[实用新型]一种气体静压主轴气膜速度场无扰测量实验装置

说明书

一种气体静压主轴气膜速度场无扰测量实验装置，包括气体静压主轴系统、主轴驱动系统、FlowMaster测试系统、气源系统；气体静压主轴系统包括套设在主轴外部的轴套组件，轴套组件设有轴向节流孔、径向节流孔以及多组细孔；主轴驱动系统的电机转子为气体静压主轴系统的主轴提供驱动力；气源系统产生含有均匀示踪粒子的高压气体，气体进入气体静压主轴系统，在轴套组件与主轴之间形成高压气膜，为主轴提供支撑；FlowMaster测试系统中的激光发生器发射激光照射于气膜表面，CCD相机高频采集照射表面光线并成像储存；本实用新型能够实现气体静压主轴中气膜速度场测量，可绘制出气体静压主轴内气膜速度场随时间实时变化云图。

技术领域

本实用新型涉及一种气体静压主轴气膜速度场无扰测量实验装置。

背景技术

超精密机床是实现超精密加工的重要载体，主轴作为超精密机床的核心部件，其设计精度很大程度上决定了所设计的超精密机床的加工精度。气体静压主轴是超精密机床采用的一类常用主轴，相比于其他类型主轴，气体静压主轴的一个重要结构特征是将压力气膜作为工作介质，它在某些特殊场合中有着不可替代的作用。气膜流场分析是气体静压主轴研究的重要内容，气膜流场分布规律对主轴回转精度及静动态特性有重要影响，然而当下国内外学者主要采用数值分析、有限元仿真等理论和仿真手段对气膜的流场分布规律进行研究分析，而相关的实验研究极其缺乏。

发明内容

为实现气体静压主轴气膜速度场的无扰测量，进一步提升气体静压主轴设计水平，本实用新型提供一种无干扰、可靠性高的气体静压主轴气膜速度场无扰测量实验装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种气体静压主轴气膜速度场无扰测量实验装置，包括气体静压主轴系统、主轴驱动系统、FlowMaster测试系统、气源系统；

所述气体静压主轴系统包括上止推盘、下止推盘、主轴、轴套组件、气室外套组件、轴套固定套；上止推盘、下止推盘分别与主轴的上下两端面同轴密封固接，三者共同形成用于容纳轴套组件的凹腔；

轴套组件包括径向轴承套和轴向止推轴承板，径向轴承套的上下两端面均设有用于安装轴向止推轴承板的卡槽；轴套组件套设在主轴外部，径向轴承套与主轴之间形成柱形间隙槽，轴向止推轴承板与主轴之间形成环形间隙槽，气流通入柱形间隙槽和环形间隙槽中形成气膜，为主轴提供支撑；轴套组件上贯穿设置有多个轴向节流孔和径向节流孔，轴向节流孔与柱形间隙槽连通，径向节流孔与环形间隙槽连通；径向轴承套的外壁设有用于容纳气室外套组件的凹槽，气室外套组件套设在轴套组件外部，凹槽的上下槽壁与气室外套组件的上下两端面密封连接；气室外套组件与轴套组件之间的间隙形成气腔，气腔与气膜通过轴向节流孔和径向节流孔连通；气室外套组件上还设有进气孔，进气孔与气腔连通；

轴套组件沿同一径向截面贯穿设有若干组细孔，气室外套组件的壁面上设有与所述若干组细孔的位置一一对应的安装通孔；所述每组细孔包含两个细孔，两个细孔分别从外部插入相应的线状激光发生器和CCD相机，激光发生器的头部略低于轴套组件的内壁，CCD相机的头部伸入气膜内；气室外套组件与轴套组件设有贯穿两者的通孔，通孔内设有用于限制气室外套组件与轴套组件发生轴向移动的顶针；轴套固定套套设在下止推盘外部但不接触，且径向轴承套的下端面与轴套固定套固定连接；

所述主轴驱动系统包括电机转子、电机定子、电机轴、电机转子固定挡板、电机定子套；电机定子套套设于电机定子外，且电机定子套内壁上设有用于限制电机定子轴向移动的台阶，电机定子套的上下两端面分别与电机定子固定挡板、径向轴承套固定连接；电机转子与电机定子相对应布置，电机转子套设在电机轴上，电机转子、电机轴的上端面均与电机转子固定挡板固定连接，电机轴的下端面与上止推盘固定连接；

所述FlowMaster测试系统包括阵列式传感分布组件、工控分析台和信号采集器；阵列式传感分布组件包括激光发生器和CCD相机，激光发生器、CCD相机均通过屏蔽线缆连接至信号采集器，信号采集器连接至工控分析台；