[0005] 本发明的目的是针对气浮球轴承性能检测承载力加载方式的不足，提出一种气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法，能够使用计算机经过控制器控制加载装置根据实验需求施加连续可调的动态加载力，在实验过程中可以设置任意的动态信号，如正弦信号、方波信号、斜坡信号等，根据不同的输入信号产生不同的承载力，实现不同承载力作用下的气浮球轴承性能参数测量。并且，当输入恒值信号时，加载机构输出恒定连续加载力，可测量恒值加载作用下的轴承动态特性；通过计算机对测量数据的实时记录分析可实现在线检测；上述加载方式可模拟气浮球轴承不同工作状态下的承载特性。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 本发明用于气浮球轴承承载特性测试的自动连续动态加载方法，具体如下：
[0008] 步骤一、在气浮球轴承的球头上开设相互垂直且沿径向分布的两个气流孔，两个气流孔相通，其中一个气流孔外端端口嵌入节流器。将气浮球轴承的轴承球窝底部与大理石平台固定，并使轴承球窝竖直方向的中心轴线与纬向旋转盘的中心轴线重合；将球头放置在轴承球窝上，且嵌入节流器的气流孔朝向轴承球窝设置；节流器所在的球头球面位置点即为测试点。开式气浮球窝设置在球头上方，球头顶部高于开式气浮球窝顶部的出气口；轴承球窝和开式气浮球窝内均通入压力气体，在轴承球窝和球头之间以及开式气浮球窝和球头之间形成气膜间隙支撑球头。采用气体压力传感器采集球头测试点处于各个位置点时气流孔的气压；位移传感器固定设置在球头上方，检测测试点处于各个位置点时位移传感器的测头与球头顶部间的间隙h，轴承球窝和开式气浮球窝均未通入压力气体时，位移传感器的测头与球头顶部间的间隙设为h0，则气膜间隙取值为h-h0。
[0009] 步骤二、选择以下三种方案中的一种对气浮球轴承进行承载力加载：
[0010] ①静载荷动测点
[0011] 计算机经控制器给交流伺服电机输入指定的载荷信号，交流伺服电机控制滚珠丝杠转动，套筒与滚珠丝杠构成螺旋副带动传力杆沿滚珠丝杠轴向运动到指定位置后停止；交流伺服电机转动过程中，由交流伺服电机自带的旋转编码器进行转速检测，并由扭矩传感器进行扭矩检测，旋转编码器和扭矩传感器检测的信号均经数据采集卡传给计算机；由传力杆输出的承载力，通过压力传感器、传力板和开式气浮球窝传递到球头上；压力传感器测量交流伺服电机输出的承载力大小，并经数据采集卡传给计算机。然后，计算机根据输入的经度和纬度二维坐标数据，经控制器顺序定位球头的测试点位置；球头的测试点定位到目标位置点的过程如下：首先，计算机将目标位置点的经度值与测试点经度值对比，若相等，则直线减速电机不启动，否则经控制器控制直线减速电机来驱动主动齿轮转动，纬向旋转盘的内齿与主动齿轮的外齿啮合转动，从而带动经向旋转机构和球头同步沿纬向旋转直到测试点经度值等于目标位置点经度值；然后，计算机将目标位置点的纬度值与测试点纬度值对比，若相等，则经向旋转机构不动，否则经控制器控制经向旋转机构带动经向旋转机构的经向旋转盘和球头同步沿经向旋转直到测试点纬度值等于目标位置点纬度值，此过程中，直线减速电机一直处于停止状态。
[0012] ②动载荷定测点
[0013] 计算机根据输入的目标位置点经度值，经控制器控制直线减速电机来驱动主动齿轮转动，纬向旋转盘的内齿与主动齿轮的外齿啮合转动，从而带动经向旋转机构和球头同步沿纬向旋转直到测试点经度值等于目标位置点经度值；然后，计算机根据输入的目标位置点纬度值，经控制器控制经向旋转机构带动经向旋转机构的经向旋转盘和球头同步沿经向旋转直到测试点纬度值等于目标位置点纬度值，此过程中，直线减速电机一直处于停止状态。最后，计算机输入波形信号给控制器，控制器控制交流伺服电机按照波形信号控制滚珠丝杠转动，套筒与滚珠丝杠构成螺旋副带动传力杆沿滚珠丝杠轴向运动；交流伺服电机转动过程中，由交流伺服电机自带的旋转编码器进行转速检测，并由扭矩传感器进行扭矩检测，旋转编码器和扭矩传感器检测的信号均经数据采集卡传给计算机；由传力杆输出的承载力，通过压力传感器、传力板和开式气浮球窝传递到球头上；压力传感器测量交流伺服电机输出的承载力大小，并经数据采集卡传给计算机。
