一种磁悬浮轴承静态特性测试装置制造方法
【专利摘要】一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，主要由加载及测量系统、被测试磁悬浮轴承、转子限位机构、定子固定机构组成；其特征在于：加载及测量系统包括：锁紧螺母、刻度盘、双导程丝杠、大螺母、套筒、小螺母、移动杆、止推片、测力计、连接框架、加载夹具、加载底座；被测试磁悬浮轴承包括：定子、转子；转子限位机构有两套，位于被测试磁悬浮轴承的两侧，每套包括：上压块、上间隙调整块、限位螺钉、下间隙调整块、下支撑块、转子支撑底座；定子固定机构包括：上V型块、压杆、调整螺母、下半V型块、导轨座、锁紧螺钉、压条、螺母、丝杠。本发明测试装置具有测量范围广，调整方便，可作为磁轴承特性试验及磁轴承生产过程中质量检验的装置。
【专利说明】一种磁悬浮轴承静态特性测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁悬浮轴承领域，所发明的磁悬浮轴承静态试验装置，结构简单，调整方便，适用面广，能对磁悬浮轴承的基本原理、磁悬浮轴承的静态特性和磁悬浮轴承生产过程中产品质量进行检验。
【背景技术】
[0002]磁悬浮轴承是利用磁场力使转子悬浮，转子、定子之间无机械接触，具有无摩擦力、允许转速高、无润滑系统、噪音低、振动小的优点，是一种具有广阔发展前景的新型机电一体化产品。磁悬浮轴承在设计或生产过程中需要检验磁场力和施加电流之间的关系，来检验磁轴承是否满足要求，现在采用的方法是完成整个系统的装配，然后通过测试整体系统的特性来验证磁轴承是否满足要求，这时由于磁轴承、功率放大器、传感器、控制系统等因素耦合在一起，若某个环节存在故障，则试验无法进行下去，若发现磁轴承的故障，由于磁悬浮轴承一般和机体过盈配合，拆装十分复杂，故在磁悬浮轴承研制、生产过程中迫切需要一种静态测试装置。专利号为201120324333.1的实用型专利结构复杂，仪器众多，也需要磁轴承安装调试完毕才能测试；专利号为200920282782.7的实用型专利也需要完整的磁悬浮轴承系统调试完毕才能进行试验，故还没有磁轴承静态特性测试的试验装置。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单，适用面广，不需要磁悬浮轴承整个系统装配完毕，就能对磁悬浮轴承进行静态特性测试的试验设备。
[0004]本发明的技术解决方案为:一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，主要由加载及测量系统、被测试磁悬浮轴承、转子限位及高度调整系统、定子固定及高度调整系统组成，力口载及测量系统包括:锁紧螺母、刻度盘、双导程丝杠、大螺母、套筒、小螺母、移动杆、止推片、测力计、连接框架、加载夹具、加载底座；被测试磁悬浮轴承包括:定子、转子；转子限位及高度调整机构有两套，位于被测试磁悬浮轴承的两侧，每套包括:上压块、上间隙调整块、限位螺钉、下间隙调整块、下支撑块、转子支撑底座；定子固定及高度调整系统包括:上V型块、压杆、调整螺母、下半V型块、导轨座、锁紧螺钉、压条、螺母、丝杠组成，锁紧螺母安装在双导程丝杠的前端螺纹，用以压紧刻度盘，大螺母的内螺纹和双导程丝杠外螺纹配合，其端面又通过螺钉同轴固定在套筒前端面上，小螺母的内螺纹和双导程丝杠的相应螺纹配合，其端面又通过螺钉同轴固定在移动杆的前端面上，小螺母和移动杆都安装在套筒内，两个止推片通过螺钉安装在套筒后端面上，其平面和移动杆平面配合，测力计(通过两端外螺纹分别和移动杆后端内螺纹和连接框架内螺纹相连，加载夹具固定套筒，下底面通过螺钉安装在加载底座上，转子安放在两个转子限位及高度调整系统上，上压块的下面通过螺钉安装上间隙调整块，并通过两个螺钉安装在下支撑块的上端面，两个限位螺钉通过下支撑块的左右螺钉孔安装在下支撑块上，下间隙调整块由螺钉固定在下支撑块中部槽内，下支撑块通过螺钉安装在转子支撑底座上，上V型块通过压杆和调整螺母把定子压在前后两个下半V型块上，下半V型块由下部导轨安装在导轨座的导轨槽内，锁紧螺钉也安装在导轨座螺钉孔内，压条安装在下半V型块导轨和导轨座之间，螺母由外圆柱面定位，通过螺钉固定在下半V型块孔内，并和丝杠组成丝杠-螺母运动副，上述加载底座、转子支撑底座及导轨座通过T型螺钉安装在T型槽底座，所述的双导程丝杠上左右两个螺纹导程不同，差值为
