具有一定压力的气体充满，从而使得回转轴和气浮轴套分离，整体形成一个气悬浮结构，采用柔性连接机构，并配有双量程传感器，在同一个测试台上、一次完成被测体安装，在保证被测体安装准基没有改变的情况下，实现被测体静不平衡量的高精度测量，设置减震机构，有效减少测试架在旋转机构旋转后的产生的上下震动。本发明结构稳定性好、装调测量精度高。

Description

一种静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机

技术领域

本发明涉及静平衡机技术领域，具体为一种静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机。

背景技术

在国防装备技术研究领域，存在诸多需要高精度平衡的回转稳定设备，如制导导弹中的光电稳瞄装置、控制力矩陀螺、导引头等，直升机螺旋桨旋转翼片，发动机的旋转叶片等，这类产品的静不平衡量，直接关系到整体系统的工作性能。对于导弹而言，导弹制导精度、导航精度、命中精度等技术指标都将受到稳瞄装置的静值参数的影响，对于直升机而言，螺旋桨叶片的静平衡装调直接关系到产品的飞行安全性和稳定性。而在我国国防产品静平衡参数测量领域，光电稳瞄装置中单一轴系的装调一般采用刀刃支撑滚动平衡架，靠经验视觉配平，对于隐藏方位轴迄今还没有有效的测量方法，能够实现空间二维轴系静平衡参数测量的寥寥无几；控制力矩陀螺装配后，转子上电缆有缠绕，平衡精度要求很高，要在实际工况下进行转子偏心量测量与装调难度很大，属于国内空白技术；飞机螺旋桨质量矩是重要的技术指标，在生产中需测量和定位配平，国内相关单位仍采用传统天平方式，测试精度低、重复性差，不能满足相关国防产品的高精度测试与装调的发展需要，因此静平装调技术是影响和制约国防装备性能和安全性的重要因素。

在静平衡测试领域，传统的刀口式支撑架、回转式支撑架、三点式支撑架因自身摩擦力、应力等问题，无法实现静平衡的高精度装调。因此提出一种结构稳定性好、装调测量精度高的静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机，可以实现对桨叶等物体的高精度静平衡装调。

发明内容

鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种结构稳定性好、装调测量精度高的静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机。为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机，包括第一安装板，所述第一安装板的顶部两侧分别设有第一支架和第二支架；

所述第一安装板的上方设有第二安装板，所述第二安装板的底部两侧分别设有第三支架和第四支架；

所述第一支架和第二支架上分别设有一个第一通孔，所述第三支架和第三支架上分别设有一个第二通孔，两个第一通孔和两个第二通孔均共轴线；

两个第一通孔和两个第二通孔共同穿设有一个回转轴，第一支架和第二支架之间的回转轴上套设有气浮轴套，所述气浮轴套外壁上贯穿有若干第一通气孔，所述气浮轴套的外部套设有固定轴套，所述固定轴套的两端分别可拆卸连接在第一支架和第二支架上；

所述固定轴套上开设有与若干第一通气孔连通的进气口，所述固定轴套靠近第二支架一端的端部内设有球面节流器，所述球面节流器套设在回转轴上；

球面节流器靠近第二支架的一端设有凹槽，所述外侧壁上设有与凹槽连通的若干第二通气孔，所述凹槽内设有套设于回转轴外部的半球面气浮轴套；

所述固定轴套内部设有导气通道，所述第一通气孔和第二通气孔均连通导气通道。

进一步的，所述气浮轴套靠近第一支架一端的端面设有第一调整垫圈，所述第一调整垫圈套设在回转轴上；

位于球面节流器与气浮轴套之间的固定轴套内壁上固定有间隔环，所述间隔环内靠近球面节流器的端部位置设有第二调整垫圈，所述第二调整垫圈套设在回转轴上；

第二支架与固定轴之间设有一个套接在回转轴外部的第三调整垫，且第三调整垫与第二支架可拆卸连接。

进一步的，所述固定轴套内设有导气通道；所述导气通道包括横向导气通道和若干纵向导气通道；

所述横向导气通道平行于回转轴置在固定轴套内，横向通道靠近第一支架的一端延伸至固定套筒的端部；横向导气通道的中部与进气孔连通；各纵向导气通道均设于固定轴套内；各所述纵向导气通道均垂直于横向导气通道，所述纵向通道的一端均与横向导气通道连通、另一端与第一通气孔连通；所述横向导向通道连通第二通气孔；

各纵向导气通道和横向导气通道连接处的横向导气通道上分别设有延伸通道，各所述延伸通道与固定轴套外侧壁连通，位于各延伸通道端部的固定轴套外侧壁上均设有第一安装槽，所述第一安装槽内均设有压紧端盖；

