[发明专利]一种气浮球轴承性能检测装置及检测方法

权利要求书

1.一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，其特征在于：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。

2.根据权利要求1所述的一种气浮球轴承性能检测装置，其特征在于：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。

3.根据权利要求1或2所述的一种气浮球轴承性能检测装置的检测方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤1、将气浮球轴承的轴承球窝底部与基座固定，并使轴承球窝竖直方向的中心轴线与转盘的中心轴线重合；在气浮球轴承的球头上开设相互垂直且沿径向布置的两个气流孔，其中一个气流孔外端端口嵌入节流器形成测压孔，另一个气流孔外端加工螺纹孔，球头球面上与该螺纹孔相对的另一侧加工有另一个螺纹孔，两个螺纹孔同轴设置；将球头放置在轴承球窝上，且测压孔朝向轴承球窝设置，旋转旋转轴和导压杆，使得旋转轴和导压杆的外螺纹与球头的两个螺纹孔分别连接固定；

当轴承球窝通入压力气体时，在轴承球窝与球头之间形成气膜间隙支撑起球头；

步骤2、气浮球轴承承载力加载：

向加载气缸通入压力气体，加载气缸的推杆输出承载力，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；开式气浮承载球窝与球头配合，球头顶部高于开式气浮承载球窝顶部的出气口；力传感器测量加载气缸输出的承载力大小；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；

步骤3、气浮球轴承气膜间隙检测：

将位移传感器的测头放置在球头顶部，在包围球头竖直方向中心轴线的球头顶部区域内平移位移传感器，每次平移均检测测头与球面在竖直方向上的距离，设检测到的距离最小值为k，然后继续平移位移传感器测头，当前距离值与k的差值绝对值小于0.001mm时，位移传感器与球头完成对心；当球头转动时，改变轴承球窝的供气压力或承载力，检测位移传感器测头与球头顶部的位移变化量，该位移变化量即为球头球心的位移变化量，也为球头与轴承球窝的气膜间隙变化量，结合步骤2测得的承载力，建立承载特性关系；

步骤4、气浮球轴承气膜间隙压力检测：

测压孔通过气流孔和导压杆将气膜间隙压力传给气体压力传感器，根据帕斯卡原理，气体压力传感器检测到的压力值就是气膜间隙压力，完成气膜间隙压力检测；支撑滑块随着球头的运动沿滑槽上下滑动；通过旋转纬向旋转台，使球头沿纬向旋转，实现纬向变化时气膜间隙的压力检测；旋转经向旋转盘，使球头绕旋转轴旋转，实现经向变化时气膜间隙的压力检测；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，即完成整个气膜间隙区域的压力分布检测。