一种一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置及方法

本发明属于超精密气体静压润滑领域，具体的说是一种一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置及方法。

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。轴承套表面布有供气小孔，在滚动轴运转过程中，气体通过轴承套上的供气小孔，形成高压，进入轴承套与滚动轴之间，起到润滑的作用。因此，曲面气提静压节流器形成的气膜参数的研究对于气体静压润滑技术来说是十分必要的。

就目前现状而言，国内只有极少数高校具有能够测量静压气膜参数的装置，且多是针对平面气膜参数的测量，而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。本发明提供了一种一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置及方法，实现对曲面节流器气膜微流场压力、温度参数的自动化测量。

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，提供了一种一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置及方法。

本发明包括包括曲面转动测量机构、二维导轨、z向进给机构、支撑柱和底座；

所述的曲面转动测量机构包括曲面工作台底座、轴承座、光轴曲面工作台、联轴器、转动电机、温度传感器、压力传感器；所述的曲面转动测量机构通过曲面工作台底座固定于二维导轨上；

所述的光轴曲面工作台测量面的曲率半径与曲面节流器的曲率半径匹配；所述的光轴曲面工作台圆心角为曲面节流器圆心角的二倍；所述的光轴曲面工作台为一体轴化结构，内部安装有温度传感器和压力传感器；所述的光轴曲面工作台通过轴承座安装在曲面工作台底座上，在转动电机的作用下实现顺时针及逆时针的转动测量；

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z向进给机构用于调整曲面节流器与光轴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，调整光轴曲面工作台的初始位置。通过z向进给结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，光轴曲面工作台转动，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测量机构配合进给的方式，实现了对曲面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一体轴化设计，更好的保证了测量时曲面转动测量机构的圆柱度、同轴度公差，同时采用上位机软件完成自动化测量，最大程度地减少了人为因素对测量结果的影响。

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是本发明光轴曲面工作台的结构图；

图4是本发明控制系统原理图；

图5是本发明完成一次测量的工作流程图；

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、光轴曲面工作台2、支撑柱3、轴承座4、曲面工作台底座5、纵向调整导轨6、底座7、z向进给机构8、温度传感器9、压力传感器10、联轴器11、转动电机12、减速器13、横向进给结构14。

如图2所示，所述的曲面转动测量机构包括曲面工作台底座、轴承座、光轴曲面工作台、联轴器、曲面节流器、转动电机、温度传感器、压力传感器、控制卡；所述的曲面转动测量机构通过曲面工作台底座固定于二维导轨上。

如图3所示，所述的光轴曲面工作台测量面的曲率半径与曲面节流器的曲率半径匹配；所述的光轴曲面工作台圆心角为曲面节流器圆心角的二倍；所述的光轴曲面工作台为光轴与曲面工作台的一体轴化结构，内部安装有温度传感器和压力传感器；所述的光轴曲面工作台通过轴承座安装在曲面工作台底座上，在电机的作用下实现顺时针及逆时针的转动测量。

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z向进给机构用于调整曲面节流器与光轴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4所示，本发明的控制系统包括：上位机、横向电机导轨、纵向电机导轨、转动电机、供气压力控制、温度传感器、压力传感器；

如图5所示，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，调整光轴曲面工作台的初始位置。通过z向进给结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，光轴曲面工作台转动，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：

1.一体轴式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、z向进给机构、支撑柱和底座；

所述的曲面转动测量机构包括曲面工作台底座、轴承座、光轴曲面工作台、联轴器、转动电机、温度传感器、压力传感器；所述的曲面转动测量机构通过曲面工作台底座固定于二维导轨上；

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工作台的纵向位置；

所述的z向进给机构用于调整曲面节流器与光轴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。

2.根据权利要求1所述的一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置，其特征在于：所述的光轴曲面工作台为阶梯轴形状，其测量面的曲率半径与曲面节流器的曲率半径匹配，测量面长度在曲面节流器两到三倍之间；所述的光轴曲面工作台测量面圆心角应为曲面节流器工作面圆心角的二倍以上。

3.根据权利要求1所述的一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置，其特征在于：所述的光轴曲面工作台为一体化结构，底面切出一矩形面，并向内挖空一定深度，开有两个螺纹孔，方便安装温度传感器和压力传感器；所述的光轴曲面工作台通过轴承座安装在曲面工作台底座上，在转动电机的作用下实现顺时针及逆时针的转动测量。

4.一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量方法，使用权利要求1所述的测量装置，其特征在于：采用安装有传感器的、与曲面节流器曲率半径一致的一体化光轴曲面工作台，通过转动电机与线性位移导轨相配合，实现对曲面节流器气膜参数的摆动扫描测量。其具体步骤为：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，调整光轴曲面工作台的初始位置。通过z向进给结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，光轴曲面工作台转动，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。

技术总结
本发明公开了一种一体轴式曲面静压节流器气膜参数测量装置及方法，能够对气膜微流场参数自动进行三维扫描采集。本发明包括：曲面工作台底座、轴承座、光轴曲面工作台、联轴器、曲面节流器、转动电机、减速器、温度传感器、压力传感器、二维导轨、Z向进给机构、底座、支撑柱。所述的光轴曲面工作台为一体化结构，底面切出一矩形面，并向内挖空一定深度，开有两个螺纹孔，方便安装温度传感器和压力传感器。本发明为实现曲面节流器气膜微流场参数测量提供了实验装置，具有一定的实用性及参考性。

技术研发人员：刘雨航;沈小燕;李东升;禹静;尹健龙;刘源
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