[發明專利]氣體靜壓主軸節流孔通氣分布狀態控制裝置

有效

• 申請號: 201810200006.1
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108302120B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 陳國達;曹慧強;吳化平;曾晰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06
• 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

氣體靜壓主軸節流孔通氣分布狀態控制裝置，包括套設在主軸外部、與主軸形成壓力氣膜的軸套，軸套外部氣密地連接一個氣室外套；軸套上的節流孔連通外氣腔和壓力氣膜；環形套的壁面上設有通氣狀態調節器，通氣狀態調節器包括設置在圍繞節流孔的環形套上的剛性正電極和負電極，正電極和負電極之間夾有介電高彈性材料體，介電高彈性材料體暴露在節流孔上；軸套上設有用于檢測氣膜氣壓的氣壓傳感器；氣室外套外面裝有氣膜壓力場測試裝置和控制裝置；控制裝置根據氣膜壓力場測試裝置所得到的氣膜壓力場信息和預設的模型得到最佳的主軸節流孔通氣分布狀態方案，控制節流孔的通氣分布狀態。

技術領域

本發明涉及一種氣體靜壓主軸節流孔通氣分布狀態控制裝置。

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、少污染等優點，在高端制造裝備、精密儀器、空間慣性技術等許多領域有著廣泛應用。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實現氣體軸承功能。小孔節流式氣體靜壓主軸是較為常用的一類氣體靜壓主軸，結構相對簡單。

一般而言，對于小孔節流式氣體靜壓主軸，其制造裝配完畢后，正常工作時所有節流孔均為通氣狀態，由于節流孔的位置和數量都無法改變，即節流孔的通氣分布狀態是難以調節的。盡管在主軸設計階段可以得到較優的節流孔通氣分布狀態，但是面對不同的使用情況，考慮到耗氣量、穩定性等因素，原有的節流孔通氣分布狀態不一定是綜合最優的。此外，面對個別節流孔堵塞造成氣膜壓力場的周向不平衡等故障情況時，節流孔通氣分布狀態的改變可有效防止主軸進一步損壞并保持相對合理的工作狀態。總之，節流孔通氣分布狀態的控制具有重要價值，它可在主軸使用階段為小孔節流式氣體靜壓主軸的耗氣量、剛度、承載能力和穩定性的優化調節提供一種新途徑。

發明內容

為了克服當前技術的不足，本發明提供了一種氣體靜壓主軸節流孔通氣分布狀態控制裝置，可方便、快速、有效地實現主軸節流孔通氣分布狀態的控制。

本發明所述的一種氣體靜壓主軸節流孔通氣分布狀態控制裝置，包括套設在主軸外部、與主軸形成壓力氣膜的軸套，其特征在于：

所述的軸套外部氣密地連接一個氣室外套，氣室外套與軸套之間有外氣腔，外氣腔通過氣室外套上的進氣孔連通外部的氣壓源；軸套上設有環形套，環形套的內孔形成節流孔，節流孔連通外氣腔和設置在軸套的內壁面上的內氣腔，內氣腔連通所述的壓力氣膜；環形套的壁面上設有通氣狀態調節器，通氣狀態調節器包括沿環形套的橫截面的徑向設置的正電極和負電極，正電極和負電極是剛性的，正電極和負電極之間夾有介電高彈性材料體，介電高彈性材料體暴露在節流孔上；

軸套上設有用于檢測氣膜氣壓的氣壓傳感器；氣室外套外面裝有氣膜壓力場測試裝置和控制裝置；

氣壓傳感器的輸出端連接氣膜壓力場測試裝置，向氣膜壓力場測試裝置發送氣膜壓力場信息；氣膜壓力場測試裝置與控制裝置之間有通訊線，控制裝置連接正電極和負電極；控制裝置根據氣膜壓力場信息和預設的模型得到最佳的主軸節流孔通氣分布狀態方案，控制節流孔的通氣分布狀態。

優選地，所述的節流孔在軸套橫截面上呈周向均勻布置，其數目為偶數，每一個節流孔周圍有2-6個通氣狀態調節器，通氣狀態調節器呈周向均勻布置。

優選地，每個節流孔兩側各有一個氣壓傳感器。

所述氣體壓力傳感器的測試頭與所述軸套內壁面的間隔距離為0.1-0.5mm。所述氣體壓力傳感器分別通過穿過氣室外套上的引線孔的信號線與所述的測試裝置相連，通過引線密封圈將信號線與氣室外套密封。正電極和負電極分別通過穿過氣室外套上的引線孔的電路引線與控制系統相連，通過引線密封圈將電路引線與氣室外套密封。

本發明的工作原理為：高壓氣體通過氣室外套的進氣孔進入可通氣的節流孔，最終在主軸與軸套之間形成壓力氣膜，實現主軸的氣體靜壓支撐。