[發明專利]氣體靜壓主軸節流孔孔徑調節裝置

有效

• 申請號: 201810200469.8
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108223581B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 陳國達;吳化平;曹慧強;李毅
• 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孔徑調節裝置，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，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；環形套包括外圈的剛性正電極、內圈的柔性負電極，正電極和負電極之間夾有電致動柔性材料體，負電極圍合成節流孔；軸套上設有用于檢測氣膜氣壓的氣壓傳感器；氣室外套外面裝有控制裝置；氣壓傳感器的輸出端連接控制裝置，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孔徑調節方案，調節節流孔的孔徑。

技術領域

本發明涉及一種氣體靜壓主軸節流孔孔徑調節裝置。

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。節流器是氣體靜壓主軸的關鍵部件之一，是實現靜壓運動的重要基礎。小孔節流器是較為常用的節流器，其節流孔的孔徑大小對于氣體靜壓主軸的剛度、承載能力和穩定性有著直接而重要的影響。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，它的節流孔孔徑大小就是固定的，在使用中節流孔孔徑也是無法進行調節的。盡管在主軸設計階段可以得到較優的節流孔孔徑數值，但是面對不同的使用情況，節流孔孔徑調節仍具有重要意義和價值，它可在主軸使用階段為調節小孔節流式氣體靜壓主軸的剛度、承載能力和穩定性提供一種新的手段。

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孔徑調節裝置，可方便、快速、有效地實現微米和納米量級的節流孔孔徑調節。

氣體靜壓主軸節流孔孔徑調節裝置，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；環形套的壁面呈層狀，外環是剛性的正電極，內環是柔性的負電極，正電極和負電極之間夾有電致動柔性材料體，負電極圍合成節流孔；

軸套上設有用于檢測氣膜氣壓的氣壓傳感器；氣室外套外面裝有控制裝置；

氣壓傳感器的輸出端連接控制裝置，向控制裝置發送氣膜壓力場信息；控制裝置的輸出端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孔徑調節方案，調節節流孔的孔徑。

每個環形套兩側各有一個氣壓傳感器。

所述氣室外套套在軸套外部，所述的電場控制器設在所述氣室外套的外面，所述的氣室外套和軸套之間添加有氣體密封圈，從而達到密封的效果。

所述電致動柔性材料體處于正電極和負電極之間，與正、負電極通過絕緣層分別粘合在一起。所述氣室外套開有引線孔和進氣孔。正電極和負電極分別通過穿過引線孔的電路引線與控制裝置相連，通過引線密封圈將電路引線與氣室外套密封。環形套構成節流孔孔徑調節器。

正電極、負電極、電致動柔性材料體和節流孔的軸向高度是相同的。正電極用剛性材料制成，不發生變形。電致動柔性材料體和負電極在只發生徑向變形，負電極在變形后其內部仍能保持圓孔形。

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。通過控制裝置可以定量控制正電極和負電極之間的電場強度，從而導致電致動柔性材料體發生定量的徑向變形，負電極也隨之發生定量的徑向變形，最終促使節流孔孔徑發生定量的變化。