[發明專利]一種磁懸浮軸承的剛度測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201611147761.5
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106840668B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 付紅偉;劉英男;牛立新;曹明;于浩;傅凱渤
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種磁懸浮軸承的剛度測試裝置，其特征在于：包括底座(1)、二維運動平臺(2)、力傳感器支架(3)、力傳感器(4)、磁軸承轉子組件(5)、磁軸承轉子安裝架(6)、磁軸承定子組件(7)和磁軸承定子安裝架(8)；

底座(1)為上端開口的空心圓筒狀結構，二維運動平臺(2)固定安裝在底座(1)的內部底面上，二維運動平臺(2)的上表面相對底座(1)進行兩自由度運動；

軸承轉子安裝架(6)為下端開口的圓筒狀結構，且在軸承轉子安裝架(6)內部有轉子安裝芯軸，該芯軸沿所述軸承轉子安裝架(6)的軸線方向且該芯軸的一端與軸承轉子安裝架(6)內部頂面圓心處連接；磁軸承轉子組件(5)套在所述芯軸上且與芯軸固定連接；

磁軸承定子組件(7)固定安裝在磁軸承定子安裝架(8)內部，磁軸承定子安裝架(8)安裝在二維運動平臺(2)的上表面，隨著二維運動平臺(2)上表面運動而運動，磁軸承定子組件(7)套在所述磁軸承轉子組件(5)的外部且與磁軸承轉子組件(5)之間有磁懸浮間隙；

正交對向安裝的四個力傳感器(4)一端與磁軸承轉子安裝架(6)固定連接，另一端通過力傳感器支架(3)安裝于底座(1)上，通過調整力傳感器支架(3)實現力傳感器(4)的零位調節。

2.根據權利要求1所述的一種磁懸浮軸承的剛度測試裝置，其特征在于：力傳感器支架(3)包括調節把手(9)、調節滑塊(10)和支架外框(11)；

調節滑塊(10)安裝在支架外框(11)內部且在調節把手(9)的作用下，沿力傳感器(4)的軸線方向相對于支架外框(11)滑動。

3.根據權利要求1所述的一種磁懸浮軸承的剛度測試裝置，其特征在于：二維運動平臺(2)上表面相對底座(1)進行兩自由度運動，是在二維運動平臺(2)上表面所在的平面內進行。

4.根據權利要求1或3所述的一種磁懸浮軸承的剛度測試裝置，其特征在于：二維運動平臺(2)上表面相對底座(1)進行兩自由度運動的兩個方向，與兩組力傳感器(4)的測量方向一致，相對的兩個力傳感器(4)為一組。

5.根據權利要求2所述的一種磁懸浮軸承的剛度測試裝置，其特征在于：還包括電流源、光柵尺和數據處理模塊；

電流源用于給磁軸承定子組件(7)供電，光柵尺設置在二維運動平臺(2)上，用于實時采集位移量，數據處理模塊接收力傳感器(4)的輸出信號以及光柵尺采集的位移量，計算位移剛度和電流剛度，兩組力傳感器(4)的測量方向各設置有一個光柵尺。

6.一種基于權利要求5所述的磁懸浮軸承的剛度測試裝置實現的測試方法，其特征在于包括位移剛度測試和電流剛度測試，

位移剛度測試的步驟如下：

(1)調整二維運動平臺(2)，使得磁軸承轉子組件(5)和磁軸承定子組件(7)同軸，即將兩個光柵尺均調整到零位；

(2)關閉電流源，中斷磁軸承定子組件(7)的供電；

(3)通過調節力傳感器支架(3)中的調節把手(9)，將力傳感器(4)調整到零位；

(4)二維運動平臺(2)上表面相對底座(1)進行兩自由度運動的兩個方向，與兩組力傳感器(4)的測量方向一致，相對的兩個力傳感器(4)為一組；

任選一組力學傳感器的測量方向，在二維運動平臺(2)沿選擇的一組力學傳感器的測量方向上的可移動范圍內設置若干個均分點，在每個均分點均采集光柵尺輸出的位移量以及力傳感器(4)的輸出信號；

(5)重復步驟(4)的方式，在另一組力學傳感器的測量方向上，采集光柵尺輸出的位移量以及力傳感器(4)的輸出信號；

(6)數據處理模塊接收力傳感器(4)的輸出信號以及光柵尺采集的位移量，分別通過公式K_s＝F_s/S計算兩個方向上每個均分點的位移剛度K_s，其中，F_s為每個均分點位置處的力傳感器(4)的輸出信號，即磁軸承轉子組件(5)和磁軸承定子組件(7)之間的磁場力，S為每個均分點的位置處的光柵尺采集的位移量，即磁軸承轉子組件(5)和磁軸承定子組件(7)之間的相對位移；

(7)將所有的均分點對應的位移剛度K_s進行數據擬合處理，得到兩個方向的最終位移剛度值；

電流剛度測試的步驟如下：

(a)調整二維運動平臺(2)，使得磁軸承轉子組件(5)和磁軸承定子組件(7)同軸，即將兩個光柵尺均調整到零位；

(b)關閉電流源，中斷磁軸承定子組件(7)的供電；

(c)通過調節力傳感器支架(3)中的調節把手(9)，將力傳感器(4)調整到零位；

(d)任選一組力學傳感器的測量方向，啟動電流源，恢復磁軸承定子組件(7)在所選測量方向上的供電，輸出電流按預設的步進值遞增，測量每個電流值所對應的力傳感器(4)的輸出信號；

(e)重復步驟(d)的方式，在另一組力學傳感器的測量方向上，測量每個電流值所對應的力傳感器(4)的輸出信號；

(f)數據處理模塊接收力傳感器(4)的輸出信號以及電流源的輸出電流值，分別通過公式K_i＝F_i/i計算兩個方向上每個電流值對應的電流剛度K_i，其中，F_i為每個電流值對應的力傳感器(4)的輸出信號，即磁軸承轉子組件(5)和磁軸承定子組件(7)之間的磁場力，i為電流值；

(g)將所有的電流值對應的電流剛度Ki進行數據擬合處理，得到兩個方向的最終電流剛度值。