[发明专利]用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的装置及方法

权利要求书

1.一种用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的装置，其特征在于：包括相互垂直设置、其运动方向亦相互垂直的三个位移台，分别为X、Y、Z方向精密电控位移台；以及分别用于测量所述X、Y、Z方向精密电控位移台位移的激光位移传感器，分别为X、Y、Z方向激光位移传感器；

所述Y方向精密电控位移台通过一固定于所述X方向精密电控位移台上的X方向载物台相对可移动地设置于所述X方向精密电控位移台上；所述Y方向精密电控位移台上固定有Y方向载物台，所述Y方向载物台上枢轴设有一个旋转台，所述旋转台用于固定所述磁悬浮轴承的定子；

所述Z方向精密电控位移台通过固定于其上的Z方向载物台与一直角固定架的侧面紧密连接，所述直角固定架的底面通过一安装转换器固定一力/力矩传感器，所述力/力矩传感器通过一工具装换器固定所述磁悬浮轴承的转子。

2.根据权利要求1所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的装置，其特征在于：所述Y方向精密电控位移台上设有一个与所述X方向激光位移传感器配合的X方向参考测量面，以及一个与所述Y方向激光位移传感器配合的Y方向参考测量面；所述X方向参考测量面与所述X方向激光位移传感器的激光发射方向垂直，所述Y方向参考测量面与所述Y方向激光位移传感器的激光发射方向垂直。

3.根据权利要求1所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的装置，其特征在于：所述力/力矩传感器为六自由度力/力矩传感器。

4.根据权利要求1所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的装置，其特征在于：所述X、Y、Z方向精密电控位移台，以及X、Y、Z方向激光位移传感器，以及力/力矩传感器的控制端均连接于一控制中心。

5.一种运用权利要求1所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的装置的测量方法，其特征在于：包括如下步骤，

第一，将所述磁悬浮轴承的定子装夹于所述旋转台上，将所述磁悬浮轴承的转子装夹于所述工具装换器上；

第二，将所述磁悬浮轴承的定子和转子调整到初始平衡位置；

第三，测量径向刚度时，固定转子，在水平面内旋转定子，使欲测量的方向与定子移动方向相同；

第四，在水平面内沿X方向或Y方向以一定的步长移动定子，测量每一步转子所受的磁力及此时定子相对于平衡点的位移；

第五，根据第四步骤得到的数据，先绘制定子的力-位移曲线，选择合适的拟合模型将力表达成位移的函数，即F＝f(x)或F＝f(y)，其中F为力，x或y为位移；

第六，对第五步骤的拟合模型F＝f(x)或F＝f(y)两边对位移x或y求导，得到该方向上的刚度与该方向位移的函数关系；

第七，测量轴向刚度时，固定定子，在Z方向上以一定步长移动转子，测量每一点转子所受的磁力及此时转子相对于平衡点的位移；

第八，重复第四至第六步骤，先绘制转子的力-位移曲线；再选择合适的拟合模型将力表达成位移的函数；进而求导得到刚度与Z方向位移的函数关系。

6.根据权利要求5所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的方法，其特征在于：所述第二步骤的初始平衡位置为转子在定子中所受合力为零的位置。

7.根据权利要求6所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的方法，其特征在于：所述合力为零的初始平衡位置为所述六自由度力/力矩传感器在各个方向上的测量值的绝对值小于设定的阈值。

8.根据权利要求7所述的用于测量磁悬浮轴承轴向、径向刚度的方法，其特征在于：第三步骤中，当定子与转子的相对位置进入到所述定子与转子之间有相互作用力的监控区后，通过比较该当前时刻和前一时刻的力传感器测得的转子受力数据，并根据前一时刻定子的位移方向，判断当前定子的位移方向：若该时刻力传感器测量的力的绝对值小于前一时刻力传感器测量的力的绝对值，且两次测量的力的方向相同，则定子该当前时刻的位移方向应与上一时刻的位移方向相同；若该时刻力传感器测量力的绝对值大于前一时刻力传感器测量力的绝对值，或两次测量的力的方向相反，则定子该当前时刻的位移方向应与上一时刻的位移方向相反。