用于动平衡机的球面气体轴承及其内部压力分布研究

　　针对诸如卫星等类型的产品,对其进行动平衡测量与校正是生产过程中不可缺少的重要环节。为此往往要用到双面立式动平衡机。现在双面立式动平衡机通常采用摆架硬支承测力式结构[1]。这种测量结构虽然可以达到很高的精度,但要进一步提高却也面临很多的问题:如滚动球轴承的制造装配误差及磨损会影响精度;皮带张力和电机转速的波动构成同频或近频干扰;被测对象重量的增加导致摆架设计日益复杂等。因此,探索新的测量原理和方法是十分必要的。文献[2]采用液体静压支承方法实现了巨型构件静平衡,精度很高,但未提及偶不平衡量的测量。我单位研制了气体静压支承动平衡机,将气体静压球面轴承应用于立式动平衡测量,试验表明,该设备动平衡测量精度非常高。

　　气体静压球面轴承是气体静压支承动平衡机的核心部件,它的工作稳定性直接关系到动平衡测量的稳定性和测量的精度。而在有精密气压供给控制的条件下,球面上气体压力的分布问题是影响气体静压球面轴承工作稳定性的最主要因素,所以有必要对其进行较详细的研究。

　　1　气体静压球面轴承和球面气压分布测量装置的设计制造

　　1·1　气体静压球面轴承的设计制造

　　气体静压球面轴承主要由球面节流器和球面工装组成。其中球面节流器的设计是主要的,它是决定球面轴承设计成败的关键。球面工装只需要能够满足与球面节流器的内球面很好的配合即可。球面工装的简图如图1a所示。

　　出于稳定性的考虑,球面节流器采用双环缝槽的节流形式[3],缝隙宽度根据计算约为0·05 mm。因为要加工0·05 mm的间隙是非常困难的,为此这里将节流器分成两块,通过配合的方式形成0·05间隙。有4个均匀分部的圆孔向节流缝隙供气。其基本的结构形式如图1b所示。除此之外还应注意:为防止气孔阻塞现象,表压比应大于0·6;表面粗糙度

　　1·2　球面气压分布测量装置的设计制造

　　球面气压分布测量装置的结构如图2所示。测量支架与节流器精确定位,由微机控制两个步进电机驱动测头摆动和水平转动,使测头达到指定位置,压力传感器获取该处压力值,经过信号变送、转换由RS232C读入微机。测量头在竖直平面内摆动角的范围为40°,控制的步距间隔为2°,在水平面内转动角的范围为360°,控制的步距间隔为7·2°。这样就可以最多测量20组共1000个点的压力数据,较详细地了解球面内部的气压分布状态。

　　2　实验测量

　　为了描述方便,以过球心竖直向下的方向为正方向,在竖直平面内的摆角定义为测量头与正方向的夹角。由此,节流器内环缝所在的摆角为23·7°,外环缝所在的摆角为53·7°。