CN218329754U - 一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，包括供气装置和测量装置，其特征在于：所述供气装置首端为空气压缩机，供气装置末端联通至径向气浮轴承；径向气浮轴承内同轴线安装转轴，转轴末端安装两个电刷；所述电刷电连接至摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机上电连接，采集卡上电连接静电计，静电计另一端电连接至计算机。本实用新型基于独立层模式的TENG原理，通过电感测微仪将气膜厚度与电压大小进行标定，利用输出电压信号的测量气浮轴承内部的气膜厚度；气体是清洁能源，无成本，数量多，采用气缸供气可以减小污染，降低成本；实验台结构合理，测量过程简便，对测量环境要求不高，适用范围较广。
Description
技术领域
本实用新型属于精密测量设备技术领域，具体涉及一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台。
背景技术
随着科学技术的高速发展和行业竞争的日趋激烈，现代制造技术向着超大型精密零件加工和超精密微纳零件制造两个极限方向发展，一方面，零件加工尺寸超大化或超小化，另一方面，加工精度要求不断趋向微米级、纳米级甚至亚纳米级。相应地，超大型、超精密等高端制造装备的研制是以上先进制造技术实施的必要保障。超精密制造装备代表着精密制造业的最高发展水平，是衡量一个国家精密制造实力的重要标志之一。
气浮轴承由于其具有精密、高速、低摩擦而广泛应用于半导体制造、高精度测量和超精密制造中。在衡量气浮轴承质量的指标中，气膜刚度是一项重要指标，它代表其承载大小。受节流形式、气膜厚度、预载方式、几何形状、加工精度、供气压力及工况等诸多因素的影响，气浮轴承内的压力气体在极短时间内流动状态发生多次变化，气膜间隙内的压力波动使气体轴承产生振幅从几纳米到几十纳米，频率从几十赫兹到几千赫兹的宽频微幅自激振动。与运动方向垂直的振动分量影响加工和测量精度，沿运动方向的振动分量影响进给精度和定位精度。如果振动频率落在控制带宽以内，相当于闭环之外的扰动，控制***对它的抑制作用很小，并且***一旦加上使能，振动将被放大，大大降低控制精度。
而气膜刚度主要是通过气膜厚度计算得出，这表示气膜刚度的测量实际是气膜厚度的测量。气膜厚度一般是微米量级，这要求测量精度需要达到纳米级别。有关气膜厚度的测量方法主要有：光学测量法、电学测量法。光学测量如激光干涉法，分辨率可达0.2-10nm，测量精度达到10nm。电学测量法主要有电容法，它是将非电量的变化转换为电容变化的传感技术。
为了解决上述问题，本文提出一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型设计了一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，该装置基于独立层模式的TENG原理，通过电感测微仪将气膜厚度与电压大小进行标定，利用输出电压信号的测量气浮轴承内部的气膜厚度。
为了达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，包括供气装置和测量装置，其特征在于：所述供气装置首端为空气压缩机，供气装置末端联通至径向气浮轴承；径向气浮轴承内同轴线安装转轴，转轴末端安装两个电刷；所述电刷电连接至摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机上电连接，采集卡上电连接静电计，静电计另一端电连接至计算机。
进一步的，所述空气压缩机的出气端顺次连接压力调节阀、储气罐、压力表、过滤器、流量计、减压稳压器和节流器。
进一步的，所述径向气浮轴承内侧安装有铜箔电极；所述转轴表面设置PTFE涂层。
进一步的，所述静电计为6514型静电计。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型设计了一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，该装置基于独立层模式的TENG原理，通过电感测微仪将气膜厚度与电压大小进行标定，利用输出电压信号的测量气浮轴承内部的气膜厚度，具有以下优点：通过测得的电压大小可以测量径向气浮轴承的气膜厚度；气体是清洁能源，无成本，数量多，采用气缸供气可以减小污染，降低成本；实验台结构合理，测量过程简便，对测量环境要求不高，适用范围较广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是径向气浮轴承三维结构示意图；