0.25mm，大螺母螺距小于小螺母的螺距，对应刻度盘刻线为每周250线；所述的大螺母和小螺母采用的是双螺母结构，材质为锡青铜，通过螺钉和垫片消除反向间隙所述的刻度盘通过键和双导程丝杠相连，锁紧螺母压紧在刻度盘上所述的转子通过上间隙调整块和下间隙调整块调整竖向间隙，上间隙调整块和下间隙调整块材质为石墨，转子横向间隙由限位螺钉进行调节；所述的丝杠为双螺纹丝杠，左右两边螺纹导程相同，旋向相反，通过旋转丝杠调整两个下半V型块的相对位置，进而调整定子的高度；螺母为厚型，材料为锡青铜；所述的V型块调整好后的位置通过锁紧螺钉和压条固定在导轨座上；通过刻度盘读取转子的位置，通过测力计读取定子和转子之间的作用力。
[0005]上述方案的原理是:当需要对磁悬浮轴承进行测试时，首先把加载及测量系统固定在加载座上，再把磁悬浮轴承定子放在两个半V型块上，再把磁悬浮轴承转子穿入定子，保证和转子之间有0.1mm的间隙，由于上下间隙调整块采用的是自润滑的石墨材料，转子在下调整块上移动自如，其摩擦力可以忽略，同时调整两个限位螺钉，使其端部距离转子
0.2mm，转子和加载机构高度相同，其高度依靠设计时零件尺寸保证，再调整定子的高度:旋转双螺纹丝杠，由于螺纹旋向相反，螺纹旋转时两个螺母分别固定在左、右两个半V型块上，限制了螺母的旋转运动，由于两个螺母旋向相反，则螺母带动两个半V型块移动沿导轨座上导轨移动，当顺时针旋转丝杠时两个半V型块靠近，通过斜面的作用，定子高度增加；当逆时针旋转丝杠时两个半V型块离开，通过斜面的作用，定子高度降低，通过调整，使得转子中心和定子中心重合，调整到合适位置后，旋转锁紧螺钉，通过压条把两个半V型块固定在导轨座上，然后旋转两调整螺母把上V型块压紧定子，使定子固定，然后把连接框架通过螺钉安装在转子上，通过加载夹具上两个螺钉，把加载与测量系统固定在加载底座上就可以进行测试试验了，测试时先记下刻度盘上刻度值，顺时针方向旋转刻度盘，大螺母固定，则大螺母向右前进一个导程，同时带动双螺纹丝杠也向右前进一个导程，由于套筒限位，则小螺母相对于丝杠也前进一个导程，由于大螺母螺距小于小螺母螺距0.25mm，则刻度盘旋转一周移动杆向右前进0.25mm，刻度盘刻度为每周250线，则每转过一个刻度对应移动杆移动的距离是I微米，由于螺纹的螺旋升角小于摩擦副的当量摩擦角，所以能自锁，这时可以通过改变电流的大小测量在一定的位置上磁悬浮力与电流之间的关系。
[0006]本发明与现有测试系统的优点是:结构简单，调整方便，能适合多种尺寸的磁悬浮轴承的测试；相对于现在正在应用的磁悬浮轴承整体安装完毕后才能进行静态特性的方法，可以在磁悬浮轴承生产的早期发现问题，及时解决，既能用于磁悬浮轴承原理的教学、科研活动，也能用于磁悬浮轴承生产过程中QC质量检验，保证磁悬浮轴承的质量，节约磁悬浮轴承生产的时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的整体示意图；
[0008]图2为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的加载机构示意图；[0009]图2a为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的加载机构三维示意图；
[0010]图2b为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的加载机构剖视图；
[0011]图3为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的双导程丝杠三维示意图；
[0012]图4为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的大螺母示意图；
[0013]图4a为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的大螺母三维示意图；
[0014]图4b为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的大螺母剖视图；
[0015]图5为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的套筒示意图；
[0016]图6为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的小螺母移动杆组合体示意图；
[0017]图6a为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的小螺母移动杆组合体三维图；
