本實(shí)用新型屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置。

背景技術(shù)：

超精密加工技術(shù)作為尖端技術(shù)產(chǎn)品中極為關(guān)鍵的加工手段，對軍事技術(shù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有極為重要的應(yīng)用價值。超精密切削機(jī)床作為超精密加工中最核心的加工裝備，其支承元件空氣靜壓主軸的性能直接制約超精密切削加工精度的提升。空氣靜壓主軸具有精度高、無磨損和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于超精密切削機(jī)床中。隨著超精密加工技術(shù)的快速發(fā)展，對空氣靜壓主軸的剛度要求也越來越高，其中軸向剛度特性決定了超精密切削加工機(jī)床的抗振動特性，從而直接影響加工工件的面形精度。因此開展空氣靜壓主軸軸向剛度測量對于促進(jìn)超精密加工技術(shù)快速發(fā)展具有顯著意義。

空氣靜壓主軸剛度的定義為施加在空氣靜壓主軸上的承載力的變化量和承載力的變化量引起的氣膜間隙的變化量之間的比值。根據(jù)承載力施加方式和位置的不同，空氣靜壓主軸的氣膜變化方式和位置也不同。據(jù)此，空氣靜壓主軸的剛度可進(jìn)一步細(xì)化為軸向剛度和徑向剛度，其中徑向剛度用于表征承載力使氣膜產(chǎn)生徑向均勻間隙變化的難易程度?？諝忪o壓主軸徑向剛度測試裝置主要由力加載裝置、力傳感器和位移傳感器組成。其中力加載裝置用于改變空氣靜壓主軸的徑向承載力；力傳感器用于測量徑向承載力的變化量；位移傳感器用于測量徑向氣膜間隙的變化量。

在空氣靜壓主軸徑向剛度的測量過程中，軸向承載力的增加將會使得空氣靜壓主軸產(chǎn)生徑向變形，這種徑向變形將會增大位移傳感器測量得到的徑向氣膜間隙變化量，從而造成較大的測量誤差。因此在測量過程中需要對空氣靜壓主軸的徑向變形進(jìn)行有效分離，從而確保測量的徑向剛度值準(zhǔn)確可靠。

中國專利文獻(xiàn)庫公開了《一種軸承徑向剛度和軸向剛度的動力學(xué)測量方法》（申請?zhí)枺?01210354382.9）、《異型軸承剛度的測量方法及裝置》（申請?zhí)枺?00910065393.3）、《軸承剛度測試裝置》（申請?zhí)枺?00810137157.3）等專利，上述專利涉及的裝置和方法的應(yīng)用對象為接觸式軸承，并不適用于空氣靜壓主軸的剛度測量。最新的關(guān)于空氣靜壓主軸剛度測試技術(shù)的專利有中國專利文獻(xiàn)庫公開的《一種三坐標(biāo)測量機(jī)的空氣軸承剛度和承載力檢驗(yàn)裝置》（申請?zhí)枺?01420532122.0），該專利介紹了一種空氣靜壓主軸軸向剛度和承載力的測量裝置，但是該裝置不能用于徑向剛度的測量，也不能實(shí)現(xiàn)測量誤差的有效分離。

當(dāng)前，亟需一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置，該裝置能夠采用誤差分離方法去除測量過程中由于空氣靜壓主軸的徑向變形引起的徑向測量誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置。

本實(shí)用新型的空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置，其特點(diǎn)是，所述的徑向剛度測量裝置包括支架、力加載裝置B、力傳感器B、空氣靜壓主軸、力加載裝置A、力傳感器A、位移傳感器A、位移傳感器C、位移傳感器B；

其連接關(guān)系是：所述的支架放置在隔振地基上；空氣靜壓主軸豎直固定在支架上，空氣靜壓主軸的空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子懸浮在空氣靜壓主軸外殼中，空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子和空氣靜壓主軸外殼之間的縫隙為壓縮空氣形成的空氣靜壓主軸氣膜，空氣靜壓主軸外殼的底部固定在支架上；所述的力傳感器B固定在水平放置的力加載裝置B的前端，力加載裝置B的后端固定在支架上，力傳感器B和力加載裝置B固定安裝在空氣靜壓主軸的下部，空氣靜壓主軸的上部對應(yīng)安裝結(jié)構(gòu)相同的力傳感器A和力加載裝置A；所述的支架上安裝有位移傳感器A、位移傳感器C和位移傳感器B，位移傳感器A測量空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_A，位移傳感器B測量空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_B，位移傳感器C測量空氣靜壓主軸的變形量△H_C。

