本實用新型屬于精密測量技術領域，具體涉及一種空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置。
背景技術：
超精密加工技術作為尖端技術產品中極為關鍵的加工手段，對軍事技術和經濟建設都具有極為重要的應用價值。超精密切削機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軸承的性能直接制約超精密切削加工精度的提升。空氣靜壓軸承具有精度高、無磨損和壽命長等優點，被廣泛應用于超精密切削機床中。隨著超精密加工技術的快速發展，對空氣靜壓軸承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。因此開展空氣靜壓軸承軸向剛度測量對于促進超精密加工技術快速發展具有顯著意義。
空氣靜壓軸承剛度的定義為施加在空氣靜壓軸承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。根據承載力施加方式和位置的不同，空氣靜壓軸承的氣膜變化方式和位置也不同。據此，空氣靜壓軸承的剛度可進一步細化為軸向剛度和徑向剛度，其中軸向剛度用于表征承載力使氣膜產生軸向均勻間隙變化的難易程度。空氣靜壓軸承軸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軸承的軸向承載力；力傳感器用于測量軸向承載力的變化量；位移傳感器用于測量軸向氣膜間隙的變化量。
在空氣靜壓軸承軸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軸承產生軸向變形，這種軸向變形將會增大位移傳感器測量得到的軸向氣膜間隙變化量，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軸承的軸向變形進行有效分離，從而確保測量的軸向剛度值準確可靠。
當前，亟需一種空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置，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軸承的軸向變形引起的軸向測量誤差。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置。
本實用新型的空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置，其特點是，所述的軸向剛度測量裝置包括支架、位移傳感器A、空氣靜壓軸承、力加載裝置A、力傳感器A、位移傳感器C、位移傳感器B、擋板、力傳感器B、力加載裝置B；
其連接關系是：所述的支架放置在隔振地基上；空氣靜壓軸承豎直固定在支架上，空氣靜壓軸承的空氣靜壓軸承轉子懸浮在空氣靜壓軸承外殼中，空氣靜壓軸承轉子和空氣靜壓軸承外殼之間的縫隙為壓縮空氣形成的空氣靜壓軸承氣膜，空氣靜壓軸承外殼的底部固定在支架上，空氣靜壓軸承轉子的頂端固定安裝擋板；所述的力傳感器A固定在豎直放置的力加載裝置A的頂端，力傳感器A的頂端固定在擋板上，力加載裝置A的下端固定在支架上，力傳感器A和力加載裝置A固定安裝在空氣靜壓軸承的一側，空氣靜壓軸承的另一側對稱安裝結構相同的力傳感器B和力加載裝置B；所述的支架上安裝有位移傳感器A、位移傳感器B和位移傳感器C，位移傳感器A測量空氣靜壓軸承氣膜的間隙變化量△HA，位移傳感器B測量空氣靜壓軸承氣膜的間隙變化量△HB，位移傳感器C測量空氣靜壓軸承的變形量△HC。
所述的位移傳感器A、位移傳感器B和位移傳感器C的位移敏感方向為垂直方向，分辨率為0.1μm。
所述的力加載裝置A和力加載裝置B的中心線與豎直方向的偏角小于等于0.5°。
所述的力傳感器A和力傳感器B的力敏感方向為垂直方向，分辨率小于等于1N。
本實用新型的空氣靜壓軸承的軸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將大小相等的軸向承載力通過擋板均勻施加在空氣靜壓軸承轉子頂端；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軸承轉子頂端的軸向承載力；然后，分別通過位移傳感器A和位移傳感器B讀取空氣靜壓軸承氣膜的間隙變化量△HA和△HB，通過位移傳感器C讀取空氣靜壓軸承的變形量△HC。由于，在相同力加載條件下位移傳感器A和位移傳感器B的讀數應相同，因此，實際的軸向氣膜間隙變化量為位移傳感器A或位移傳感器B的讀數減去位移傳感器C的讀數。最后，計算空氣靜壓軸承剛度為施加在空氣靜壓軸承上的承載力的變化量和承載力的變化量引起的實際的軸向氣膜間隙變化量之間的比值。
本實用新型的空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置可實現測量過程中空氣靜壓軸承軸向變形誤差的有效分離，從而提高了空氣靜壓軸承軸向剛度測量精度。
附圖說明
圖1為本實用新型的空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置的結構示意圖；
圖中，1.支架 2.位移傳感器A 3.空氣靜壓軸承 4.力加載裝置A 5.力傳感器A 6.位移傳感器C 7.位移傳感器B 8.擋板 9.力傳感器B 10.力加載裝置B。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
如圖1所示，本實用新型的空氣靜壓軸承的軸向剛度測量裝置包括支架1、位移傳感器A2、空氣靜壓軸承3、力加載裝置A4、力傳感器A5、位移傳感器C6、位移傳感器B7、擋板8、力傳感器B9、力加載裝置B10；
其連接關系是：所述的支架1放置在隔振地基上；空氣靜壓軸承3豎直固定在支架1上，空氣靜壓軸承3的空氣靜壓軸承轉子懸浮在空氣靜壓軸承外殼中，空氣靜壓軸承轉子和空氣靜壓軸承外殼之間的縫隙為壓縮空氣形成的空氣靜壓軸承氣膜，空氣靜壓軸承外殼的底部固定在支架1上，空氣靜壓軸承轉子的頂端固定安裝擋板8；所述的力傳感器A5固定在豎直放置的力加載裝置A4的頂端，力傳感器A5的頂端固定在擋板8上，力加載裝置A4的下端固定在支架1上，力傳感器A5和力加載裝置A4固定安裝在空氣靜壓軸承3的一側，空氣靜壓軸承3的另一側對稱安裝結構相同的力傳感器B9和力加載裝置B10；所述的支架1上安裝有位移傳感器A2、位移傳感器B7和位移傳感器C6，位移傳感器A2測量空氣靜壓軸承氣膜的間隙變化量△HA，位移傳感器B7測量空氣靜壓軸承氣膜的間隙變化量△HB，位移傳感器C6測量空氣靜壓軸承3的變形量△HC。
所述的位移傳感器A2、位移傳感器B7和位移傳感器C6的位移敏感方向為垂直方向，分辨率為0.1μm。
所述的力加載裝置A4和力加載裝置B10的中心線與豎直方向的偏角小于等于0.5°。
所述的力傳感器A5和力傳感器B9的力敏感方向為垂直方向，分辨率小于等于1N。
測量時，將待測的空氣靜壓軸承放置在支架1上，使用力加載裝置A4和力加載裝置B10分別在空氣靜壓軸承轉子頂端通過擋板均勻施加大小相等的軸向承載力FA和FB，在施力過程中，保證力作用線與力加載裝置A4和力加載裝置B10的中心線同軸，中心線與豎直方向的偏角小于等于0.5°；再分別通過力傳感器A5和力傳感器B9讀取承載力FA和FB，通過位移傳感器A2和位移傳感器B7讀取空氣靜壓軸承氣膜的間隙變化量△HA和△HB，通過位移傳感器C6讀取空氣靜壓軸承的變形量△HC；
在相同力加載條件下位移傳感器A和位移傳感器B的讀數應相同，即：
(1)
實際的軸向氣膜間隙變化量為位移傳感器A或位移傳感器B的讀數減去位移傳感器C的讀數，即：
(2)
實際的空氣靜壓軸承剛度為施加在空氣靜壓軸承上的承載力的變化量和承載力的變化量引起的實際的軸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軸向承載力變化量之和，即：
(4)。