[发明专利]一种气体静压轴承微间隙气膜流场观测装置

说明书

一种气体静压轴承微间隙气膜流场观测装置，包括气源系统、轴承系统和激光观测系统，气源系统包括用于产生高压气体的压缩机、用于产生示踪粒子的示踪粒子发生器、以及用于形成高压示踪粒子混合气体的示踪粒子箱；示踪粒子箱的出气端通过气压传感器与轴承系统连接；轴承系统包括呈水平上下设置的轴承止推板和轴承承载面，轴承止推板和轴承承载面之间形成轴承气膜间隙；激光观测系统包括光路互相垂直的第一光束组和第二光束组，第一光束组、轴承气膜间隙、滤光凹透镜、显微物镜、高速摄像机依次同轴设置。本发明采用小孔成像原理，将轴承气膜间隙出口边界当作成像的小孔，利用滤光凹透镜将光路变成平行光进行流场观测。

技术领域

本发明涉及超精密气体轴承润滑技术领域，尤其涉及一种气体静压轴承微间隙气膜流场观测装置。

背景技术

气体静压轴承在航空航天、精密仪器、超精密机床等领域有着广泛的应用。气体静压轴承气膜流场对轴承的性能具有重要影响。但是，气膜间隙非常微小，非常不利于在线观测，从而影响了气膜流场特性的深入研究。因此，国内外现有研究基本从理论分析和数值仿真的角度去研究气体静压轴承的气膜流场特性，基于实验的研究非常少。而气体静压轴承气膜流场的观测实验对于真实了解流场特性以及其对轴承性能的影响具有十分重要的意义。因此，研发气体静压轴承气膜流场观测装置是十分必要的。

专利号为CN201511028940.2的中国发明专利公开了一种气体静压轴承内气体流场观测装置及其使用方法，利用传统PIV技术对内部气体流场进行观测。但是，由于该装置通过一束激光透过承载面照射到流场中，因此材料必须选择透明玻璃或者新型塑料，这类材料限制了入口压力，与实际气体静压轴承的气膜流场存在一定差距。其次，由于激光会透过承载面照射粒子，再让粒子反射的光透过承载面接收到并成像，会发生光的折射和光强度的损失，影响成像质量，造成像的扭曲，导致较大的实验误差。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种气体静压轴承微间隙气膜流场观测装置。

本发明采用的技术方案是：一种气体静压轴承微间隙气膜流场观测装置，包括气源系统、轴承系统和激光观测系统；

所述气源系统包括用于产生高压气体的压缩机(1)、用于产生示踪粒子的示踪粒子发生器(6)、以及用于形成高压示踪粒子混合气体的示踪粒子箱(9)；压缩机(1)通过气管Ⅰ(2)与储气罐(3)连接，储气罐(3)通过气管Ⅱ(4)与示踪粒子箱(9)的第一进气端连接，气管Ⅱ(4)上设有阀门Ⅰ(5)；示踪粒子发生器(6)通过气管Ⅲ(7)与示踪粒子箱(9)的第二进气端连接，气管Ⅲ(7)上设有阀门Ⅱ(8)；示踪粒子箱(9)的出气端通过气管Ⅳ(11)与气压传感器(12)连接，气管Ⅳ(11)上设有阀门Ⅲ(10)；

所述轴承系统包括呈水平上下设置的轴承止推板(13)和轴承承载面(17)，轴承止推板(13)与轴承承载面(17)之间形成轴承气膜间隙；轴承止推板(13)中心设有轴承进气孔，气压传感器(12) 的另一端与轴承止推板(13)的轴承进气孔连接，并与轴承气膜间隙连通，高压示踪粒子混合气体通过气压传感器(12)在轴承气膜间隙中形成气膜；