一种分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置

本发明涉及气体静压润滑领域，具体的说是一种分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置。

背景技术：

气体静压润滑技术由于有着重复利用率高、清洁无污染的优点，近代以来广泛使用于轴承技术中的润滑装置，在航空航天、医疗服务、电子技术、海洋工程以及核能发展等行业。目前，气体静压润滑领域存在着刚度与稳定性差、承载能力小的技术难题，为了研究与解决这些问题，许多专家与学者对气体静压气膜流场进行研究。

就目前现状而言，对于气体静压气膜流场的研究多采用流体仿真软件进行仿真分析的方法，但仿真数据具有一定的理想局限性，不能真实地反映出气膜流场的参数分布。而气体静压节流器气膜参数的测量设备国内目前十分稀缺，只有极少数高校具有针对平面气膜参数的测量装置设备，对于曲面节流器气膜参数的测量，还未有技术可以实现全局测量的装置设备。本发明能够实现对不同半径的曲面节流器气膜微流场压力、温度参数的自动化测量，且采用分段光轴的设计，增加了传感器的安装空间，扩大了传感器的可选择范围。

技术实现要素：

本发明针对目前气体静压润滑技术研究现状，提供了一种分段光轴式的可拆卸气体曲面静压节流器气膜参数摆动测量装置。

本发明包括包括曲面转动测量机构、二维导轨、气膜厚度调控结构、支撑柱和底座；

所述的曲面转动测量机构包括曲面工作台、温度传感器、压力传感器、分段光轴、测量底座、锁紧块、联轴器、转动电机、轴承座；所述的曲面转动测量机构通过测量底座与连接板连接固定于二维导轨上；

所述的曲面工作台为可拆卸式结构，其内圆柱面与分段光轴相吻合，通过螺丝与锁紧块连接固定在分段光轴上；所述的曲面工作台外圆柱面为其测量面，与曲面节流器工作面相吻合，测量面长度在曲面节流器两到三倍之间，测量面角度应为曲面节流器曲面角度两倍以上；所述的曲面工作台底部向内挖空并开有两螺纹孔，用于传感器的安装；

所述的分段光轴为两个具有相同半径的光轴分别安装于两轴承座，具有高度一致的同轴度与圆柱度，并分别与所述的曲面工作台两端通过螺丝与锁紧块连接；

所述的二维导轨包括横向进给导轨和纵向调整导轨；测量时，横向进给导轨配合曲面转动测量机构共同完成曲面节流器气膜的测量路径。纵向调整导轨用于调整曲面转动测量机构的纵向位置；

所述的气膜厚度调控机构用于调整曲面节流器与曲面工作台之间的间隙大小从而调整气膜厚度；所述的支撑柱和底座对整个装置进行支撑与承载。

本发明的工作流程是：开启电源，上位机给纵向调整导轨电机发送脉冲信号，控制导轨移动，调整曲面转动测量机构的纵向位置；上位机给横向进给导轨发送脉冲信号，调整初始位置；上位机给转动电机发送脉冲信号，调整曲面工作台的初始位置。通过气膜厚度调控机构调整曲面节流器气膜厚度，固定曲面节流器。上位机通过气源压力控制程序调节供气压力。上位机给转动电机及横向进给电机发送固定脉冲信号，曲面工作台转动，上位机读取压力传感器数据及温度传感器数据，当传感器到达气膜径向边界后判断是否到达气膜轴向边界，若未到达轴向边界则横向进给导轨移动，重复转动测量；若到达气膜轴向边界，则上位机停止发送固定脉冲信号，停止数据采集，所有电机复位，测量结束。

本发明的有益效果是：本发明采用横向进给导轨与曲面转动机构配合进给的方式，实现了对曲面气体静压节流器气膜微流场参数的全局测量。采用转动光轴与曲面工作台分离式设计，通过螺丝与锁紧块连接固定，实现了曲面工作台良好的可拆卸性，从而可以针对不同半径的曲面节流器进行气膜参数的测量，具有很高的适用性。采用分段光轴的设计，增加了传感器的安装空间，扩大了传感器的可选择范围。

附图说明

图1是本发明整体的立体结构图；

图2是本发明曲面转动测量机构的立体结构图；

图3是本发明曲面工作台的结构图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1图2所示，本发明包括：曲面节流器1、温度传感器2、压力传感器3、曲面工作台4、分段光轴5、测量底座6、支撑柱7、底座8、气膜厚度调控机构9、锁紧块10、联轴器11、转动电机12、轴承座13、连接板14、纵向调整导轨15、横向进给导轨16。