[0018]图6b为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的小螺母移动杆组合体首丨J视图;
[0019]图7为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的连接框架三维示意图；
[0020]图8为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的下支撑块三维示意图；
[0021]图9为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的转子支撑底座三维示意图；
[0022]图10为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的上V型块三维示意图；
[0023]图11为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的下半V型块三维示意图；
[0024]图12为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的导轨座三维示意图；
[0025]图13为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的螺母示意图；
[0026]图13a为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的螺母三维示意图；
[0027]图13b为本发明技术解决方案的磁悬浮轴承静态试验装置的螺母二维剖视图；
[0028]图14为本发明中丝杠29示意图；
【具体实施方式】
[0029]如图1所示，本发明主要由加载及测量系统、被试磁悬浮轴承、转子限位及高度调整系统、定子固定及高度调整系统组成，其中，加载及测量系统由锁紧螺母1、刻度盘2、双导程丝杠3、大螺母4、套筒5、小螺母6、移动杆7、止推片8、测力计9、连接框架10、加载夹具11、加载底座12组成，被测试磁悬浮轴承由定子13、转子14组成，转子限位及高度调整机构左右两套，每套由上压块15、上间隙调整块16、限位螺钉17、下间隙调整块18、下支撑块19、转子支撑底座20组成，定子固定及高度调整系统由上V型块21、压杆22、调整螺母23、下半V型块24、导轨座25、锁紧螺钉26、压条27、螺母28、丝杠29组成，锁紧螺母I安装在双导程丝杠3的前端螺纹，用以压紧刻度盘2，大螺母4的内螺纹和双导程丝杠3外螺纹配合，其端面又通过螺钉同轴固定在套筒5前端面上，小螺母6的内螺纹和双导程丝杠3的相应螺纹配合，其端面又通过螺钉同轴固定在移动杆7的前端面上，小螺母6和移动杆7都安装在套筒5内，两个止推片8通过螺钉安装在套筒5后端面上，其平面和移动杆7平面配合，测力计9通过两端外螺纹分别和移动杆7后端内螺纹和连接框架10内螺纹相连，加载夹具11固定套筒5，下底面通过螺钉安装在加载底座12上，转子14安放在两个转子限位及高度调整系统上，上压块15的下面通过螺钉安装上间隙调整块16，并通过两个螺钉安装在下支撑块19的上端面，两个限位螺钉17通过下支撑块19的左右螺钉孔安装在下支撑块19上，下间隙调整块18由螺钉固定在下支撑块19中部槽内，下支撑块19通过螺钉安装在转子支撑底座20上，上V型块21通过压杆22和调整螺母23把定子13压在前后两个下半V型块24上，下半V型块24由下部导轨安装在导轨座25的导轨槽内，锁紧螺钉26也安装在导轨座25螺钉孔内，压条27安装在下半V型块24导轨和导轨座25之间，螺母28由外圆柱面定位，通过螺钉固定在下半V型块24孔内，并和丝杠29组成丝杠-螺母运动副，上述加载底座12、转子支撑底座20及导轨座25通过T型螺钉安装在T型槽底座30上。[0030]图2为本发明中加载机构示意图，图2a为三维图，图2b为二维剖视图，安装完毕后加载夹具11夹紧套筒5，并通过螺钉固定在加载底座12上，限制了套筒5的六个自由度，需要正向加载时，顺时针旋转刻度盘2，由于刻度盘2中心的内方型孔和丝杠3的外方型轴啮合，带动双导程丝杠3旋转，大螺母4固定在套筒5上，也限制了六个自由度，则双导程丝杠3向右前进，若刻度盘2旋转一周，则双导程丝杠3相对于套筒5向右前进一个导程t1;同时小螺母6和双导程丝杠3上另一段大导程的螺纹也啮合，小螺母6固定在移动杆7上，移动杆7由固定在套筒5上的两个止推片8限制了旋转自由度，当双导程丝杠5旋转时，通过小螺母6带动移动杆7沿双导程丝杠3轴向移动，当双导程丝杠3旋转一周，移动杆7相对于双导程丝杠3向右前进一个导程t2,由于I^H1,则移动杆7相对于套筒5向右的前进量为t2-t1;25mm，刻度盘2刻线为一周250线，则刻度盘转过一个刻度对应移动杆7向前移动距离为I微米，基于同样道理，逆时针旋转刻度盘2，则移动杆7向后移动。