进一步的，球面节流器靠近间隔环一端的端部外侧设有倾斜面；所述倾斜面与间隔环和固定轴套内侧壁之间形成空腔；所述空腔连通横向导气通道。

进一步的，两所述第二通孔内分别设有与其共轴线的铜套，两所述铜套分别套设在所述回转轴的两端。

一种包括权静平衡机气悬浮回转架的气悬浮式静平衡机，其特征在于：还包括测试底座机构、传感器测量机构、柔性连接机构、保护机构和旋转机构；

所述测试底座机构包括测试上平台，所述测试上平台设于第一安装板的底部，用于支撑气悬浮回转架；

所述传感器测量机构设于测试上平台的顶面一侧；

所述柔性连接机构包括测试架；所述测试架安装在所述第二安装板顶面，测试架靠近传感器测量机构的一端下方设有可与传感器测量机构浮点接触的支脚；

所述保护机构为多个、且呈圆周均布在测试上平台的顶部；所述保护机构包括两套升降保护装置，两套所述升降装置分别连接一个顶头，各顶头的上方分别同轴设置有一个支撑座，所述支撑座安装在测试架的底部；

升降保护装置具有上工位和下工位；当升降保护装置位于下工位时，支脚与传感器测量机构相抵触；当升降保护装置位于上工位时，支脚脱离传感器测量机构；

所述旋转机构包括高精密转台和角度定位机构；所述高精密转台安装在测试架中心上方，高精密转台上同心安装有旋转过渡盘；所述旋转过渡盘中心安装有用于固定被测产品的过渡工装；

所述角度定位机构安装在测试架上方一侧，通过角度定位机构与旋转过渡盘相配合实现对旋转过渡盘角度切换定位。

进一步的，所述传感器测量机构包括两个传感器支撑座；两所述传感器支撑座安装在测试上平台上；两传感器支撑座上分别设有第一量程传感器支撑板和第二量程传感器支撑板；

第一量程传感器支撑板上安放有第一量程传感器，第一量程传感器的顶部设有第一量程传感器上垫板；

第二量程传感器支撑板上安放有第二量程传感器，第二量程传感器的顶部设有第二量程传感器上垫板。

进一步的，所述升降保护装置包括升降下支撑板，所述升降下支撑板的顶部中心安装有电机和丝杆升降机，所述电机的输出端连接丝杆升降机；

所述升降下支撑板的顶部两侧分别安装有一根导轴，两导轴的顶端共同连接有升降上固定板，两导轴的外部分别套设有一个直线轴承，两直线轴承的外部共同连接有滑动板，所述滑动板与丝杆升降机的丝杆相连接；

所述滑动板的顶部中心固定支撑轴，所述支撑轴穿透升降上固定板、且顶部安装有顶轴，顶轴连接所述顶头。

进一步的，还包括减震机构；所述减震机构包括支架、下压板、上压板和下压螺杆；

所述支架设于所述测试架上方、靠近传感器测量机构一侧位置处，该支架上安装有用于调节上压板位置的下压螺杆；

所述下压板安装在测试架上、所述支架下方位置处，该下压板两侧设有导轴；

两个导轴上均套设有压簧；所述上压板套设于两个导轴上且上压板下端面与两个压簧相抵触。

进一步的，测试底座机构还包括测试底台，所述测试底台设于测试上平台正下方，所述测试底台和测试上平台之间设有多根支撑杆；

所述测试底台的底部均布有多个可调地脚；所述测试上平台的外部均布多个起吊耳环。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明采用静平衡机气悬浮回转架支撑测试架，极大减少了摩擦带来的损耗和对精度的影响，测量精度高；

2、回转轴与气浮轴套之间被具有一定压力的气体充满，从而使得回转轴和气浮轴套分离，整体形成一个气悬浮结构，浮动式设计去除设备本身的应力，避免应力对设备测试产生影响；

3、采用柔性连接机构，并配有双量程传感器，改变单一传感器不可调测试机构的局限性，第一量程传感器用于初级测量，系统配平调整后，采用第二量程传感器用于精确测量，能提高测试机构的测试精度和灵敏性；

4、在同一个测试台上、一次完成被测体安装，在保证被测体安装准基没有改变的情况下，实现被测体静不平衡量的高精度测量；

5、设置减震机构，有效减少测试架在旋转机构旋转后的产生的上下震动。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种气悬浮式静平衡机的结构示意图；

