本發(fā)明涉及靜壓空氣止推軸承測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種靜壓空氣止推軸承承載測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

空氣軸承是以空氣為介質(zhì)的一種無摩擦軸承，通常用于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的軸系支撐。而靜壓空氣止推軸承則是用于某些特殊情況下靜止軸系或微轉(zhuǎn)動軸系的支撐。因此，需要一種靜壓空氣止推軸承測試裝置及方法用于靜壓空氣止推軸承承載能力測試。

清華大學(xué)徐登峰等在測試空氣軸承承載能力的實驗裝置中采用疊加砝碼來進行施載，優(yōu)點是加載精度高，因加載中無彈簧元件，不影響被測軸承的振動特性，但無法進行持續(xù)施載，靈活度不高；彈簧加載結(jié)構(gòu)簡單，且可產(chǎn)生連續(xù)加載力，但影響振動特性；而氣缸型加載則操作簡單，可實現(xiàn)連續(xù)加載，但由于內(nèi)部氣體的可壓縮性會影響被測空氣軸承的振動特性。結(jié)合上述方案，選擇彈簧型加載和氣缸型加載結(jié)合的方式，通過彈簧的伸縮性緩解氣缸氣體的可壓縮性對被測軸承振動特性的影響，同時可以連續(xù)加載。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種靜壓空氣止推軸承承載測試裝置及方法，可以對空氣軸承進行穩(wěn)定而不間斷的加載，空氣軸承與氣缸間設(shè)置彈簧減震結(jié)構(gòu)，既可以緩解氣缸氣體的可壓縮性對被測軸承振動特性的影響。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種靜壓空氣止推軸承承載測試裝置，其特征在于，包括氣動系統(tǒng)，主體部分和控制系統(tǒng)；所述氣動系統(tǒng)包括氣源、氣動三聯(lián)件、第一流量控制閥、三位四通電磁換向閥、第二流量控制閥、雙作用氣缸和消聲器；所述雙作用氣缸無桿腔進氣口和有桿腔出氣口分別通過氣管連接所述三位四通電磁換向閥的A口和B口，所述雙作用氣缸無桿腔進氣口與所述三位四通電磁換向閥之間設(shè)有第二流量控制閥；所述包括氣源通過氣管依次連接氣動三聯(lián)件、三通和所述三位四通電磁換向閥的進氣口P；所述三通另一端通過氣管依次連接第一流量控制閥和靜壓空氣止推軸承進氣口；所述三位四通電磁換向閥排氣口O安裝所述消聲器。所述主體部分包括龍門支撐梁、靜壓空氣止推軸承、基座、工作臺和彈簧減震結(jié)構(gòu)；所述基座上固定有所述龍門支撐梁和工作臺；所述雙作用氣缸通過螺紋固定在所述龍門支撐梁上；所述工作臺上安裝所述靜壓空氣止推軸承，所述靜壓空氣止推軸承上螺紋連接受力桿；所述彈簧減震結(jié)構(gòu)包括大鋼球、小鋼球，彈簧和套筒；所述彈簧一端固定連接大鋼球，另一端固定連接小鋼球；所述大鋼球上固定套筒，且直徑大于套筒內(nèi)徑；所述小鋼球直徑小于套筒內(nèi)徑，且在套筒內(nèi)根據(jù)彈簧力自由伸縮；所述受力桿直徑小于套筒內(nèi)徑；所述彈簧減震結(jié)構(gòu)安裝在雙作用氣缸和受力桿之間；所述龍門支撐梁設(shè)有水平的橫桿，所述橫桿上安裝有位移傳感器，用于測量在負載作用下所述靜壓空氣止推軸承氣膜厚度h；所述位移傳感器通過數(shù)據(jù)線連接儀表；標尺固定安裝在靜壓空氣止推軸承表面，用于測量彈簧減震結(jié)構(gòu)的彈簧壓縮量X；所述控制系統(tǒng)通過控制所述三位四通電磁換向閥控制氣缸的動作。

