[發明專利]陀螺儀的H型動壓軸承陀螺電機氣膜剛度非接觸測試方法

有效

• 申請號: 202310011508.0
• 申請日: 2023-01-05
• 公開（公告）號: CN115962938B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 閆亞超;王建青;郭華;黨建軍;張海雄;任建濤;曹耀平
• 申請（專利權）人: 西安航天精密機電研究所
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01M5/00;G01B7/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明為解決現有動壓軸承陀螺電機氣膜剛度判斷方法不能直接測量氣膜剛度、判斷準確度低、可能損傷動壓軸承的技術問題，提供一種陀螺儀的H型動壓軸承陀螺電機氣膜剛度非接觸測試方法，基于電容測試的原理，對動壓軸承陀螺電機轉子在不同位置姿態下的位移變化量進行測試，利用電機轉子自重給動壓軸承氣膜施加作用力，設計了測試系統和具體的測試方法，實現了對動壓軸承陀螺電機氣膜剛度的非接觸測量，有效避免了因測試使動壓軸承被損壞；本發明測試前針對待測轉子進行線性標定，使測試結果更加準確。

技術領域

本發明屬于一種氣膜剛度測試方法，具體涉及一種陀螺儀的H型動壓軸承陀螺電機氣膜剛度非接觸測試方法。

背景技術

H型動壓軸承陀螺電機是二浮陀螺、三浮陀螺的核心組件，其通過H型動壓軸承的氣膜剛度支撐實現動壓軸承陀螺電機動量矩的穩定輸出，為慣性儀表提供了測量參考。H型動壓軸承陀螺電機氣膜剛度決定著慣性儀表的抗力學環境能力和測量精度，是空間飛行器用慣性測量單元的核心技術之一。

動壓軸承是支撐動壓軸承陀螺電機轉子高速旋轉的組件，通常轉速在30000r/min，H型動壓軸承的工作間隙僅有1μm~3μm，當動壓軸承陀螺電機的轉子、定子產生相對運轉時，外界氣體將被泵入動壓軸承的工作間隙，當氣流壓力升高到一定值后，氣流壓力將托起轉子使其處于浮起狀態，在工作轉速下，轉子受外界力的作用，氣膜間隙會產生相對位移，在某一方向上，使轉子與動壓軸承產生單位位移所需要的力就是該方向上動壓軸承陀螺電機的氣膜剛度。

在空間運載體發射、變軌、對接、降落的整個過程中，動壓軸承陀螺電機會承受較大的力學環境沖擊，需要保證轉子不能與定子發生接觸。在工程研制中，通常采用試驗手段對動壓軸承陀螺電機的氣膜剛度進行測試，試驗過程中，對動壓軸承陀螺電機施加相應的力學條件，再通過測試動壓軸承陀螺電機的參數輸出，判斷動壓軸承陀螺電機的氣膜剛度是否滿足使用要求。

現有技術中主要通過兩種方法判斷動壓軸承陀螺電機的氣膜剛度：（1）在動壓軸承加工階段，通過測試動壓軸承的軸向、徑向組合間隙，保證組合間隙在設計指標要求范圍之內，以此滿足動壓軸承陀螺電機的氣膜剛度設計要求。但是，這種方法沒有考慮各零件自身精度、裝配精度對氣膜剛度的影響，判斷準確度低，也不能直接測量氣膜剛度；（2）在動壓軸承陀螺電機裝配完成后，對動壓軸承陀螺電機進行相關的力學環境激勵，同時，監測動壓軸承陀螺的功率輸出、電流輸出，并判斷在相應的力學環境激勵下，動壓軸承陀螺電機是否發生功率或者電流的突變，一旦發生突變，則認為動壓軸承陀螺電機的氣膜剛度不足，轉子和定子發生了高速接觸。但是，這種方法只能起到篩選作用，對氣膜剛度的承載裕度無法評價，試驗過程中會使動壓軸承與轉子瞬間接觸，存在損傷動壓軸承的風險。

發明內容

本發明為解決現有動壓軸承陀螺電機氣膜剛度判斷方法不能直接測量氣膜剛度、判斷準確度低、可能損傷動壓軸承的技術問題，提供一種陀螺儀的H型動壓軸承陀螺電機氣膜剛度非接觸測試方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種陀螺儀的H型動壓軸承陀螺電機氣膜剛度非接觸測試方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

分別水平和豎直放置動壓軸承陀螺電機的待測轉子；水平放置時，分別將測試系統的檢測端固定于待測轉子外圓表面的正上方和正下方，并保持間隙，豎直放置時，分別將測試系統的檢測端固定于正對待測轉子兩端端面，并保持間隙；所述測試系統與待測轉子之間形成電容器，并輸出電容器容抗對應的電壓；

分別在待測轉子水平和豎直放置時，使待測轉子處于工作狀態，通過測試系統輸出的電壓，結合待測轉子通過線性標定得到的測量標定系數，分別確定測試系統的檢測端與待測轉子表面之間的距離，得到動壓軸承陀螺電機徑向氣膜剛度和動壓軸承陀螺電機軸向氣膜剛度。

進一步地，所述測量標定系數包括水平放置待測轉子時的徑向測量標定系數和豎直放置待測轉子時的軸向測量標定系數；所述線性標定具體為：