图2是本发明一种气悬浮式静平衡机的侧视图；

图3是本发明一种气悬浮式静平衡机的俯视图；

图4是本发明中测试底座机构的结构示意图；

图5是本发明中静平衡机气悬浮回转架立体图；

图6是本发明中静平衡机气悬浮回转架爆炸图；

图7是本发明中静平衡机气悬浮回转架的剖视图；

图8是本发明中传感器测量机构的主视图；

图9是本发明中传感器测量机构的侧视图；

图10是本发明中测试架的位置结构示意图；

图11是本发明中旋转机构的结构示意图；

图12是本发明中保护机构的结构示意图；

图13是本发明中升降保护装置的结构示意图；

图14是本发明中升降保护装置的侧视图；

图15是本发明中减震机构的结构示意图；

图16是本发明中减震机构的侧视图；

图17是回转轴仅进行径向加载时受力示意图；

图18是气浮轴套在承受径向载荷时回转轴受力示意图；

图中：1、静平衡机气悬浮回转架；101、第一安装板；102、第二安装板；103、第一支架；104、第二支架；105、第三支架；106、第四支架；107、第一通孔；108、第二通孔；109、回转轴；110、气浮轴套；111、第一通气孔；112、固定轴套；113、进气口；114、间隔环；115、球面节流器；116、第二通气孔；117、凹槽；118、半球面气浮轴套；119、第一调整垫圈；120、第二调整垫圈；121、第三调整垫圈；122、横向导气通道；123、纵向导气通道；124、延伸通道；125、第一安装槽；126、压紧端盖；127、倾斜面；128、空腔；129、铜套；130、第二安装槽；2、测试底座机构；21、可调地脚；22、测试底台；23、支撑柱；24、测试上平台；25、起吊耳环；3、传感器测量机构；31、传感器支撑座；32、第一量程传感器支撑板；33、第一量程传感器；34、第一量程传感器上垫板；35、第二量程传感器支撑板；36、第二量程传感器；37、第二量程传感器上垫板；38、传感器保护机构；4、柔性连接机构；41、支脚；42、测试架；5、旋转机构；51、高精密转台；52、旋转过渡盘；53、角度定位机构；6、过渡工装；7、保护机构；71、升降保护装置；711、升降下支撑板；712、导轴；713、直线轴承；714、滑动板；715、升降上固定板；716、顶轴；717、支撑轴；718、丝杆升降机；719、电机；72、防侧翻保护装置；73、顶头；74、支撑座；8、减震机构；81、支架；82、下压板；83、压簧；84、导轴；85、直线轴承；86、上压板；87、下压螺杆。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供技术方案：一种静平衡机气悬浮回转架及气悬浮式静平衡机，结合图1、图2、图5、图6和图7所示，一种静平衡机气悬浮回转架，包括第一安装板101、回转轴109和第二安装板102；第一安装板101上表面两端分别设有第一支架103和第二支架104，第一支架103和第二支架104上部中心处分别设有共轴线的第一通孔107，回转轴109两端分别与第一支架103和第二支架104上设置的第一通孔107连接、并分别延伸出第一通孔107；第二安装板102设于第一安装板101的上方，第二安装板102下表面两端分别设有第三支架105和第四支架106，第三支架105和第四支架106分别位于第一支架103和第二支架104的外侧，第三支架105和第四支架106上分别设有与第一通孔107共轴线的第二通孔108，延伸出第一通孔107的回转轴109两端分别与第三支架105和第四支架106上设置的第二通孔108连接；回转轴109通过第三支架105和第四支架106与第二安装板102固定相连。

位于第一支架103和第二支架104之间的回转轴109上套设有气浮轴套110，气浮轴套110外壁上开设有与气浮轴套110内部连通的若干第一通气孔111，气浮轴套110靠近第一支架103这一端的端面设有第一调整垫圈119，第一调整垫圈119套设在回转轴109上，气浮轴套110和第一调整垫圈119上套设有固定轴套112，固定轴套112上开设有与气浮轴套110上设有的若干第一通气孔111连通的进气口113，固定轴套112靠近第一支架103的一端端部与第一支架103活动可拆卸连接，固定轴套112靠近第二支架104的这一端端部内设有球面节流器115，球面节流器115套设在回转轴109上，球面节流器115外侧壁上设有与球面节流器115内部连通的若干第二通气孔116，第二通气孔116与固定轴套112上设有的进气口113连通，位于球面节流器115与气浮轴套110之间的固定轴套112内壁上固定设有间隔环114，间隔环114内靠近球面节流器115的端部位置设有第二调整垫圈120，第二调整垫圈120套设在回转轴109上，球面节流器115靠近第二支架104的一端端部轴心处开设有凹槽117，凹槽117内设有半球面气浮轴套118，半球面气浮轴套118套设在回转轴109上，靠近第二支架104的固定轴套112、球面节流器115和半球面气浮轴套118的端部设有第三调整垫圈121，第三调整垫圈121套设在回转轴109上，固定轴套112靠近第二支架104的一端端部和第三调整垫圈121均与第二支架104活动可拆卸连接。