進一步，所述橫桿上安裝有直線軸承，所述受力桿穿過直線軸承，且間隙配合。

進一步，所述受力桿與小鋼球接觸面為弧面。

進一步，所述雙作用氣缸的拉桿與大鋼球接觸面為弧面。

一種靜壓空氣止推軸承承載測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

S01：開啟儀表并校零；

S02：打開氣源，通過所述控制系統(tǒng)保持三位四通電磁換向閥在中位，調(diào)節(jié)第一流量控制閥，使靜壓空氣止推軸承達到懸浮狀態(tài)，此時為零負載狀態(tài)，記錄此時儀表顯示的數(shù)據(jù)即為h₀，即氣膜的初始厚度；并且記錄標尺處的距離記X₀；

S03：將第二流量控制閥關(guān)閉，通過所述控制系統(tǒng)使三位四通電磁換向閥的SB1得電，即雙作用氣缸無桿腔進氣，打開第二流量控制閥，通過調(diào)節(jié)第二流量控制閥控制雙作用氣缸前進的速度；

S04：設(shè)定△為固定值，選取n個測試點，且h₀-h_i＝i*△，且i∈(1,n)，其中i表示第i個測量點，h_i表示第i個測量點時氣膜厚度；當儀表測得氣膜厚度變?yōu)閔_i時，通過所述控制系統(tǒng)使三位四通電磁換向閥SB1失電，即三位四通電磁換向閥在中位，記錄讀取指針在標尺上的讀數(shù)記為X_i；通過所述控制系統(tǒng)使三位四通電磁換向閥的SB1得電，雙作用氣缸繼續(xù)前進，當儀表測得氣膜厚度變?yōu)閔_i+1時，通過所述控制系統(tǒng)使三位四通電磁換向閥SB1失電，記錄讀取指針在標尺上的讀數(shù)記為X_i+1；重復(fù)上面步驟，直至i＝n；

S05：根據(jù)胡克定律，將X₀和X_i帶入公式W＝k(X₀-X_i)，計算求得承載能力，記作W_i；

S06：根據(jù)測試記錄的W_i和h_i繪制承載能力W與氣膜厚度h的關(guān)系曲線；

S07：由剛度計算公式Kw＝dW/dh，繪制Kw—h關(guān)系曲線。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明所述靜壓空氣止推軸承承載測試裝置和方法，可以對空氣軸承進行穩(wěn)定而不間斷的加載，空氣軸承與氣缸間設(shè)置彈簧減震結(jié)構(gòu)，既可以緩解氣缸氣體的可壓縮性對被測軸承振動特性的影響。

2.本發(fā)明所述靜壓空氣止推軸承承載測試裝置和方法，可以與氣缸結(jié)合構(gòu)成加載裝置，通過將氣缸施加的載荷以彈簧壓縮的形式傳遞出去，簡化了載荷的計算方式。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的靜壓空氣止推軸承承載測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述氣動系統(tǒng)原理圖。

圖3為本發(fā)明所述氣膜厚度與承載能力以及氣膜厚度與軸承剛度的曲線圖。

圖中：

1：控制系統(tǒng)；2：儀表；3：氣動系統(tǒng)；3-1：氣源；3-2：氣動三聯(lián)件；3-3：第一流量控制閥；3-4：消聲器；3-5：三位四通電磁換向閥；3-6：第二流量控制閥；3-7：雙作用氣缸；4：彈簧減震結(jié)構(gòu)；5：龍門支撐梁；6：位移傳感器；7-標尺；8-直線軸承；9-靜壓空氣止推軸承；10-工作臺；11-基座；12-橫桿。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

