CN206339381U - 一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置，所述装置通过力加载装置A和力加载装置B将大小相等的轴向承载力通过挡板均匀施加在空气静压轴承转子的顶端；再通过力传感器A和力传感器B读取施加在空气静压轴承转子顶端的轴向承载力；之后通过位移传感器A和位移传感器B读取空气静压轴承下端和顶端的空气静压轴承气膜轴向间隙变化量，通过位移传感器C读取空气静压轴承的轴向变形量；计算空气静压轴承刚度为施加在空气静压轴承上的承载力的变化量和承载力的变化量引起的实际的轴向气膜间隙变化量之间的比值。该装置可实现测量过程中空气静压轴承轴向变形误差的有效分离，从而提高了空气静压轴承轴向刚度测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属于精密测量技术领域，具体涉及一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置。
背景技术
超精密加工技术作为尖端技术产品中极为关键的加工手段，对军事技术和经济建设都具有极为重要的应用价值。超精密切削机床作为超精密加工中最核心的加工装备，其支承元件空气静压轴承的性能直接制约超精密切削加工精度的提升。空气静压轴承具有精度高、无磨损和寿命长等优点，被广泛应用于超精密切削机床中。随着超精密加工技术的快速发展，对空气静压轴承的刚度要求也越来越高，其中轴向刚度特性决定了超精密切削加工机床的抗振动特性，从而直接影响加工工件的面形精度。因此开展空气静压轴承轴向刚度测量对于促进超精密加工技术快速发展具有显著意义。
空气静压轴承刚度的定义为施加在空气静压轴承上的承载力的变化量和承载力的变化量引起的气膜间隙的变化量之间的比值。根据承载力施加方式和位置的不同，空气静压轴承的气膜变化方式和位置也不同。据此，空气静压轴承的刚度可进一步细化为轴向刚度和径向刚度，其中轴向刚度用于表征承载力使气膜产生轴向均匀间隙变化的难易程度。空气静压轴承轴向刚度测试装置主要由力加载装置、力传感器和位移传感器组成。其中力加载装置用于改变空气静压轴承的轴向承载力；力传感器用于测量轴向承载力的变化量；位移传感器用于测量轴向气膜间隙的变化量。
在空气静压轴承轴向刚度的测量过程中，轴向承载力的增加将会使得空气静压轴承产生轴向变形，这种轴向变形将会增大位移传感器测量得到的轴向气膜间隙变化量，从而造成较大的测量误差。因此在测量过程中需要对空气静压轴承的轴向变形进行有效分离，从而确保测量的轴向刚度值准确可靠。
当前，亟需一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置，该装置能够采用误差分离方法去除测量过程中由于空气静压轴承的轴向变形引起的轴向测量误差。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置。
本实用新型的空气静压轴承的轴向刚度测量装置，其特点是，所述的轴向刚度测量装置包括支架、位移传感器A、空气静压轴承、力加载装置A、力传感器A、位移传感器C、位移传感器B、挡板、力传感器B、力加载装置B；
其连接关系是：所述的支架放置在隔振地基上；空气静压轴承竖直固定在支架上，空气静压轴承的空气静压轴承转子悬浮在空气静压轴承外壳中，空气静压轴承转子和空气静压轴承外壳之间的缝隙为压缩空气形成的空气静压轴承气膜，空气静压轴承外壳的底部固定在支架上，空气静压轴承转子的顶端固定安装挡板；所述的力传感器A固定在竖直放置的力加载装置A的顶端，力传感器A的顶端固定在挡板上，力加载装置A的下端固定在支架上，力传感器A和力加载装置A固定安装在空气静压轴承的一侧，空气静压轴承的另一侧对称安装结构相同的力传感器B和力加载装置B；所述的支架上安装有位移传感器A、位移传感器B和位移传感器C，位移传感器A测量空气静压轴承气膜的间隙变化量△HA，位移传感器B测量空气静压轴承气膜的间隙变化量△HB，位移传感器C测量空气静压轴承的变形量△HC。
所述的位移传感器A、位移传感器B和位移传感器C的位移敏感方向为垂直方向，分辨率为0.1μm。
所述的力加载装置A和力加载装置B的中心线与竖直方向的偏角小于等于0.5°。
所述的力传感器A和力传感器B的力敏感方向为垂直方向，分辨率小于等于1N。
本实用新型的空气静压轴承的轴向刚度测量装置首先分别通过力加载装置A和力加载装置B将大小相等的轴向承载力通过挡板均匀施加在空气静压轴承转子顶端；接着，分别通过力传感器A和力传感器B读取施加在空气静压轴承转子顶端的轴向承载力；然后，分别通过位移传感器A和位移传感器B读取空气静压轴承气膜的间隙变化量△HA和△HB，通过位移传感器C读取空气静压轴承的变形量△HC。由于，在相同力加载条件下位移传感器A和位移传感器B的读数应相同，因此，实际的轴向气膜间隙变化量为位移传感器A或位移传感器B的读数减去位移传感器C的读数。最后，计算空气静压轴承刚度为施加在空气静压轴承上的承载力的变化量和承载力的变化量引起的实际的轴向气膜间隙变化量之间的比值。
本实用新型的空气静压轴承的轴向刚度测量装置可实现测量过程中空气静压轴承轴向变形误差的有效分离，从而提高了空气静压轴承轴向刚度测量精度。