在上述实施例的具体实施过程中，进气口113和第一通气孔111的设置使得回转轴109与气浮轴套110之间被具有一定压力的气体充满，从而使得回转轴109和气浮轴套110分离，整体形成一个气悬浮结构，这样即可有效的减少回转轴109和气浮轴套110之间的摩擦，从而减少摩擦带来的损耗和对精度的影响，使得测量精度高；采用气悬浮结构，其浮动式设计可以有效的去除设备本身的应力，避免应力对设备测试产生影响；气浮轴套110上第一通气孔111和球面节流器115上第二通气孔116均采用小孔节流方式，小孔节流具有承载能力强，刚度高等优点；此外，传统的半球面气浮轴套118气体从进气口113进来后直接进入回转轴109间隙中，这样压力损失较大，影响回转轴109性能，本实施例中，通过增加球面节流器115，使得气体从进气口113进来后经过球面节流器115然后再进入回转轴109的间隙中，可以有效的减少压力损失，提高回转轴109性能；半球面气浮轴套118球面节流器115和球面节流器115端部设置的凹槽117的作用下，使得半球面气浮轴套118具有径向和轴向的承载作用，并具有轴向止推作用；当半球面气浮轴套118向上有一个起伏量时，在半球面气浮轴套118的外侧球面以及凹槽117之间便形成了一个间隙，这时进气口113提供气体经过第二通气孔116进入间隙，在半球面气浮轴套118的外侧球面以及凹槽117间隙中的压力分布使得对回转轴109具有一定的承载能力。此外，半球面气浮轴套118具有自调心功能，从而可以有效的避免回转轴109两端受力不均匀导致倾斜的问题；第一调整垫圈119的设置可以有效的保证气浮轴套110在安装时可以具有合适的气膜间隙，第二调整垫圈120的设置则可以有效的保证球面节流器115在安装时可以具有合适的气膜间隙，第三调整垫圈121的设置可以有效的保证半球面气浮轴套118在安装时可以具有合适的气膜间隙。

在上述实施例中，第一安装板101和第二安装板102上设有固定孔，这样即可将第一安装板101和第二安装板102与外界平台相连接，固定轴套112靠近第一支架103的一端端部与第一支架103通过螺栓活动可拆卸连接；固定轴套112靠近第二支架104的一端端部和第三调整垫圈121均与第二支架104通过螺栓活动可拆卸连接。第二通孔108内均设有与第二通孔108共轴线的铜套129，延伸出第一通孔107的回转轴109两端分别与铜套129连接。气浮轴套110优选为静压径向气浮轴套110，半球面气浮轴套118优选为静压半球面气浮轴套118。如图6所示，位于第一支架103和第二支架104与第一安装板101连接处的第一安装板101上表面分别开设有第二安装槽130，第一支架103底端和第二支架104底端插合在第二安装槽130内，并与第二安装槽130螺栓连接。

如图6和图7所示，在一些实施例中，固定轴套112内设有导气通道，导气通道用于连通进气口113和第一通气孔111、第二通气孔116。在本实施例中，采用导气通道的方式，可以进一步的提高固定轴套112的性能。在优选的实施例中，导气通道包括横向导气通道122和若干纵向导气通道123，横向导气通道122平行于回转轴109设置在固定轴套112内，纵向导气通道123均垂直于横向导气通道122设于固定轴套112内，横向导气通道122中部与进气孔连通，纵向导气通道123一端均与横向导气通道122连通，另一端分别与第一通气孔111和第二通气孔116连通，在本实施例中，横向导气通道122和纵向导气通道123的设置不仅可以有效的降低导气通道的加工难度，还进一步的提高了固定轴套112的性能。

在上述实施例中，位于纵向导气通道123和横向导气通道122连接处的横向导气通道122上均设有延伸通道124，延伸通道124与固定轴套112外侧壁连通，位于延伸通道124端部的固定轴套112外侧壁上均设有第一安装槽125，第一安装槽125内均设有压紧端盖126；靠近第一支架103的横向导气通道122一端端部延伸出固定轴套112靠近第一支架103的一端端部；在本实施例中，延伸通道124的设置则可以便于对纵向导气通道123进行加工，压紧端盖126的设置则可以有效的对延伸通道124进行密封，避免在充气过程中漏气；横向导气通道122一端端部延伸出固定轴套112一端端部的设置则是为了便于对横向导气通道122进行加工，其次，由于固定轴套112端部和第一支架103之间的固定连接，可以有效的对延伸出固定轴套112一端端部的横向导气通道122端口进行密封，避免在充气过程中漏气。当然在不同的实施例中，还可以对延伸出固定轴套112一端端部的横向导气通道122端口处设置密封盖的方式进行密封。