[0031]图3为本发明中双导程丝杠3示意图，丝杠3由几段不同的螺纹和一个外方型轴组成，301处安装锁紧螺母1，302处为斜度为1: 10的外方型结构，该外方型和刻度盘2的内方孔配合，通过该结构消除刻度盘2和双导程丝杠3间的反向间隙，303为大螺母4啮合螺纹段，304处为小螺母6的啮合螺纹段。
[0032]图4为本发明中大螺母4示意图，图4a为三维图，图4b为二维剖视图，大螺母4由401和402两个螺母通过四个螺钉连接而成，401和402通过调节螺钉的松紧程度可以消除螺纹的反向间隙，403处的孔为螺钉的安装孔，通过该孔把大螺母4固定到套筒5端面上。
[0033]图5为本发明中套筒5的示意图，501处为大螺母安装面，502处为纵向刻线处，503处为止推片8安装处，通过螺钉把止推片8安装在该面上，504为移动杆7安装孔。
[0034]图6为本发明中小螺母6和移动杆7的组合示意图，图6a为三维视图，图6b为剖视图，小螺母6通过四个螺钉和移动杆7连接，通过调整螺钉的松紧程度消除螺纹的反向间隙，在移动杆7中，701位置处为双导程丝杠3的大导程丝杠啮合处，702位置处为止推片8配合面处，703处螺纹为测力计9安装处。
[0035]图7为本发明中连接框架10的示意图，由101和102两部分通过双头螺钉和蝶形螺母相连，图中101为大框架，和测力计9通过螺纹连接，102为小框架，通过双头螺钉103和蝶形螺母104把转子加紧，105和106处为转子固定的V型面。[0036]图8本发明中下支撑块19的示意图，该零件用于安装限位螺钉17和下间隙调整块18，在该零件中，191处的螺纹孔为限位螺钉17的安装孔，通过旋转限位螺钉17，调整左右两个限位螺钉17的位置，当转子在中间位置时，限位螺钉17的端部距离转子为0.5倍的轴承间隙，螺钉孔192为螺钉安装位置，193处面为下间隙调整块18的配合面，下间隙调整块18通过194处螺钉孔，由沉头螺钉安装在下支撑块19上，上间隙调整块16和下间隙调整块18之间的距离比转子轴径大0.2毫米。
[0037]图9为本发明中转子支撑底座20示意图，201处的孔为T型螺钉安装孔，面202为下支撑块19的安装面，下支撑块19通过四个螺钉孔203由螺钉固定在转子支撑底座20上。
[0038]图10为本发明中上V型块21示意图，该V型块通过压杆压紧定子13，图中211处为压杆22的过孔，为长型孔，面212和213为定子13的结合面。
[0039]图11为本发明中下半V型块24示意图，下半V型块有两个，左右各一，共同组成一个高度可调的V型块，在下半V型块24中，孔241为螺母28安装孔，并通过螺钉孔242由螺钉固定在下半V型块24上，面243为和导轨座25的配合面,面244为压条27配合面，面245为转子14安装面，螺钉孔246为压杆安装孔。
[0040]图12为本发明中导轨座25示意图，孔251为锁紧螺钉安装孔，面252为下半V型块24导轨的配合面。
[0041]图13为本发明中螺母28示意图，13a为三维图，13b为二维剖视图，图中281螺纹孔为丝杠29的啮合孔，圆柱面282为和半V型块241的配合孔，并通过四个过孔283由螺钉固定到半V型块24上。
[0042]图14为丝杠29示意图，图中291为外六方面，便于扳手旋转，292处螺纹左旋，293处螺纹右旋，其导程一致，当顺时针旋转丝杠时带动两个半V型块靠近，当逆时针旋转丝杠时带动两个半V型块分离。
[0043]总之，本发明的磁悬浮轴承静态测试装置，具有结构简单、调整方便、适用面广，能在磁轴承整体装配前对磁悬浮轴承进行静态特性测试等优点。