結(jié)合圖1和圖2所示，一種靜壓空氣止推軸承承載測試裝置，包括氣動系統(tǒng)3，主體部分和控制系統(tǒng)1；所述氣動系統(tǒng)3包括氣源3-1、氣動三聯(lián)件3-2、第一流量控制閥3-3、三位四通電磁換向閥3-5、第二流量控制閥3-6、雙作用氣缸3-7和消聲器3-4；所述雙作用氣缸3-7無桿腔進氣口和有桿腔出氣口分別通過氣管連接所述三位四通電磁換向閥3-5的A口和B口，所述雙作用氣缸3-7無桿腔進氣口與所述三位四通電磁換向閥3-5之間設(shè)有第二流量控制閥3-6；所述包括氣源3-1通過氣管依次連接氣動三聯(lián)件3-2、三通和所述三位四通電磁換向閥3-5的進氣口P；所述三通另一端通過氣管依次連接第一流量控制閥3-3和靜壓空氣止推軸承9進氣口；所述三位四通電磁換向閥3-5排氣口O安裝所述消聲器3-4；所述主體部分包括龍門支撐梁5、靜壓空氣止推軸承9、基座11、工作臺10和彈簧減震結(jié)構(gòu)4；所述基座11上固定有所述龍門支撐梁5和工作臺10；所述雙作用氣缸3-7通過螺紋固定在所述龍門支撐梁5上；所述工作臺10上安裝所述靜壓空氣止推軸承9，所述靜壓空氣止推軸承9上螺紋連接受力桿；所述彈簧減震結(jié)構(gòu)4包括大鋼球、小鋼球，彈簧和套筒；所述彈簧一端固定連接大鋼球，另一端固定連接小鋼球；所述大鋼球上固定套筒，且直徑大于套筒內(nèi)徑；所述小鋼球直徑小于套筒內(nèi)徑，且在套筒內(nèi)根據(jù)彈簧力自由伸縮；所述受力桿直徑小于套筒內(nèi)徑；所述彈簧減震結(jié)構(gòu)4安裝在雙作用氣缸3-7和受力桿之間；所述龍門支撐梁5設(shè)有水平的橫桿12，所述橫桿上安裝有位移傳感器6，用于測量在負載作用下所述靜壓空氣止推軸承9氣膜厚度h；所述位移傳感器6通過數(shù)據(jù)線連接儀表2；標尺7固定安裝在靜壓空氣止推軸承9表面，用于測量彈簧減震結(jié)構(gòu)4的彈簧壓縮量X；所述控制系統(tǒng)1通過控制所述三位四通電磁換向閥3-5控制氣缸的動作。

為防止加載過程受力桿失穩(wěn)，產(chǎn)生左右移動，所述橫桿12上安裝有直線軸承8，所述受力桿穿過直線軸承8，且間隙配合。

為了避免彈簧安裝問題所造成的施力不均對實驗測試結(jié)果的影響，所述受力桿與小鋼球接觸面為弧面；所述雙作用氣缸3-7的拉桿與大鋼球接觸面為弧面。

一種靜壓空氣止推軸承承載測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

S01：開啟儀表2并校零；

S02：打開氣源，通過所述控制系統(tǒng)1保持三位四通電磁換向閥3-5在中位，調(diào)節(jié)第一流量控制閥3-3，使靜壓空氣止推軸承9達到懸浮狀態(tài)，此時為零負載狀態(tài)，記錄此時儀表2顯示的數(shù)據(jù)即為h₀，即氣膜的初始厚度；并且記錄標尺7處的距離記X₀；

S03：將第二流量控制閥3-6關(guān)閉，通過所述控制系統(tǒng)1使三位四通電磁換向閥3-5的SB1得電，即雙作用氣缸3-7無桿腔進氣，打開第二流量控制閥3-6，通過調(diào)節(jié)第二流量控制閥3-6控制雙作用氣缸3-7前進的速度；

S04：設(shè)定△為固定值，選取n個測試點，且h₀-h_i＝i*△，且i∈(1,n)，其中i表示第i個測量點，h_i表示第i個測量點時氣膜厚度；當儀表測得氣膜厚度變?yōu)閔_i時，通過所述控制系統(tǒng)1使三位四通電磁換向閥3-5的SB1失電，即三位四通電磁換向閥3-5在中位，記錄讀取指針在標尺上的讀數(shù)記為X_i；通過所述控制系統(tǒng)1使三位四通電磁換向閥3-5的SB1得電，雙作用氣缸3-7繼續(xù)前進，當儀表測得氣膜厚度變?yōu)閔_i+1時，通過所述控制系統(tǒng)1使三位四通電磁換向閥3-5的SB1失電，記錄讀取指針在標尺上的讀數(shù)記為X_i+1；重復(fù)上面步驟，直至i＝n；

S05：根據(jù)胡克定律，將X₀和X_i帶入公式W＝k(X₀-X_i)，計算求得承載能力，記作W_i；

S06：根據(jù)測試記錄的W_i和h_i繪制承載能力W與氣膜厚度h的關(guān)系曲線；

S07：由剛度計算公式Kw＝dW/dh，繪制Kw—h關(guān)系曲線。

實驗中△根據(jù)靜壓空氣止推軸承9型號具體選取，一般選取0.1μm。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。