[0014] ③动载荷动测点
[0015] 计算机输入波形信号给控制器，控制器控制交流伺服电机按照波形信号控制滚珠丝杠转动，套筒与滚珠丝杠构成螺旋副带动传力杆沿滚珠丝杠轴向运动；交流伺服电机转动过程中，由交流伺服电机自带的旋转编码器进行转速检测，并由扭矩传感器进行扭矩检测，旋转编码器和扭矩传感器检测的信号均经数据采集卡传给计算机；由传力杆输出的承载力，通过压力传感器、传力板和开式气浮球窝传递到球头上；压力传感器测量交流伺服电机输出的承载力大小，并经数据采集卡传给计算机。然后，计算机根据输入的经度和纬度二维坐标数据，经控制器顺序定位球头的测试点位置；球头的测试点定位到目标位置点的过程如下：首先，计算机将目标位置点的经度值与测试点经度值对比，若相等，则直线减速电机不启动，否则经控制器控制直线减速电机来驱动主动齿轮转动，纬向旋转盘的内齿与主动齿轮的外齿啮合转动，从而带动经向旋转机构和球头同步沿纬向旋转直到测试点经度值等于目标位置点经度值；然后，计算机将目标位置点的纬度值与测试点纬度值对比，若相等，则经向旋转机构不动，否则经控制器控制经向旋转机构带动经向旋转机构的经向旋转盘和球头同步沿经向旋转直到测试点纬度值等于目标位置点纬度值，此过程中，直线减速电机一直处于停止状态。
[0016] 步骤三、测量承载力加载下的气浮球轴承性能参数：
[0017] 计算机根据气体压力传感器采集到的气压值建立设定承载力下球头测试点的不同位置与气膜压力关系，并根据压力传感器测得的承载力和位移传感器测得的间隙，建立球头测试点在设定位置处承载力与气膜压力和气膜间隙的关系，以及建立球头测试点在设定位置处气膜压力与气膜间隙的关系；然后，计算机在屏幕上显示气膜压力关于球头测试点位置的分布曲线图，气膜压力和气膜间隙与承载特性的关系曲线图，以及气膜压力与气膜间隙的关系曲线图。
[0018] 步骤四、测量结束，计算机经控制器控制交流伺服电机、直线减速电机和微型直流电机复位。
[0019] 所述的h0在5～60微米中取值。
[0020] 若出现套筒到达限位开关的极限位置的情况，计算机经数据采集卡收到限位开关的输出信号，并经控制器控制继电器切断交流伺服电机的供电，弹簧起缓冲作用防止加载过程中的刚性碰撞。
[0021] 所述的波形信号为正弦信号、方波信号或斜坡信号。
[0022] 所述的气体压力传感器采集球头测试点在不同位置的气压值时，取直线减速电机和微型直流电机均收到停止指令后3～5s的气压值；压力传感器采集承载力时，取交流伺服电机收到启动或停止指令后3～5s的压力值。
[0023] 本发明具有的有益效果是：
[0024] (1)采用交流伺服电机输出加载力，旋转编码器和扭矩传感器进行反馈，滚珠丝杠作为运动转化机构配合套筒、直线导轨将直线运动和竖直加载力传递给传力杆，结合开式气浮球窝，球头可以保持运动状态，便于判断检测性能时轴承的工作状态。同时，本发明能够保证加载力连续稳定加载，实现不同形式的可控加载方式，模拟多种轴承工作状态，且不会改变气浮球轴承的动态特性，可以对实际应用中气浮球轴承承受的连续载荷进行动态特性研究，应用范围较宽。
[0025] (2)电机驱动纬向旋转机构，可由计算机控制测量速度、方位，配合不同的加载方式，可实现不同承载力状态下气浮球轴承性能参数之间的承载特性关系，实现在线检测。
[0026] (3)计算机可根据气体压力传感器采集到的气压值建立设定承载力下球头测试点的不同位置与气膜压力关系，并根据压力传感器测得的承载力和位移传感器测得的间隙，建立球头测试点在设定位置处承载力与气膜压力和气膜间隙的关系，以及建立球头测试点在设定位置处气膜压力与气膜间隙的关系。
[0027] (4)气膜间隙位移测量时，采用位移传感器测头直接测量球头的位移变化量，避免间接测量平面造成的测量偏差。
[0028] (5)纬向旋转机构单独工作时，只对球头的位置其调节作用，而无需负担承载力的影响。
