[发明专利]一种气浮球轴承性能检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种气浮球轴承性能检测装置及检测方法。现有气浮球轴承性能检测方法无法准确分析轴承性能。本发明的测压孔朝向轴承球窝；旋转轴和导压杆的外螺纹与球头对称的两个螺纹孔分别连接；位移传感器的测头放在球头顶部；当轴承球窝通入压力气体时，轴承球窝与球头之间形成气膜间隙支撑起球头；加载气缸通过力传感器、承载支架和开式气浮承载球窝将承载力传递到球头上；开式气浮承载球窝通入压力气体，与球头之间形成气膜间隙；结合纬向旋转台与经向旋转盘，实现气浮球轴承各个位置气膜间隙的压力检测。本发明采用单测压孔方式测量，避免打多个测压孔造成的流场失真；位移传感器直接测量球头位移变化量，避免间接测量平面造成测量偏差。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种气浮球轴承性能检测装置及检测方法。

背景技术

气浮球轴承具有高运动精度、低摩擦阻力和适应性强等优点，广泛应用于气浮平台、精密主轴和陀螺仪等精密设备，是超精密测量仪器的理想支承件。

为满足应用领域对气浮球轴承的要求，需分析各参数对轴承性能的影响情况，进而完成参数优化设计。气浮球轴承性能检测主要是测量气浮球轴承在不同供气压力和不同气膜厚度下的承载能力及气膜间隙内压力分布情况等静态性能指标。

目前，针对气浮球轴承性能检测中，承载力加载方式主要采用砝码式、气缸式和弹簧式等，其中加载器件与气浮球轴承的连接方式均为刚性连接，这使得检测时无法判断气浮球轴承是否处于工作状态。而测量气膜间隙时，采用位移传感器测量轴承某一平面的相对位移，这一方式对于气浮平面轴承的气膜间隙测量效果较好，但对于气浮球轴承来讲，当选取的平面发生偏转倾斜时，传感器所测得相对位移量并非气膜间隙的变化量，从而无法获得准确的性能指标。对于测量气膜间隙中的压力分布情况，多采用开测压孔的方式测量气膜间隙各位置的压力值，这就需要开多个方位的测压孔才能较全面地反映气膜间隙的分布情况，但分布较多测压孔时，测压孔将改变气膜间隙的流场特性，使压力分布情况失真。

由于上述检测方式的不足，无法准确地分析轴承性能情况，为轴承的参数优化设计及相关理论验证带来困难。

发明内容

本发明的目的是针对气浮球轴承性能检测方式的不足，提出一种气浮球轴承性能检测装置及检测方法，能够准确检测气浮球轴承的承载能力、静态刚度及气膜间隙压力分布等特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种气浮球轴承性能检测装置，包括基座、纬向旋转台、旋转轴、经向旋转盘、承载力加载机构、位移传感器、气体压力传感器和导压杆；所述的纬向旋转台包括底盘和转盘；底盘固定在基座上，转盘与底盘构成转动副；所述的底盘上设有刻度盘，转盘上设有指示线；转盘顶面固定有关于转盘转动中心对称的两个转台支撑架；两块支撑滑块与两个转台支撑架的滑槽分别构成滑移方向为竖直方向的移动副；旋转轴和导压杆与两个支撑滑块分别构成转动副，且旋转轴和导压杆的中心轴线对齐设置；旋转轴和导压杆的内端侧壁均设有外螺纹；经向旋转盘固定在旋转轴外端；所述的经向旋转盘上设有刻度盘，靠近经向旋转盘的转台支撑架上设有指示线；所述的导压杆开设有两端均开放的中心孔，气体压力传感器设置在导压杆外端，并嵌入中心孔内；所述的承载力加载机构包括气缸支架、加载气缸、力传感器、承载支架和开式气浮承载球窝；加载气缸的缸体固定在气缸支架上，气缸支架与基座固定；加载气缸的推杆与承载支架通过力传感器连接。开式气浮承载球窝固定在承载支架底部；开式气浮承载球窝竖直方向的中心轴线与转盘的中心轴线重合；开式气浮承载球窝的外侧面开设进气口，开式气浮承载球窝的球面开设沿周向分布的多个节流进气孔，各节流进气孔的中心轴线均过开式气浮承载球窝的球面球心；开式气浮承载球窝中空的内部形成环形气腔，环形气腔连通进气口与所有节流进气孔；开式气浮承载球窝顶部端面开设有出气口；出气口的中心轴线过开式气浮承载球窝的球面球心。

所述的位移传感器用于检测测头与气浮球轴承的球头顶部之间的间隙。

该气浮球轴承性能检测装置的检测方法，具体如下：