所述的二维导轨包括横向进给导轨和纵向调整导轨；测量时，横向进给导轨配合曲面转动测量机构共同完成曲面节流器气膜的测量路径。纵向调整导轨用于测量准备阶段调整曲面转动测量工作台的纵向位置。

所述的气膜厚度调控机构用于测量准备阶段调整曲面节流器与曲面工作台之间的间隙大小从而调整气膜厚度；所述的支撑柱和底座对整个装置进行支撑与承载。

如图2所示，所述的曲面转动测量机构包括曲面工作台、温度传感器、压力传感器、分段光轴、测量底座、锁紧块、联轴器、转动电机、轴承座；所述的曲面转动测量机构通过测量底座与连接板连接固定于二维导轨上。

如图3所示，所述的曲面工作台为可拆卸式结构，其内圆柱面与分段光轴相吻合，通过螺丝与锁紧块连接固定在分段光轴上；所述的曲面工作台外圆柱面为其测量面，与曲面节流器工作面相吻合，测量面长度在曲面节流器两到三倍之间，测量面角度应为曲面节流器曲面角度两倍以上；所述的曲面工作台底部挖空并开有两螺纹孔，用于传感器的安装。

所述的分段光轴为两个具有相同半径的光轴分别安装于两轴承座，具有高度一致的同轴度与圆柱度，并分别与所述的曲面工作台两端通过螺丝与锁紧块连接；

所述的测量底座、轴承座、分段光轴、曲面工作台、锁紧块、联轴器、转动电机在安装时须通过超精密定位达到工作时其同轴度公差在五微米以内；所述的曲面工作台与分段光轴须通过超精密加工使得其圆柱度公差在三微米以内。

本发明完成一次测量的工作流程是：开启电源，上位机给纵向调整导轨电机发送脉冲信号，控制导轨移动，调整曲面转动测量机构的纵向位置；上位机给横向进给导轨发送脉冲信号，调整初始位置；上位机给转动电机发送脉冲信号，调整曲面工作台的初始位置。通过气膜厚度调控机构调整曲面节流器气膜厚度，固定曲面节流器。上位机通过气源压力控制程序调节供气压力。上位机给转动电机及横向进给电机发送固定脉冲信号，曲面工作台转动，上位机读取压力传感器数据及温度传感器数据，当传感器到达气膜径向边界后判断是否到达气膜轴向边界，若未到达轴向边界则横向进给导轨移动，重复转动测量；若到达气膜轴向边界，则上位机停止发送固定脉冲信号，停止数据采集，所有电机复位，测量结束。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置，其特征在于：包括曲面转动测量机构、二维导轨、气膜厚度调控机构、支撑柱和底座；

所述的曲面转动测量机构包括曲面工作台、温度传感器、压力传感器、分段光轴、测量底座、锁紧块、联轴器、转动电机、轴承座；所述的曲面转动测量机构通过测量底座与连接板连接固定于二维导轨上。

2.根据权利要求1所述的分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置，其特征在于：所述的曲面工作台为可拆卸式结构，其内圆柱面与分段光轴相吻合，通过螺丝与锁紧块连接固定在分段光轴上；所述的曲面工作台外圆柱面为其测量面，与曲面节流器工作面相吻合，测量面长度在曲面节流器两到三倍之间，测量面角度应为曲面节流器曲面角度两倍以上；所述的曲面工作台底部挖空并开有两螺纹孔，用于传感器的安装。

3.根据权利要求1所述的分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置，其特征在于：所述的分段光轴为两个具有相同半径的光轴分别安装于两轴承座，具有相同的同轴度与圆柱度，并分别与所述的曲面工作台两端通过螺丝与锁紧块连接。

4.一种分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置，其特征在于：所述的测量底座、轴承座、分段光轴、曲面工作台、锁紧块、联轴器、转动电机在安装时须通过超精密定位达到工作时其同轴度公差在五微米以内；所述的曲面工作台与分段光轴须通过超精密加工使得其圆柱度公差在三微米以内。

技术总结
本发明公开了一种分段轴式气体曲面静压节流器气膜参数测量装置及方法，能够实现对不同半径曲面节流器气膜微流场参数自动进行三维扫描采集。本发明包括：曲面节流器、温度传感器、压力传感器、曲面工作台、分段光轴、测量底座、支撑柱、底座、气膜厚度调控机构、锁紧块、联轴器、转动电机、轴承座、连接板、纵向调整导轨、横向进给导轨。本发明针对不同半径的曲面气体静压节流器，只需更换不同的锁紧块与曲面工作台即可，具有很高的适用性。采用分段光轴的设计，减小了温度压力传感器的长度限制，使传感器的可选择面更广。

技术研发人员：刘雨航;李东升;沈小燕;禹静;尹健龙
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2020.12.21
技术公布日：2021.04.09