[发明专利]一种基于磁力驱动的微孔气浮球轴承的三自由度气浮台

说明书

本发明涉及三轴气浮台领域，公开了一种基于磁力驱动的微孔气浮球轴承的三自由度气浮台。其中实验平台主要由上下平台台面、质心调平机构、磁力驱动和喷气驱动的双执行机构以及微孔气浮球轴承组成。其中磁力驱动的执行机构由球形永磁铁、三组花瓣形柱体以及绕在柱体上面的通电线圈组成。本发明的有益效果在于：采用磁力驱动的执行机构，提高了气浮实验平台的快速响应能力，优化了系统结构，同时将实验平台的质心调整到了旋转中心之下方便了后续的质心调平工作。通过控制电流的大小和方向来改变作用在实验平台上的力从而调整整个平台的姿态，大大提高了系统的快速响应能力。

技术领域

本发明属于三轴气浮台领域，具体的涉及一种基于磁力驱动的微孔气浮球轴承的三自由度气浮台。使用磁力驱动的执行机构提高了气浮实验平台的快速响应能力，优化了系统结构，将实验平台的质心调整到了旋转中心之下以方便后续的质心调平工作，微孔气浮球轴承的使用大大提高了气浮实验平台的承载能力，实现了实验平台的大型超重载化，打破了低承载的局限性，同时气浮台安装有质心调平和姿态控制的相关执行机构，用于实现三轴气浮台的质心调平和姿态控制。

背景技术

传统的三轴气浮实验平台，通过飞轮机构进行驱动，不仅结构复杂，噪声大，干扰因素多，而且由于飞轮自身惯性的影响，对实验平台进行精确控制的难度较高。本发明提出了一种基于磁力驱动的微孔气浮球轴承的三自由度气浮台，采用磁力驱动与喷气驱动的双执行机构，提高了系统的快速响应能力，可以实现对实验平台位置姿态的精确控制。本发明较于传统的三轴气浮实验平台具有承载高、快响应、易控制的优势。

发明内容

为了实现三轴气浮台的快响应和易控制，本发明采用了一种基于磁力驱动的执行机构，通过三组分开独立供电的线圈与固定在平台下方的永磁铁的相互配合，同时辅以喷气执行机构，可以使得三轴气浮平台的响应能力大大提高，而且相较于传统的飞轮驱动的执行机构，由于永磁铁、通电线圈等部分都固定在平台下方的原因，使得后续质心的调平工作变得更加简单方便。本发明相较于传统的三轴气浮台来讲具有快响应、易控制、易调平的优势。

本发明的技术方案如下：

其特征在于：该三自由度气浮实验平台包括平台底座、上下两层的平台台面、微孔气浮球轴承以及相应的质心调平机构和姿态执行机构，其中姿态执行机构包括磁力执行机构和喷气执行机构。磁力执行机构主要由永磁铁和通电线圈构成。磁力执行机构的球形永磁铁固定在下层平台台面的下侧，跟随整个平台台面一起运动，在底板上装有三组与球形永磁铁半径对应的花瓣柱体，花瓣柱体的形状各不相同，通电线圈以不同的绕线方式缠绕在花瓣柱体上并分别供电，三组花瓣柱体之间的角度为120°。喷气执行机构，设置于两层平台台面之间，气源通过三个高压气瓶实现供气，气瓶内气体通过两级减压阀实现低压输出，通过胶管连接，使得气体通过电磁阀，最终连接到喷气喷嘴。通过控制电磁阀的开闭，实现对实验平台的姿态控制并达到快速响应的目的。

所述平台底座由底板和立柱组成，底板下设六个滚动车轮来方便实验台的移动，立柱通过螺栓连接固定于底板上侧，立柱上连接微孔气浮球轴承的球窝，并且通过螺栓连接将其固定，通过给微孔气浮球轴承的球窝供气，产生气膜间隙，实现球窝和球轴承的无摩擦接触；气浮球轴承通过连接块与上层的平台台面连接，上层平台台面与下层平台台面之间通过六根小型立柱进行连接并通过螺栓固定，上层平台台面设置X、Y、Z三个方向的直线导轨，实现实验平台的质心调平。气体通过球窝的气道进入，通过排布的微孔将气体排出，实现气浮台的启停。

所述底板的立柱的截面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。

所述上下两层的平台台面的截面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。

所述质心调平机构，其直线导轨的布置方式可以是多样的，但必须设置X、 Y、Z三个方向的直线导轨。

所述花瓣柱体的数量和排布方式可以是多种多样的，不受数量和排布方式的限制。