[发明专利]用于气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法

说明书

本发明公开了用于气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法。现有气浮球轴承性能检测承载力无法连续加载。本发明能够使用计算机经控制器控制加载装置根据实验需求施加连续可调的动态加载力，在实验过程中可以设置任意的动态信号，如正弦信号、方波信号、斜坡信号等，根据不同的输入信号产生不同的承载力，实现不同承载力作用下的气浮球轴承性能参数测量；并且，当输入恒值信号时，加载机构输出恒定连续加载力，可测量恒值加载作用下的轴承动态特性；通过计算机对测量数据的实时记录分析可实现在线检测。本发明可模拟气浮球轴承不同工作状态下的承载特性。

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承载特性测试的自动连续动态加载方法。

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。其中，轴承的气膜压力分布和气膜厚度又受到轴承的承载特性直接影响，因此，测量不同承载力作用下的轴承性能参数进行实验分析，对轴承的参数优化设计具有一定现实意义。

针对气浮球轴承性能检测实验中，承载力加载方式主要采用砝码式、气缸式、弹簧式等。砝码式：采用利用砝码向被测轴承施加压力，无法实现连续加载，灵活性不高；弹簧式：利用弹簧伸缩力向被测轴承施加压力，弹簧内的弹性元件影响被测轴承的振动特性；气缸式：利用气缸的输出力向被测轴承施加压力，由于气缸供气压力波动和气体泄漏影响，加载力不稳定，且气缸内部气体的可压缩性会影响被测轴承的振动特性。这些加载方式存在无法连续加载、影响轴承动态特性等缺陷。目前，杭州电子科技大学的王文、唐超锋等学者设计了一种气浮球轴承性能检测装置及方法，装置中采用了气缸式的加载方式，装置在实验过程中便存在无法连续加载的缺陷，因此，无法对实际应用中气浮球轴承承受的连续载荷进行动态特性研究，应用范围较窄。

发明内容

本发明的目的是针对气浮球轴承性能检测承载力加载方式的不足，提出一种气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法，能够使用计算机经过控制器控制加载装置根据实验需求施加连续可调的动态加载力，在实验过程中可以设置任意的动态信号，如正弦信号、方波信号、斜坡信号等，根据不同的输入信号产生不同的承载力，实现不同承载力作用下的气浮球轴承性能参数测量。并且，当输入恒值信号时，加载机构输出恒定连续加载力，可测量恒值加载作用下的轴承动态特性；通过计算机对测量数据的实时记录分析可实现在线检测；上述加载方式可模拟气浮球轴承不同工作状态下的承载特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明用于气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法，具体如下：

步骤一、在气浮球轴承的球头上开设相互垂直且沿径向分布的两个气流孔，两个气流孔相通，其中一个气流孔外端端口嵌入节流器。将气浮球轴承的轴承球窝底部与大理石平台固定，并使轴承球窝竖直方向的中心轴线与纬向旋转盘的中心轴线重合；将球头放置在轴承球窝上，且嵌入节流器的气流孔朝向轴承球窝设置；节流器所在的球头球面位置点即为测试点。开式气浮球窝设置在球头上方，球头顶部高于开式气浮球窝顶部的出气口；轴承球窝和开式气浮球窝内均通入压力气体，在轴承球窝和球头之间以及开式气浮球窝和球头之间形成气膜间隙支撑球头。采用气体压力传感器采集球头测试点处于各个位置点时气流孔的气压；位移传感器固定设置在球头上方，检测测试点处于各个位置点时位移传感器的测头与球头顶部间的间隙h，轴承球窝和开式气浮球窝均未通入压力气体时，位移传感器的测头与球头顶部间的间隙设为h0，则气膜间隙取值为h-h0。

步骤二、选择以下三种方案中的一种对气浮球轴承进行承载力加载：

①静载荷动测点