[實用新型]一種非接觸式氣體靜壓主軸氣膜流場測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720211377.0
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN206618556U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 陳國達;潘燁;計時鳴;譚大鵬;應申舜
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 王兵,黃美娟

技術領域

本實用新型涉及一種氣體流場的測試系統(tǒng)，尤其涉及種非接觸式氣體靜壓主軸氣膜流場測試系統(tǒng)。

背景技術

氣體靜壓主軸具有高速度、高精密、低摩擦、耐高低溫、少污染等優(yōu)點，在高端機床裝備、精密測量儀器、空間慣性技術等諸多高科技領域有著廣泛應用，尤其是作為超精密切削機床的一類典型關鍵部件，對于保證機床加工精度具有不可替代的作用。相比于其他類型主軸，氣體靜壓主軸的一個重要結構特征是采用壓力氣膜作為工作介質(即氣體軸承)，氣體軸承的靜動態(tài)特性對于主軸綜合性能具有重要影響，一定程度上直接決定了主軸回轉精度，而氣膜流場特性(包括氣體流動狀態(tài)、速度場和壓力場分布等)直接影響了氣體軸承的靜動態(tài)特性。關于氣膜流場特性，目前國內外學者主要采用數值分析、有限元仿真等手段對其進行研究分析，而實驗研究非常缺乏，主要原因是氣膜流場的測試難度較大且缺乏有效的測試系統(tǒng)。關于氣體靜壓主軸氣膜流場的測量，若采用接觸式測試裝置或系統(tǒng)，其設備維護相對不便，且無法實現真正的無擾測試，而非接觸式測試可以避免上述問題。

發(fā)明內容

本實用新型要克服現有技術的上述缺陷，提供一種高效、便捷且測試范圍廣的非接觸式超精密氣體靜壓主軸氣膜流場測試系統(tǒng)，以實現氣體靜壓主軸氣膜流場的無擾測試及相應的實驗研究。

本實用新型所述的一種非接觸式氣體靜壓主軸氣膜流場測試系統(tǒng)，其特征在于：包括氣體靜壓主軸、環(huán)形調節(jié)器、水平調節(jié)器、豎直調節(jié)器、激光發(fā)射頭、高速攝像機、像差矯正器、氣源、氣源處理器、示蹤粒子混合器、激光發(fā)生器、激光控制器、工控機以及示蹤粒子回收裝置，所述的氣體靜壓主軸位于環(huán)形調節(jié)器上方且與環(huán)形調節(jié)器同軸安裝；所述的水平調節(jié)器與豎直調節(jié)器互相垂直固定，且安裝于環(huán)形調節(jié)器上方，繞環(huán)形調節(jié)器做圓周運動；所述的激光發(fā)射頭固定于水平調節(jié)器上，做水平方向移動；所述的高速攝像機固定于豎直調節(jié)器上，做豎直方向移動；所述的像差矯正器安裝于高速攝像機前部；所述的激光發(fā)射頭通過光纜連接于激光發(fā)生器，激光頭發(fā)射平面激光，照射氣體靜壓主軸氣膜流場的某一平面，形成一個測試平面，高速攝像機對測試平面進行拍攝；所述的激光發(fā)生器通過電纜連接于激光控制器；所述的激光控制器通過電纜連接于工控機；所述的高速攝像機通過電纜連接于工控機；所述的氣源通過氣管依次連接氣源處理器、示蹤粒子混合器、氣體靜壓主軸；

所述的環(huán)形調節(jié)器包括環(huán)形導軌和安裝在環(huán)形導軌上可沿環(huán)形導軌滑動的第一滑塊；所述的水平調節(jié)器固定于第一滑塊上；所述的水平調節(jié)器包括水平固定板，水平滑塊，水平粗調旋鈕和水平細調旋鈕；所述的水平粗調旋鈕控制水平滑塊在水平固定板上快速水平滑動，所述的水平細調旋鈕控制水平滑塊在水平固定板上慢速水平滑動；所述的豎直調節(jié)器固定于水平固定板上；所述的豎直調節(jié)器包括豎直固定板、豎直滑塊、豎直粗調旋鈕，豎直細調旋鈕，所述的豎直粗調旋鈕控制豎直滑塊在豎直固定板上快速豎直滑動，所述的豎直細調旋鈕控制豎直滑塊在豎直固定板上慢速豎直滑動。

所述的氣體靜壓主軸包括上止推盤、主軸、下止推盤、軸套、氣室外套，所述上止推盤、下止推盤分別與所述主軸的上下兩端面同軸密封固接，三者共同形成用于容納軸套的凹腔；所述軸套套在所述主軸外部，所述軸套與凹腔之間的間隙作為氣膜的容納腔；所述軸套的外壁設有用于容納氣室外套的凹槽，所述軸套外部套裝所述氣室外套，并且所述凹槽的上下槽壁分別與所述氣室外套上下兩端面密封固接；所述軸套設有軸向節(jié)流孔、徑向節(jié)流孔，所述軸向節(jié)流孔和徑向節(jié)流孔貫穿凹槽的槽壁，軸向節(jié)流孔和徑向節(jié)流孔與凹槽內腔連通；所述的氣室外套設有連接示蹤粒子混合器的進氣口；所述的上止推盤、主軸、下止推盤、軸套、氣室外套均采用透明材質；

進一步，示蹤粒子回收裝置安裝于氣體靜壓主軸氣膜的出氣口外側；所述的示蹤粒子回收裝置為一環(huán)形套，上部有出氣孔，環(huán)內側與氣體靜壓主軸氣膜出氣口相通；示蹤粒子回收裝置采用透明材料。

本實用新型采用的技術方案是：氣體靜壓主軸工作時，軸套、氣室外套處于靜止狀態(tài)，上止推盤、主軸、下止推盤處于旋轉狀態(tài)。氣源產生的高壓氣體經過氣源處理器的過濾和干燥之后，通過示蹤粒子混合器，將示蹤粒子與高壓氣體均勻混合，通過氣室外套的進氣口穿過節(jié)流孔在上止推盤、主軸、下止推盤與軸套之間形成氣膜，從而使氣體靜壓主軸保持穩(wěn)定。