[实用新型]可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置

说明书

本实用新型公开了一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置，包括电主轴和被测液体静压轴承，被测液体静压轴承的轴颈安装固定在电主轴的主轴转子上，电主轴的外壳上设有直线导轨，直线导轨上滑动布置有导轨滑块，导轨滑块安装在被测液体静压轴承的轴承座上，被测液体静压轴承的轴瓦布置于轴承座的内孔中且与轴承座固定连接，轴承座上设有和被测液体静压轴承的润滑通道连通的进油通道和出油通道。本实用新型采用高速精密的电主轴作为轴颈的高速高精度旋转基准和动力源，从而能够有效提高直径与转速的乘积DmN值，且被测液体静压轴承的轴瓦和轴颈轴芯易于更换，重复装配精度高，装配调试效率高。

技术领域

本实用新型涉及超高速液体静压主轴的液体静压轴承测试设备，具体涉及一种可实现超高速液膜剪切特性和静压轴承特性测试的装置。

背景技术

液体静压主轴由于具有特有的“误差均化效应”，其回转精度远高于滚动轴承式主轴；同时由于液体介质不可压缩，其承载能力和刚度远高于气体静压轴承；因此液体静压主轴在要求回转精度高、承载能力强的高速精密机床和超精密机床中获得了广泛应用。

超高速液体静压主轴（直径与转速的乘积DmN≥100万mm.rpm）除了具备高精度和高刚性特点外，还具有高速度和高加工效率的特点，一直是国内外学术界和产业界竞相研发的焦点。但是传统经验和现有的液体静压轴承理论认为：液静压主轴高速旋转时液膜高速剪切会导致发热量显著增加，温升显著增大，进而热变形增大导致液膜间隙缩小，同时润滑介质粘度下降导致主轴承载力降低，很容易发生“抱轴”事故。因此液静压主轴的DmN值常被限制在30万mm∙rpm以下。

测试超高速液体静压主轴（直径与转速的乘积DmN值≥100万mm.rpm）在不同的液膜剪切条件下的液体静压轴承特性参数变化规律，为研究揭示超高速液膜剪切特性及其对液体静压轴承特性的影响规律提供实验技术支撑。要改变的液膜剪切条件包括：不同的轴颈和轴瓦材料、不同液膜间隙、不同表面质量、不同润滑介质、不同的供液压力和轴颈表面线速度。要测试的液体静压轴承的特性参数包括：承载能力、液膜刚度、润滑介质的流量和温升。

要研制开发DmN≥100万mm∙rpm的超高速液体静压主轴，就必须突破现有液体静压轴承理论和传统经验的局限，寻找新的实现超高速的途径。根据国内外本领域最新的研究进展，实现超高速液体静压主轴的最有希望的途径之一，是采用新的轴颈/轴瓦材料及优化的表面结构参数来改变液体静压轴承的液膜剪切特性，进而实现超高速旋转。但是采用该途径开发超高速液体静压主轴，必须突破超高速液体静压轴承液膜剪切特性和轴承特性的在线测试技术难题。只有具备了该实验技术，才能测试超高速液膜剪切条件下的液体静压轴承特性的变化规律，从而为设计超高速液体静压主轴提供实验数据和技术依据。其中，要改变的液膜剪切条件包括：不同的轴颈和轴瓦材料、不同表面质量、不同液膜间隙和结构参数、不同润滑介质、不同的供液压力和轴颈表面线速度；要测试的液体静压轴承的特性参数包括：承载能力、液膜刚度、润滑介质的流量和温升等。

目前国内外尚未有直接针对超高速液体静压轴承液膜剪切特性和轴承特性的测试方法，但针对中低转速的液体静压轴承特性测试，已经有实验测试方法可选用。这些方法主要可分为两种：第1种是采用原理性的平面对置油腔实验装置进行测试。该方法存在的明显不足是：由于轴瓦呈水平布置，可横向移动的尺寸范围受到限制，该装置可实现的平面剪切速率很小，无法满足超高速液膜剪切的测试需要。第2种是采用普通电机作为动力源，采用滚动轴承支撑的主轴作为基准旋转轴，被测轴承的轴瓦及轴承座采用浮动支撑布置在滚动轴承支撑的主轴轴向某位置，通过外加载荷对浮动支撑的轴承座进行加载。其主要缺点是被测轴承座与滚动轴承主轴座是分离布置，安装基准不统一，轴瓦与主轴颈的同轴度很难精确调整，液膜间隙不容易精确保证，因为安装误差和间隙调整不当很容易导致测量结果不准确，甚至导致主轴颈与轴瓦摩擦发生刮轴或抱轴事故。此外，被测液体静压轴承的轴瓦和轴芯一旦安装好就很难更换，如果更换，重新调整装配精度的工作量很大，作业效率很低。