附图说明
图1为本实用新型的空气静压轴承的轴向刚度测量装置的结构示意图；
图中，1.支架 2.位移传感器A 3.空气静压轴承 4.力加载装置A 5.力传感器A 6.位移传感器C 7.位移传感器B 8.挡板 9.力传感器B 10.力加载装置B。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型的空气静压轴承的轴向刚度测量装置包括支架1、位移传感器A2、空气静压轴承3、力加载装置A4、力传感器A5、位移传感器C6、位移传感器B7、挡板8、力传感器B9、力加载装置B10；
其连接关系是：所述的支架1放置在隔振地基上；空气静压轴承3竖直固定在支架1上，空气静压轴承3的空气静压轴承转子悬浮在空气静压轴承外壳中，空气静压轴承转子和空气静压轴承外壳之间的缝隙为压缩空气形成的空气静压轴承气膜，空气静压轴承外壳的底部固定在支架1上，空气静压轴承转子的顶端固定安装挡板8；所述的力传感器A5固定在竖直放置的力加载装置A4的顶端，力传感器A5的顶端固定在挡板8上，力加载装置A4的下端固定在支架1上，力传感器A5和力加载装置A4固定安装在空气静压轴承3的一侧，空气静压轴承3的另一侧对称安装结构相同的力传感器B9和力加载装置B10；所述的支架1上安装有位移传感器A2、位移传感器B7和位移传感器C6，位移传感器A2测量空气静压轴承气膜的间隙变化量△HA，位移传感器B7测量空气静压轴承气膜的间隙变化量△HB，位移传感器C6测量空气静压轴承3的变形量△HC。
所述的位移传感器A2、位移传感器B7和位移传感器C6的位移敏感方向为垂直方向，分辨率为0.1μm。
所述的力加载装置A4和力加载装置B10的中心线与竖直方向的偏角小于等于0.5°。
所述的力传感器A5和力传感器B9的力敏感方向为垂直方向，分辨率小于等于1N。
测量时，将待测的空气静压轴承放置在支架1上，使用力加载装置A4和力加载装置B10分别在空气静压轴承转子顶端通过挡板均匀施加大小相等的轴向承载力FA和FB，在施力过程中，保证力作用线与力加载装置A4和力加载装置B10的中心线同轴，中心线与竖直方向的偏角小于等于0.5°；再分别通过力传感器A5和力传感器B9读取承载力FA和FB，通过位移传感器A2和位移传感器B7读取空气静压轴承气膜的间隙变化量△HA和△HB，通过位移传感器C6读取空气静压轴承的变形量△HC；
在相同力加载条件下位移传感器A和位移传感器B的读数应相同，即：
(1)
实际的轴向气膜间隙变化量为位移传感器A或位移传感器B的读数减去位移传感器C的读数，即：
(2)
实际的空气静压轴承刚度为施加在空气静压轴承上的承载力的变化量和承载力的变化量引起的实际的轴向气膜间隙变化量之间的比值，即：
(3)
在式（3）中，△F为力传感器A和力传感器B轴向承载力变化量之和，即：
(4)。
Claims (4)
1.一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置，其特征在于，所述的轴向刚度测量装置包括支架（1）、位移传感器A（2）、空气静压轴承（3）、力加载装置A（4）、力传感器A（5）、位移传感器C（6）、位移传感器B（7）、挡板（8）、力传感器B（9）、力加载装置B（10）；
其连接关系是：所述的支架（1）放置在隔振地基上；空气静压轴承（3）竖直固定在支架（1）上，空气静压轴承（3）的空气静压轴承转子悬浮在空气静压轴承外壳中，空气静压轴承转子和空气静压轴承外壳之间的缝隙为压缩空气形成的空气静压轴承气膜，空气静压轴承外壳的底部固定在支架（1）上，空气静压轴承转子的顶端固定安装挡板（8）；所述的力传感器A（5）固定在竖直放置的力加载装置A（4）的顶端，力传感器A（5）的顶端固定在挡板（8）上，力加载装置A（4）的下端固定在支架（1）上，力传感器A（5）和力加载装置A（4）固定安装在空气静压轴承（3）的一侧，空气静压轴承（3）的另一侧对称安装结构相同的力传感器B（9）和力加载装置B（10）；所述的支架（1）上安装有位移传感器A（2）、位移传感器B（7）和位移传感器C（6），位移传感器A（2）用于测量空气静压轴承气膜的间隙变化量△HA，位移传感器B（7）用于测量空气静压轴承气膜的间隙变化量△HB，位移传感器C（6）用于测量空气静压轴承（3）的变形量△HC。
2.根据权利要求1所述的一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置，其特征在于：所述的位移传感器A（2）、位移传感器B（7）和位移传感器C（6）的位移敏感方向为垂直方向，分辨率为0.1μm。
3.根据权利要求1所述的一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置，其特征在于：所述的力加载装置A（4）和力加载装置B（10）的中心线与竖直方向的偏角小于等于0.5°。
4.根据权利要求1所述的一种空气静压轴承的轴向刚度测量装置，其特征在于：所述的力传感器A（5）和力传感器B（9）的力敏感方向为垂直方向，分辨率小于等于1N。
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