[發明專利]用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置及方法

無效

• 申請號: 201110255372.5
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102435434A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 陳琛;馬驍;尹成科;張亦柯
• 申請（專利權）人: 蘇州同心醫療器械有限公司
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

1.一種用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置，其特征在于：包括相互垂直設置、其運動方向亦相互垂直的三個位移臺，分別為X、Y、Z方向精密電控位移臺；以及分別用于測量所述X、Y、Z方向精密電控位移臺位移的激光位移傳感器，分別為X、Y、Z方向激光位移傳感器；

所述Y方向精密電控位移臺通過一固定于所述X方向精密電控位移臺上的X方向載物臺相對可移動地設置于所述X方向精密電控位移臺上；所述Y方向精密電控位移臺上固定有Y方向載物臺，所述Y方向載物臺上樞軸設有一個旋轉臺，所述旋轉臺用于固定所述磁懸浮軸承的定子；

所述Z方向精密電控位移臺通過固定于其上的Z方向載物臺與一直角固定架的側面緊密連接，所述直角固定架的底面通過一安裝轉換器固定一力/力矩傳感器，所述力/力矩傳感器通過一工具裝換器固定所述磁懸浮軸承的轉子。

2.根據權利要求1所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置，其特征在于：所述Y方向精密電控位移臺上設有一個與所述X方向激光位移傳感器配合的X方向參考測量面，以及一個與所述Y方向激光位移傳感器配合的Y方向參考測量面；所述X方向參考測量面與所述X方向激光位移傳感器的激光發射方向垂直，所述Y方向參考測量面與所述Y方向激光位移傳感器的激光發射方向垂直。

3.根據權利要求1所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置，其特征在于：所述力/力矩傳感器為六自由度力/力矩傳感器。

4.根據權利要求1所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置，其特征在于：所述X、Y、Z方向精密電控位移臺，以及X、Y、Z方向激光位移傳感器，以及力/力矩傳感器的控制端均連接于一控制中心。

5.一種運用權利要求1所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置的測量方法，其特征在于：包括如下步驟，

第一，將所述磁懸浮軸承的定子裝夾于所述旋轉臺上，將所述磁懸浮軸承的轉子裝夾于所述工具裝換器上；

第二，將所述磁懸浮軸承的定子和轉子調整到初始平衡位置；

第三，測量徑向剛度時，固定轉子，在水平面內旋轉定子，使欲測量的方向與定子移動方向相同；

第四，在水平面內沿X方向或Y方向以一定的步長移動定子，測量每一步轉子所受的磁力及此時定子相對于平衡點的位移；

第五，根據第四步驟得到的數據，先繪制定子的力-位移曲線，選擇合適的擬合模型將力表達成位移的函數，即F＝f(x)或F＝f(y)，其中F為力，x或y為位移；

第六，對第五步驟的擬合模型F＝f(x)或F＝f(y)兩邊對位移x或y求導，得到該方向上的剛度與該方向位移的函數關系；

第七，測量軸向剛度時，固定定子，在Z方向上以一定步長移動轉子，測量每一點轉子所受的磁力及此時轉子相對于平衡點的位移；

第八，重復第四至第六步驟，先繪制轉子的力-位移曲線；再選擇合適的擬合模型將力表達成位移的函數；進而求導得到剛度與Z方向位移的函數關系。

6.根據權利要求5所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的方法，其特征在于：所述第二步驟的初始平衡位置為轉子在定子中所受合力為零的位置。

7.根據權利要求6所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的方法，其特征在于：所述合力為零的初始平衡位置為所述六自由度力/力矩傳感器在各個方向上的測量值的絕對值小于設定的閾值。

8.根據權利要求7所述的用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的方法，其特征在于：第三步驟中，當定子與轉子的相對位置進入到所述定子與轉子之間有相互作用力的監控區后，通過比較該當前時刻和前一時刻的力傳感器測得的轉子受力數據，并根據前一時刻定子的位移方向，判斷當前定子的位移方向：若該時刻力傳感器測量的力的絕對值小于前一時刻力傳感器測量的力的絕對值，且兩次測量的力的方向相同，則定子該當前時刻的位移方向應與上一時刻的位移方向相同；若該時刻力傳感器測量力的絕對值大于前一時刻力傳感器測量力的絕對值，或兩次測量的力的方向相反，則定子該當前時刻的位移方向應與上一時刻的位移方向相反。