[0044]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0045]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，主要由加载及测量系统、被测试磁悬浮轴承、转子限位及高度调整系统、定子固定及高度调整系统组成；其特征在于:加载及测量系统包括:锁紧螺母(1)、刻度盘(2)、双导程丝杠(3)、大螺母(4)、套筒(5)、小螺母(6)、移动杆(7)、止推片(8)、测力计(9)、连接框架(10)、加载夹具(11)、加载底座(12);被测试磁悬浮轴承包括:定子(13)、转子(14);转子限位及高度调整机构有两套，位于被测试磁悬浮轴承的两侧，每套包括:上压块(15)、上间隙调整块(16)、限位螺钉(17)、下间隙调整块(18)、下支撑块(19)、转子支撑底座(20);定子固定及高度调整系统包括:上V型块(21)、压杆(22)、调整螺母(23)、下半V型块(24)、导轨座(25)、锁紧螺钉(26)、压条(27)、螺母(28)、丝杠(29)，锁紧螺母(I)安装在双导程丝杠(3)的前端螺纹，用以压紧刻度盘(2)，大螺母(4)的内螺纹和双导程丝杠(3)外螺纹配合，其端面又通过螺钉同轴固定在套筒(5)前端面上，小螺母(6)的内螺纹和双导程丝杠(3)的相应螺纹配合，其端面又通过螺钉同轴固定在移动杆(7)的前端面上，小螺母(6)和移动杆(7)都安装在套筒(5)内，两个止推片(8)通过螺钉安装在套筒(5)后端面上，其平面和移动杆(7)平面配合，测力计(9)通过两端外螺纹分别和移动杆(7)后端内螺纹和连接框架(10)内螺纹相连，加载夹具(11)固定套筒(5)，下底面通过螺钉安装在加载底座(12)上，转子(14)安放在两个转子限位及高度调整系统上，上压块(15)的下面通过螺钉安装上间隙调整块(16)，并通过两个螺钉安装在下支撑块(19)的上端面，两个限位螺钉(17)通过下支撑块(19)的左右螺钉孔安装在下支撑块(19)上，下间隙调整块(18)由螺钉固定在下支撑块(19)中部槽内，下支撑块(19)通过螺钉安装在转子支撑底座(20)上，上V型块(21)通过压杆(22)和调整螺母(23)把定子(13)压在前后两个下半V型块(24)上，下半V型块(24)由下部导轨安装在导轨座(25)的导轨槽内，锁紧螺钉(26)也安装在导轨座(25)螺钉孔内，压条(27)安装在下半V型块(24)导轨和导轨座(25)之间，螺母(28)由外圆柱面定位，通过螺钉固定在下半V型块(24)孔内，并和丝杠(29)组成丝杠-螺母运动副，上述加载底座(12)、转子支撑底座(20)及导轨座(25)通过T型螺钉安装在T型槽底座(30)上。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:双导程丝杠(3)上左右两个螺纹导程不同，差值为0.25mm，大螺母(4)螺距小于小螺母(6)的螺距，对应刻度盘刻线为每周250线。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:大螺母(4)和小螺母(6)采用的是双螺母结构，材质为锡青铜，通过螺钉和垫片消除反向间隙。
4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:刻度盘(2)通过键和双导程丝杠(3)相连，锁紧螺母(I)压紧在刻度盘上。
5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:转子(14)通过上间隙调整块(16)和下间隙调整块(18)调整竖向间隙，上间隙调整块(16)和下间隙调整块(18)材质为石墨，转子(14)横向间隙由限位螺钉(17)进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:丝杠(29)为双螺纹丝杠，左右两边螺纹导程相同，旋向相反，通过旋转丝杠(29)调整两个下半V型块(24)的相对位置，进而调整定子的高度。
7.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:螺母(28)为厚螺母，材料为锡青铜。
8.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:V型块(24)调整好后的位置通过锁紧螺钉(26)和压条(27)固定在导轨座(25)上。
9.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承静态特性测试装置，其特征在于:通过刻度盘(2)读取转子(14)的位置，通过测力 计(9)读取定子(13)和转子(14)之间的作用力。
【文档编号】G01M13/04GK103884507SQ201410151754
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】白国长, 赵江铭, 刘德平, 侯伯杰, 任天平, 高建设, 陈晓辉 申请人:郑州大学