[发明专利]一种磁悬浮轴承的刚度测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种磁悬浮轴承的刚度测试装置，其特征在于：包括底座(1)、二维运动平台(2)、力传感器支架(3)、力传感器(4)、磁轴承转子组件(5)、磁轴承转子安装架(6)、磁轴承定子组件(7)和磁轴承定子安装架(8)；

底座(1)为上端开口的空心圆筒状结构，二维运动平台(2)固定安装在底座(1)的内部底面上，二维运动平台(2)的上表面相对底座(1)进行两自由度运动；

轴承转子安装架(6)为下端开口的圆筒状结构，且在轴承转子安装架(6)内部有转子安装芯轴，该芯轴沿所述轴承转子安装架(6)的轴线方向且该芯轴的一端与轴承转子安装架(6)内部顶面圆心处连接；磁轴承转子组件(5)套在所述芯轴上且与芯轴固定连接；

磁轴承定子组件(7)固定安装在磁轴承定子安装架(8)内部，磁轴承定子安装架(8)安装在二维运动平台(2)的上表面，随着二维运动平台(2)上表面运动而运动，磁轴承定子组件(7)套在所述磁轴承转子组件(5)的外部且与磁轴承转子组件(5)之间有磁悬浮间隙；

正交对向安装的四个力传感器(4)一端与磁轴承转子安装架(6)固定连接，另一端通过力传感器支架(3)安装于底座(1)上，通过调整力传感器支架(3)实现力传感器(4)的零位调节。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承的刚度测试装置，其特征在于：力传感器支架(3)包括调节把手(9)、调节滑块(10)和支架外框(11)；

调节滑块(10)安装在支架外框(11)内部且在调节把手(9)的作用下，沿力传感器(4)的轴线方向相对于支架外框(11)滑动。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承的刚度测试装置，其特征在于：二维运动平台(2)上表面相对底座(1)进行两自由度运动，是在二维运动平台(2)上表面所在的平面内进行。

4.根据权利要求1或3所述的一种磁悬浮轴承的刚度测试装置，其特征在于：二维运动平台(2)上表面相对底座(1)进行两自由度运动的两个方向，与两组力传感器(4)的测量方向一致，相对的两个力传感器(4)为一组。

5.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴承的刚度测试装置，其特征在于：还包括电流源、光栅尺和数据处理模块；

电流源用于给磁轴承定子组件(7)供电，光栅尺设置在二维运动平台(2)上，用于实时采集位移量，数据处理模块接收力传感器(4)的输出信号以及光栅尺采集的位移量，计算位移刚度和电流刚度，两组力传感器(4)的测量方向各设置有一个光栅尺。

6.一种基于权利要求5所述的磁悬浮轴承的刚度测试装置实现的测试方法，其特征在于包括位移刚度测试和电流刚度测试，

位移刚度测试的步骤如下：

(1)调整二维运动平台(2)，使得磁轴承转子组件(5)和磁轴承定子组件(7)同轴，即将两个光栅尺均调整到零位；

(2)关闭电流源，中断磁轴承定子组件(7)的供电；

(3)通过调节力传感器支架(3)中的调节把手(9)，将力传感器(4)调整到零位；

(4)二维运动平台(2)上表面相对底座(1)进行两自由度运动的两个方向，与两组力传感器(4)的测量方向一致，相对的两个力传感器(4)为一组；

任选一组力学传感器的测量方向，在二维运动平台(2)沿选择的一组力学传感器的测量方向上的可移动范围内设置若干个均分点，在每个均分点均采集光栅尺输出的位移量以及力传感器(4)的输出信号；

(5)重复步骤(4)的方式，在另一组力学传感器的测量方向上，采集光栅尺输出的位移量以及力传感器(4)的输出信号；

(6)数据处理模块接收力传感器(4)的输出信号以及光栅尺采集的位移量，分别通过公式K_s＝F_s/S计算两个方向上每个均分点的位移刚度K_s，其中，F_s为每个均分点位置处的力传感器(4)的输出信号，即磁轴承转子组件(5)和磁轴承定子组件(7)之间的磁场力，S为每个均分点的位置处的光栅尺采集的位移量，即磁轴承转子组件(5)和磁轴承定子组件(7)之间的相对位移；

(7)将所有的均分点对应的位移刚度K_s进行数据拟合处理，得到两个方向的最终位移刚度值；

电流刚度测试的步骤如下：

(a)调整二维运动平台(2)，使得磁轴承转子组件(5)和磁轴承定子组件(7)同轴，即将两个光栅尺均调整到零位；

(b)关闭电流源，中断磁轴承定子组件(7)的供电；

(c)通过调节力传感器支架(3)中的调节把手(9)，将力传感器(4)调整到零位；

(d)任选一组力学传感器的测量方向，启动电流源，恢复磁轴承定子组件(7)在所选测量方向上的供电，输出电流按预设的步进值递增，测量每个电流值所对应的力传感器(4)的输出信号；

(e)重复步骤(d)的方式，在另一组力学传感器的测量方向上，测量每个电流值所对应的力传感器(4)的输出信号；

(f)数据处理模块接收力传感器(4)的输出信号以及电流源的输出电流值，分别通过公式K_i＝F_i/i计算两个方向上每个电流值对应的电流刚度K_i，其中，F_i为每个电流值对应的力传感器(4)的输出信号，即磁轴承转子组件(5)和磁轴承定子组件(7)之间的磁场力，i为电流值；

(g)将所有的电流值对应的电流刚度Ki进行数据拟合处理，得到两个方向的最终电流刚度值。