[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

摘要

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。

主权项

1.用于气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法，其特征在于：该方法具体如下：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静载荷动测点计算机经控制器给交流伺服电机输入指定的载荷信号，交流伺服电机控制滚珠丝杠转动，套筒与滚珠丝杠构成螺旋副带动传力杆沿滚珠丝杠轴向运动到指定位置后停止；交流伺服电机转动过程中，由交流伺服电机自带的旋转编码器进行转速检测，并由扭矩传感器进行扭矩检测，旋转编码器和扭矩传感器检测的信号均经数据采集卡传给计算机；由传力杆输出的承载力，通过压力传感器、传力板和开式气浮球窝传递到球头上；压力传感器测量交流伺服电机输出的承载力大小，并经数据采集卡传给计算机；然后，计算机根据输入的经度和纬度二维坐标数据，经控制器顺序定位球头的测试点位置；球头的测试点定位到目标位置点的过程如下：首先，计算机将目标位置点的经度值与测试点经度值对比，若相等，则直线减速电机不启动，否则经控制器控制直线减速电机来驱动主动齿轮转动，纬向旋转盘的内齿与主动齿轮的外齿啮合转动，从而带动经向旋转机构和球头同步沿纬向旋转直到测试点经度值等于目标位置点经度值；然后，计算机将目标位置点的纬度值与测试点纬度值对比，若相等，则经向旋转机构不动，否则经控制器控制经向旋转机构带动经向旋转机构的经向旋转盘和球头同步沿经向旋转直到测试点纬度值等于目标位置点纬度值，此过程中，直线减速电机一直处于停止状态；②动载荷定测点计算机根据输入的目标位置点经度值，经控制器控制直线减速电机来驱动主动齿轮转动，纬向旋转盘的内齿与主动齿轮的外齿啮合转动，从而带动经向旋转机构和球头同步沿纬向旋转直到测试点经度值等于目标位置点经度值；然后，计算机根据输入的目标位置点纬度值，经控制器控制经向旋转机构带动经向旋转机构的经向旋转盘和球头同步沿经向旋转直到测试点纬度值等于目标位置点纬度值，此过程中，直线减速电机一直处于停止状态；最后，计算机输入波形信号给控制器，控制器控制交流伺服电机按照波形信号控制滚珠丝杠转动，套筒与滚珠丝杠构成螺旋副带动传力杆沿滚珠丝杠轴向运动；交流伺服电机转动过程中，由交流伺服电机自带的旋转编码器进行转速检测，并由扭矩传感器进行扭矩检测，旋转编码器和扭矩传感器检测的信号均经数据采集卡传给计算机；由传力杆输出的承载力，通过压力传感器、传力板和开式气浮球窝传递到球头上；压力传感器测量交流伺服电机输出的承载力大小，并经数据采集卡传给计算机；③动载荷动测点计算机输入波形信号给控制器，控制器控制交流伺服电机按照波形信号控制滚珠丝杠转动，套筒与滚珠丝杠构成螺旋副带动传力杆沿滚珠丝杠轴向运动；交流伺服电机转动过程中，由交流伺服电机自带的旋转编码器进行转速检测，并由扭矩传感器进行扭矩检测，旋转编码器和扭矩传感器检测的信号均经数据采集卡传给计算机；由传力杆输出的承载力，通过压力传感器、传力板和开式气浮球窝传递到球头上；压力传感器测量交流伺服电机输出的承载力大小，并经数据采集卡传给计算机；然后，计算机根据输入的经度和纬度二维坐标数据，经控制器顺序定位球头的测试点位置；球头的测试点定位到目标位置点的过程如下：首先，计算机将目标位置点的经度值与测试点经度值对比，若相等，则直线减速电机不启动，否则经控制器控制直线减速电机来驱动主动齿轮转动，纬向旋转盘的内齿与主动齿轮的外齿啮合转动，从而带动经向旋转机构和球头同步沿纬向旋转直到测试点经度值等于目标位置点经度值；然后，计算机将目标位置点的纬度值与测试点纬度值对比，若相等，则经向旋转机构不动，否则经控制器控制经向旋转机构带动经向旋转机构的经向旋转盘和球头同步沿经向旋转直到测试点纬度值等于目标位置点纬度值，此过程中，直线减速电机一直处于停止状态；步骤三、测量承载力加载下的气浮球轴承性能参数：计算机根据气体压力传感器采集到的气压值建立设定承载力下球头测试点的不同位置与气膜压力关系，并根据压力传感器测得的承载力和位移传感器测得的间隙，建立球头测试点在设定位置处承载力与气膜压力和气膜间隙的关系，以及建立球头测试点在设定位置处气膜压力与气膜间隙的关系；然后，计算机在屏幕上显示气膜压力关于球头测试点位置的分布曲线图，气膜压力和气膜间隙与承载特性的关系曲线图，以及气膜压力与气膜间隙的关系曲线图；步骤四、测量结束，计算机经控制器控制交流伺服电机、直线减速电机和微型直流电机复位。