如图7所示，在某些实施例中，靠近间隔环114的球面节流器115的一端端部外侧设有倾斜面127，倾斜面127与间隔环114和固定轴套112内侧壁之间形成空腔128，进气口113与空腔128连通，空腔128与第二通气孔116连通；在本实施例中，倾斜面127的设置则是为了倾斜面127与间隔环114和固定轴套112内侧壁之间形成空腔128，空腔128的形成则是为了由进气口113进入的气体可以均布进入到第二通气孔116内，从而进一步的提高球面节流器115的性能。

一种包括上述静平衡机气悬浮回转架的气悬浮式静平衡机，还包括测试底座机构2，如图3和图4所示，作为整体测量装调装置的安装支撑平台，测试底座机构2包括测试底台22、测试上平台24、2N个支撑柱23、2N个M16起吊耳环25和2N个可调地脚21，N≥1且为整数；2N个可调地脚21均匀分布在测试底台22底面，对测试底台22水平高度进行调节；2N个支撑柱23均匀分布在测试底台22上端面，通过销孔定位螺钉锁紧，用于支撑测试上平台24；测试上平台24通过销孔与2N个支撑柱23定位连接，从而保证测试底台22和测试上平台24同心；2N个M16起吊耳环25均匀分布在测试上平台14外圆面上，用于测试底座机构2的起吊。

静平衡机气悬浮回转架1中的第一安装板101安装在测试底座机构2中的测试上平台24顶面另一侧；

如图10和图11所示，气悬浮式静平衡机还包括柔性连接机构4，柔性连接机构4包括测试架42和支脚41，静平衡机气悬浮回转架1中的第二安装板102顶面安装有测试架42，该测试架42靠近传感器测量机构3一端下方设有与传感器测量机构3浮点接触的支脚41；

如图8-10所示，传感器测量机构3设于测试底座机构2的测试上平台24一侧，传感器测量机构3包括传感器支撑座31、第一量程传感器支撑板32、第一量程传感器33、第一量程传感器上垫板34、第二量程传感器支撑板35、第二量程传感器36、第二量程传感器上垫板37和2个传感器保护机构38。传感器支撑座31安装固定在测试上平台24上方，第一量程传感器33和第二量程传感器36分别安装在第一量程传感器支撑板32和第二量程传感器支撑板35上方，用于支撑第一量程传感器33和第二量程传感器36。第一量程传感器上垫板34和第二量程传感器上垫板37分别安装固定在第一量程传感器33和第二量程传感器36上方，用于支撑测试架42下方的支脚41，2个传感器保护装置38分别安装在第一量程传感器33和第二量程传感器36下方远离第一量程传感器支撑板32和第二量程传感器支撑板35一侧，用于防止第一量程传感器33和第二量程传感器36过载。第二量程传感器36用于初级测量，系统配平调整后，采用第一量程传感器33用于精确测量，能提高测试机构的测试精度和灵敏性。支脚41的下方正对第二量程传感器支撑板35，第一量程传感器33和第二量程传感器36可被手动更换安放到第二量程传感器支撑板35上，使得第一量程传感器上垫板34或第二量程传感器上垫板37可与测试架42下方支脚41相抵触，用于测量。

如图12-图14、结合图1所示，保护机构7为多个、且呈圆周均布在测试上平台24的顶部；保护机构包括两套升降保护装置71，两套升降保护装置71分别连接一个顶头73，各顶头73的上方分别同轴设置有一个支撑座74，支撑座74安装在测试架42的底部，两个升降保护装置71安装在测试上平台14下方两侧，升降保护装置71包括升降下支撑板711、滑动板714、升降上固定板715、顶轴716、支撑轴717、丝杆升降机718、电机719、两根导轴712和两个直线轴承713。电机719向丝杆升降机718提供升降动力，丝杆升降机718的丝杆上连接有法兰，法兰上连接有滑动板714，两根导轴712对称设置在丝杆升降机718两侧，且分别与升降上固定板715底面和升降下支撑板711的顶面固连，滑动板714套设于两个导轴712上，每个导轴712上设有一个直线轴承713，且两个直线轴承713对称设于在滑动板714上方两侧，升降时起到导向保护作用。支撑轴717安装在滑动板714上方中心，顶轴716通过中心螺杆安装在支撑轴717上端面中心螺孔内。2件顶头73分别安装固定在对应的顶轴716中心上方，2件支撑座74分别安装在测试架42下方两侧且中心与顶头73中心同轴；电机719驱动丝杆转动，在两个导轴712的限位下，滑动板714带动顶头73升降。

