[实用新型]一种非接触式气体静压主轴气膜流场测试系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体流场的测试系统，尤其涉及种非接触式气体静压主轴气膜流场测试系统。

背景技术

气体静压主轴具有高速度、高精密、低摩擦、耐高低温、少污染等优点，在高端机床装备、精密测量仪器、空间惯性技术等诸多高科技领域有着广泛应用，尤其是作为超精密切削机床的一类典型关键部件，对于保证机床加工精度具有不可替代的作用。相比于其他类型主轴，气体静压主轴的一个重要结构特征是采用压力气膜作为工作介质(即气体轴承)，气体轴承的静动态特性对于主轴综合性能具有重要影响，一定程度上直接决定了主轴回转精度，而气膜流场特性(包括气体流动状态、速度场和压力场分布等)直接影响了气体轴承的静动态特性。关于气膜流场特性，目前国内外学者主要采用数值分析、有限元仿真等手段对其进行研究分析，而实验研究非常缺乏，主要原因是气膜流场的测试难度较大且缺乏有效的测试系统。关于气体静压主轴气膜流场的测量，若采用接触式测试装置或系统，其设备维护相对不便，且无法实现真正的无扰测试，而非接触式测试可以避免上述问题。

发明内容

本实用新型要克服现有技术的上述缺陷，提供一种高效、便捷且测试范围广的非接触式超精密气体静压主轴气膜流场测试系统，以实现气体静压主轴气膜流场的无扰测试及相应的实验研究。

本实用新型所述的一种非接触式气体静压主轴气膜流场测试系统，其特征在于：包括气体静压主轴、环形调节器、水平调节器、竖直调节器、激光发射头、高速摄像机、像差矫正器、气源、气源处理器、示踪粒子混合器、激光发生器、激光控制器、工控机以及示踪粒子回收装置，所述的气体静压主轴位于环形调节器上方且与环形调节器同轴安装；所述的水平调节器与竖直调节器互相垂直固定，且安装于环形调节器上方，绕环形调节器做圆周运动；所述的激光发射头固定于水平调节器上，做水平方向移动；所述的高速摄像机固定于竖直调节器上，做竖直方向移动；所述的像差矫正器安装于高速摄像机前部；所述的激光发射头通过光缆连接于激光发生器，激光头发射平面激光，照射气体静压主轴气膜流场的某一平面，形成一个测试平面，高速摄像机对测试平面进行拍摄；所述的激光发生器通过电缆连接于激光控制器；所述的激光控制器通过电缆连接于工控机；所述的高速摄像机通过电缆连接于工控机；所述的气源通过气管依次连接气源处理器、示踪粒子混合器、气体静压主轴；

所述的环形调节器包括环形导轨和安装在环形导轨上可沿环形导轨滑动的第一滑块；所述的水平调节器固定于第一滑块上；所述的水平调节器包括水平固定板，水平滑块，水平粗调旋钮和水平细调旋钮；所述的水平粗调旋钮控制水平滑块在水平固定板上快速水平滑动，所述的水平细调旋钮控制水平滑块在水平固定板上慢速水平滑动；所述的竖直调节器固定于水平固定板上；所述的竖直调节器包括竖直固定板、竖直滑块、竖直粗调旋钮，竖直细调旋钮，所述的竖直粗调旋钮控制竖直滑块在竖直固定板上快速竖直滑动，所述的竖直细调旋钮控制竖直滑块在竖直固定板上慢速竖直滑动。

所述的气体静压主轴包括上止推盘、主轴、下止推盘、轴套、气室外套，所述上止推盘、下止推盘分别与所述主轴的上下两端面同轴密封固接，三者共同形成用于容纳轴套的凹腔；所述轴套套在所述主轴外部，所述轴套与凹腔之间的间隙作为气膜的容纳腔；所述轴套的外壁设有用于容纳气室外套的凹槽，所述轴套外部套装所述气室外套，并且所述凹槽的上下槽壁分别与所述气室外套上下两端面密封固接；所述轴套设有轴向节流孔、径向节流孔，所述轴向节流孔和径向节流孔贯穿凹槽的槽壁，轴向节流孔和径向节流孔与凹槽内腔连通；所述的气室外套设有连接示踪粒子混合器的进气口；所述的上止推盘、主轴、下止推盘、轴套、气室外套均采用透明材质；

进一步，示踪粒子回收装置安装于气体静压主轴气膜的出气口外侧；所述的示踪粒子回收装置为一环形套，上部有出气孔，环内侧与气体静压主轴气膜出气口相通；示踪粒子回收装置采用透明材料。

本实用新型采用的技术方案是：气体静压主轴工作时，轴套、气室外套处于静止状态，上止推盘、主轴、下止推盘处于旋转状态。气源产生的高压气体经过气源处理器的过滤和干燥之后，通过示踪粒子混合器，将示踪粒子与高压气体均匀混合，通过气室外套的进气口穿过节流孔在上止推盘、主轴、下止推盘与轴套之间形成气膜，从而使气体静压主轴保持稳定。