图2是本实用新型整体结构示意图；
图3是本实用新型径向气浮轴承局部结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
(1)空气压缩机；(2)压力调节阀；(3)储气罐；(4)压力表；(5)过滤器；(6)流量计；(7)减压稳压器；(8)节流器；(9)径向气浮轴承；(10)铜箔；(11)转轴；(12)PTFE；(13)电刷；(14)TENG；(15)采集卡；(16)静电计；(17)电脑。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
参阅图1至图3所示，一种测量径向气浮轴承9气膜厚度实验台，包括供气装置和测量装置，其特征在于：所述供气装置首端为空气压缩机1，供气装置末端联通至径向气浮轴承9；径向气浮轴承9内同轴线安装转轴11，转轴11末端安装两个电刷13；所述电刷13电连接至摩擦纳米发电机14，摩擦纳米发电机14上电连接，采集卡15上电连接静电计16，静电计16另一端电连接至计算机17。
所述空气压缩机1的出气端顺次连接压力调节阀2、储气罐3、压力表4、过滤器5、流量计6、减压稳压器7和节流器8。
所述径向气浮轴承9内侧安装有铜箔10电极；所述转轴11表面设置PTFE12涂层。
所述静电计16为6514型静电计16。
实施例2
本实用新型设计了一种测量径向气浮轴承9气膜厚度实验台，该装置基于独立层模式的摩擦纳米发电机14原理，通过电感测微仪将气膜厚度与电压大小进行标定，利用输出电压信号的测量气浮轴承内部的气膜厚度，具有以下优点：通过测得的电压大小可以测量径向气浮轴承9的气膜厚度；气体是清洁能源，无成本，数量多，采用气缸供气可以减小污染，降低成本；实验台结构合理，测量过程简便，对测量环境要求不高，适用范围较广。
实施例3
测量时，本实验台采用空气压缩机1来压缩产生高压空气，经高精密过滤减压组件除去气体中的水分、颗粒等杂质后输送给压力调节阀2，通过三通件分出两根气管连接气压阀，高压气体通过供气孔进入气浮轴承内部，在轴承间隙形成气膜，通过在径向气浮轴承9内圈贴上铜箔10，在转轴11表面上贴聚四氟乙烯薄膜，通过独立层模式的摩擦纳米发电机14原理，在轴高速旋转时，两个电极板会产生周期性的感应电荷，一定距离的两个电极会感应出一定数量的电荷数量，高压气体充当介电层，轴上的PTFE12膜会将感应产生的负电荷吸附，通过电刷13传给采集卡15,采集卡15将信号传输给电脑，在电脑上得到电压大小，通过电感测微仪将气膜厚度与电压信号进行标定，不同的电压对应不同的气膜厚度；
在以后的测量过程中，只要通过测量电压大小就可以知道径向气浮轴承9的气膜厚度。
实施例4
高速旋转的轴与气腔内的空气接触，会带电，当转轴11的电荷密度达到饱和时，贴在气浮轴承内部的铜箔10与贴在转轴11上的PTFE12膜是两个不相连的对称电极，转轴11这个带电物体在两个电极之间往复运动会使电极之间产生电势差的变化，进而驱动电子通过外电路负载(电刷13)在两个电极之间来回流动，以平衡电势差的变化。
实施例5
采集卡15捕获电信号，在6514型静电计16中产生模拟信号并将其数字化导入计算机17，计算机17中得到开路电压的幅值，从幅值中得到电势差的大小，然后进行标定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，包括供气装置和测量装置，其特征在于：所述供气装置首端为空气压缩机，供气装置末端联通至径向气浮轴承；径向气浮轴承内同轴线安装转轴，转轴末端安装两个电刷；所述电刷电连接至摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机上电连接，采集卡上电连接静电计，静电计另一端电连接至计算机。
2.根据权利要求1所述一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，其特征在于，所述空气压缩机的出气端顺次连接压力调节阀、储气罐、压力表、过滤器、流量计、减压稳压器和节流器。
3.根据权利要求1所述一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，其特征在于，所述径向气浮轴承内侧安装有铜箔电极；所述转轴表面设置PTFE涂层。
4.根据权利要求1所述一种测量径向气浮轴承气膜厚度实验台，其特征在于，所述静电计为6514型静电计。
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