保护机构7还包括3套防侧翻保护装置72，3套防侧翻保护装置72均匀安装在测试上平台24上方，通过尺寸限位实现防止测试台侧翻。顶头73可由升降保护装置71驱动竖直移动，当升降保护装置71位于下工位时，即顶头73不与测试架下方的支撑座74相抵触，测试架42为水平状态，支脚41与第一量程传感器上垫板34或第二量程传感器上垫板37相抵触，用于测量。

当升降保护装置71位于上工位时，升降保护装置带动两个顶头73顶起支撑座74，从而顶起测试架42，测试架42的支脚41脱离传感器测量机构3，此时将第一量程传感器33放置在第二量程传感器支撑板35上，即用于交换第一量程传感器33和第二量程传感器36的位置。

如图15-图16，气悬浮式静平衡机还包括减震机构8；减震机构8包括支架81、下压板82、上压板86、下压螺杆87、2根导轴84、2根压簧83和2个直线轴承85；支架81呈L字型，一端安装在测试上平台24，另一端设于测试架42上方、靠近传感器测量机构3一侧位置处，该支架81上安装有用于调节上压板86位置的下压螺杆87进而压紧压簧83；下压板82安装在测试架42上、支架81另一端下方位置处，该下压板82两侧设有导轴84。

两个导轴84上均套设有压簧83；上压板86套设于两个导轴84上，且上压板86下端面与两个压簧83相抵触。当要测量时，测试架42处于水平状态，旋转调节下压螺杆87使得调节下压螺杆87下端与上压板86相抵触，通过旋转调节下压螺杆87使得推动上压板86向下进而压紧压簧83，从而减少测试架42在旋转机构5旋转后的产生的上下震动。

结合图11，气悬浮式静平衡机还包括旋转机构5；旋转机构5包括高精密转台51、旋转过渡盘52和角度定位机构53。高精密转台51安装固定在测试架42中心上方，旋转过渡盘52安装在高精密转台51上方，通过内圆面定位保证旋转过渡盘52和高精密转台51同心安装。角度定位机构53安装在测试架42上方一侧，通过角度定位机构53顶头外圆面与旋转过渡盘52上的定位槽相配合实现角度切换定位，此为现有技术。

结合图1，过渡工装6安装固定在旋转过渡盘52上方中心，通过销孔定位螺纹孔连接固定，过渡工装6主要用于安装固定被测产品。

本发明工作原理和具体操作流程如下：

步骤1，调整升降保护装置71至上工位，保证支脚41与传感器测量机构3脱离；

步骤2，调整旋转机构5角度至0度，并通过角度定位机构53锁紧；

步骤3，调整升降保护装置71至下工位，使支脚41与传感器测量机构3接触，记录0度时第一量程传感器读数F1；

步骤4，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至90度，并通过角度定位机构53锁紧，记录90度时第一量程传感器读数F2；

步骤5，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至180度，并通过角度定位机构53锁紧，记录180度时第一量程传感器读数F3；

步骤6，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至270度，并通过角度定位机构53锁紧，记录270度时第一量程传感器读数F4；

步骤7，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至0度，并通过角度定位机构53锁紧；

步骤8，调整升降保护装置71至上工位，保证支脚41与传感器测量机构3脱离；

步骤9，安装被测体至过渡工装6上方锁紧固定；

步骤10，调整升降保护装置71至下工位，使支脚41与传感器测量机构3接触，记录0度时第一量程传感器读数F11；

步骤11，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至90度，并通过角度定位机构53锁紧，记录90度时第一量程传感器读数F21；

步骤12，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至180度，并通过角度定位机构53锁紧，记录180度时第一量程传感器读数F31；

步骤13，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至270度，并通过角度定位机构53锁紧，记录270度时第一量程传感器读数F41；