所述的位移傳感器A、位移傳感器C和位移傳感器B的位移敏感方向?yàn)樗椒较?，分辨率?.1μm。

所述的力加載裝置B和力加載裝置A的中心線與水平方向的偏角小于等于0.5°。

所述的力傳感器B和力傳感器A的力敏感方向?yàn)樗椒较?，分辨率小于等?N。

本實(shí)用新型的空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置首先分別通過力加載裝置A和力加載裝置B將大小相等的徑向承載力均勻施加在空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子的上下兩端；接著，分別通過力傳感器A和力傳感器B讀取施加在空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子的上下兩端的徑向承載力；然后，分別通過位移傳感器A和位移傳感器B讀取空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_A和△H_B，通過位移傳感器C讀取空氣靜壓主軸的變形量△H_C。由于，在相同力加載條件下位移傳感器A和位移傳感器B的讀數(shù)應(yīng)相同，因此，實(shí)際的徑向氣膜間隙變化量為位移傳感器A或位移傳感器B的讀數(shù)減去位移傳感器C的讀數(shù)。最后，計(jì)算空氣靜壓主軸剛度為施加在空氣靜壓主軸上的承載力的變化量和承載力的變化量引起的實(shí)際的徑向氣膜間隙變化量之間的比值。

本實(shí)用新型的空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置可實(shí)現(xiàn)測量過程中空氣靜壓主軸徑向變形誤差的有效分離，從而提高了空氣靜壓主軸徑向剛度測量精度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.支架 2.力加載裝置B 3.力傳感器B 4.空氣靜壓主軸 5.力加載裝置A 6.力傳感器A 7.位移傳感器A 8.位移傳感器C 9.位移傳感器B。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型的空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置包括支架1、力加載裝置B2、力傳感器B3、空氣靜壓主軸4、力加載裝置A5、力傳感器A6、位移傳感器A7、位移傳感器C8、位移傳感器B9；

其連接關(guān)系是：所述的支架1放置在隔振地基上；空氣靜壓主軸4豎直固定在支架1上，空氣靜壓主軸4的空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子懸浮在空氣靜壓主軸外殼中，空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子和空氣靜壓主軸外殼之間的縫隙為壓縮空氣形成的空氣靜壓主軸氣膜，空氣靜壓主軸外殼的底部固定在支架1上；所述的力傳感器B3固定在水平放置的力加載裝置B2的前端，力加載裝置B2的后端固定在支架1上，力傳感器B3和力加載裝置B2固定安裝在空氣靜壓主軸4的下部，空氣靜壓主軸4的上部對應(yīng)安裝結(jié)構(gòu)相同的力傳感器A6和力加載裝置A5；所述的支架1上安裝有位移傳感器A7、位移傳感器C8和位移傳感器B9，位移傳感器A7測量空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_A，位移傳感器B9測量空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_B，位移傳感器C8測量空氣靜壓主軸3的變形量△H_C。

所述的位移傳感器A7、位移傳感器C8和位移傳感器B9的位移敏感方向?yàn)樗椒较颍直媛蕿?.1μm。

所述的力加載裝置B2和力加載裝置A5的中心線與水平方向的偏角小于等于0.5°。

所述的力傳感器B3和力傳感器A6的力敏感方向?yàn)樗椒较?，分辨率小于等?N。

測量時，將待測的空氣靜壓主軸放置在支架1上，使用力加載裝置A5和力加載裝置B2分別在空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子的上下兩端均勻施加大小相等的徑向承載力F_A和F_B，在施力過程中，保證力作用線與力加載裝置A5和力加載裝置B2的中心線同軸，中心線與水平方向的偏角小于等于0.5°；再分別通過力傳感器A6和力傳感器B3讀取承載力F_A和F_B，通過位移傳感器A7和位移傳感器B9讀取空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_A和△H_B，通過位移傳感器C8讀取空氣靜壓主軸的變形量△H_C；

在相同力加載條件下位移傳感器A和位移傳感器B的讀數(shù)應(yīng)相同，即：

(1)

實(shí)際的徑向氣膜間隙變化量為位移傳感器A或位移傳感器B的讀數(shù)減去位移傳感器C的讀數(shù)，即：

(2)

實(shí)際的空氣靜壓主軸徑向剛度為施加在空氣靜壓主軸上的承載力的變化量和承載力的變化量引起的實(shí)際的徑向氣膜間隙變化量之間的比值，即：

(3)

在式（3）中，△F為力傳感器A和力傳感器B徑向承載力變化量之和，即：

(4)。