步骤14，解开角度定位机构53，将旋转过渡盘52旋转至0度，并通过角度定位机构53锁紧；

步骤15，计算得出产品静不平衡量。

具体计算过程如下，被测体自重记为G_测，G_测＝Mg；

M为被测体质量，g为重力加速度

传感器与气悬浮回转架中心距记为L，被测体中心距气悬浮回转架中心距为L1，由力矩平衡得：

e_x＝cosθ

e_y＝sinθ

产品静不平衡量为：

其中，ΔF1为0度时，安装被测体和未安装被测体传感器读数的差值；

ΔF2为90度时，安装被测体和未安装被测体传感器读数的差值；

ΔF3为180度时，安装被测体和未安装被测体传感器读数的差值；

ΔF4为270度时，安装被测体和未安装被测体传感器读数的差值；

θ为静不平衡角度；e_x为被测体的静不平衡量投影到X轴的分量；e_y为被测体的静不平衡量投影到Y轴的分量。

另外，气浮轴套和半球面气浮轴套的承载力和刚度的计算：

承载力是气浮轴套和半球面气浮轴套相关性能中最重要的性能之一，也是在工程实际应用中必须考虑的性能，承载力的大小决定着气浮轴套和半球面气浮轴套能否使用于工程实际中。气浮轴套和半球面气浮轴套的承载力可由气膜内的压力分布求出。

在气膜间隙一定的条件下，极坐标系下气浮轴套的承载力计算公式为：

令f＝p(r,θ)-p_a，使用数值分析中的梯形公式对上式进行求解分析：

对上式中的(0，r)和(0，2π)长度分别用2dr和2dθ来替换可以得到：

在气膜间隙一定的条件下，直角坐标系下半球面气浮轴套的承载力计算公式为：

同样使用梯形公式，对上式进行求解分析，可以得到：

通过求解，可以算出一个由四个点组成的区域承载力，将计算域内每一个区域的承载力进行相加，即可得到气浮轴套和半球面气浮轴套的承载力。

根据气浮轴承刚度的定义，可以得出气浮轴套和半球面气浮轴套的刚度为：

在不考虑气体静压轴向轴承影响的情况下，主轴仅进行径向加载时可简化为如下图所示的受力模型。(参阅图17-18)其中：

a为真空吸盘到第二安装板中心的距离，其中真空吸盘是用于将第二安装板与外界平台相连接的部件；

b为气浮轴套中心到半球面气浮轴套中心的距离，由气浮轴套的长度和止推轴承动止推板的厚度决定；

l为回转轴的前受力点和后受力点中心的距离，由于回转轴在生产加工过程中由于生产加工精度不同，会使得回转轴出现变形或者弯曲，从而产生不同的受力点；

l₁为回转轴重心到回转轴前受力点中心的距离；

l₂为回转轴重心到回转轴后受力点中心的距离；

G为回转轴的重力；

F_径为回转轴能承受的最大径向载荷；

F_A为回转轴前受力点的承载力；

F_B为回转轴后受力点的承载力。

气浮轴套在承受径向载荷时，回转轴偏转情况如下图所示，其中，Xa为回转轴轴端位移，XA为回转轴的前受力点的位移，XB为回转轴后受力点的位移。Xa、XA和XB满足下式。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静平衡机气悬浮回转架，其特征在于：包括第一安装板，所述第一安装板的顶部两侧分别设有第一支架和第二支架；

所述第一安装板的上方设有第二安装板，所述第二安装板的底部两侧分别设有第三支架和第四支架；

所述第一支架和第二支架上分别设有一个第一通孔，所述第三支架和第三支架上分别设有一个第二通孔，两个第一通孔和两个第二通孔均共轴线；

两个第一通孔和两个第二通孔共同穿设有一个回转轴，第一支架和第二支架之间的回转轴上套设有气浮轴套，所述气浮轴套外壁上贯穿有若干第一通气孔，所述气浮轴套的外部套设有固定轴套，所述固定轴套的两端分别可拆卸连接在第一支架和第二支架上；

所述固定轴套上开设有与若干第一通气孔连通的进气口，所述固定轴套靠近第二支架一端的端部内设有球面节流器，所述球面节流器套设在回转轴上；

球面节流器靠近第二支架的一端设有凹槽，所述外侧壁上设有与凹槽连通的若干第二通气孔，所述凹槽内设有套设于回转轴外部的半球面气浮轴套；

所述固定轴套内部设有导气通道，所述第一通气孔和第二通气孔均连通导气通道。

2.根据权利要求1所述的静平衡机气悬浮回转架，其特征在于：所述气浮轴套靠近第一支架一端的端面设有第一调整垫圈，所述第一调整垫圈套设在回转轴上；

位于球面节流器与气浮轴套之间的固定轴套内壁上固定有间隔环，所述间隔环内靠近球面节流器的端部位置设有第二调整垫圈，所述第二调整垫圈套设在回转轴上；

第二支架与固定轴之间设有一个套接在回转轴外部的第三调整垫，且第三调整垫与第二支架可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的静平衡机气悬浮回转架，其特征在于：所述固定轴套内设有导气通道；所述导气通道包括横向导气通道和若干纵向导气通道；

所述横向导气通道平行于回转轴置在固定轴套内，横向通道靠近第一支架的一端延伸至固定套筒的端部；横向导气通道的中部与进气孔连通；各纵向导气通道均设于固定轴套内；各所述纵向导气通道均垂直于横向导气通道，所述纵向通道的一端均与横向导气通道连通、另一端与第一通气孔连通；所述横向导向通道连通第二通气孔；

各纵向导气通道和横向导气通道连接处的横向导气通道上分别设有延伸通道，各所述延伸通道与固定轴套外侧壁连通，位于各延伸通道端部的固定轴套外侧壁上均设有第一安装槽，所述第一安装槽内均设有压紧端盖。

4.根据权利要求3所述的静平衡机气悬浮回转架，其特征在于：球面节流器靠近间隔环一端的端部外侧设有倾斜面；所述倾斜面与间隔环和固定轴套内侧壁之间形成空腔；所述空腔连通横向导气通道。

5.根据权利要求1所述的静平衡机气悬浮回转架，其特征在于：两所述第二通孔内分别设有与其共轴线的铜套，两所述铜套分别套设在所述回转轴的两端。

6.一种包括权利要求1-5所述的静平衡机气悬浮回转架的气悬浮式静平衡机，其特征在于：还包括测试底座机构、传感器测量机构、柔性连接机构、保护机构和旋转机构；

所述测试底座机构包括测试上平台，所述测试上平台设于第一安装板的底部，用于支撑气悬浮回转架；

所述传感器测量机构设于测试上平台的顶面一侧；

所述柔性连接机构包括测试架；所述测试架安装在所述第二安装板顶面，测试架靠近传感器测量机构的一端下方设有可与传感器测量机构浮点接触的支脚；

所述保护机构为多个、且呈圆周均布在测试上平台的顶部；所述保护机构包括两套升降保护装置，两套所述升降装置分别连接一个顶头，各顶头的上方分别同轴设置有一个支撑座，所述支撑座安装在测试架的底部；

升降保护装置具有上工位和下工位；当升降保护装置位于下工位时，支脚与传感器测量机构相抵触；当升降保护装置位于上工位时，支脚脱离传感器测量机构；

所述旋转机构包括高精密转台和角度定位机构；所述高精密转台安装在测试架中心上方，高精密转台上同心安装有旋转过渡盘；所述旋转过渡盘中心安装有用于固定被测产品的过渡工装；

所述角度定位机构安装在测试架上方一侧，通过角度定位机构与旋转过渡盘相配合实现对旋转过渡盘角度切换定位。

7.根据权利要求6所述的气悬浮式静平衡机，其特征在于：所述传感器测量机构包括两个传感器支撑座；两所述传感器支撑座安装在测试上平台上；两传感器支撑座上分别设有第一量程传感器支撑板和第二量程传感器支撑板；

第一量程传感器支撑板上安放有第一量程传感器，第一量程传感器的顶部设有第一量程传感器上垫板；

第二量程传感器支撑板上安放有第二量程传感器，第二量程传感器的顶部设有第二量程传感器上垫板。

8.根据权利要求6所述的气悬浮式静平衡机，其特征在于：所述升降保护装置包括升降下支撑板，所述升降下支撑板的顶部中心安装有电机和丝杆升降机，所述电机的输出端连接丝杆升降机；

所述升降下支撑板的顶部两侧分别安装有一根导轴，两导轴的顶端共同连接有升降上固定板，两导轴的外部分别套设有一个直线轴承，两直线轴承的外部共同连接有滑动板，所述滑动板与丝杆升降机的丝杆相连接；

所述滑动板的顶部中心固定支撑轴，所述支撑轴穿透升降上固定板、且顶部安装有顶轴，顶轴连接所述顶头。

9.根据权利要求6所述的气悬浮式静平衡机，其特征在于：还包括减震机构；所述减震机构包括支架、下压板、上压板和下压螺杆；

所述支架设于所述测试架上方、靠近传感器测量机构一侧位置处，该支架上安装有用于调节上压板位置的下压螺杆；

所述下压板安装在测试架上、所述支架下方位置处，该下压板两侧设有导轴；

两个导轴上均套设有压簧；所述上压板套设于两个导轴上且上压板下端面与两个压簧相抵触。

10.根据权利要求6所述的气悬浮式静平衡机，其特征在于：测试底座机构还包括测试底台，所述测试底台设于测试上平台正下方，所述测试底台和测试上平台之间设有多根支撑杆；

所述测试底台的底部均布有多个可调地脚；所述测试上平台的外部均布多个起吊耳环。

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