[發明專利]一種基于壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置

有效

• 申請號: 201310487292.1
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103573979A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 孫容磊;汪正國
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16H57/022
• 分類號: F16H57/022
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明涉及旋轉機構中軸承預緊力的自調節裝置，屬機械與控制領域。

背景技術

旋轉機構中一般使用滾動軸承作為旋轉軸的支承。對于角接觸球軸承的使用，其必須在有預緊力的情況下才能正常工作。預緊力不僅可以消除軸承的軸向間隙，降低噪聲和振動，還可以提高軸承的剛度，使旋轉機構具有較好的回轉精度、剛性、熱特性等，從而提高其使用壽命。

一般地，預緊力越大，提高旋轉機構的剛度和旋轉精度的效果越好；但是預緊力越大，鋼球對滾道的摩擦力也越大，溫升越高，可能會造成軸承的燒傷，從而引起旋轉機構的運行故障。以機床主軸為例，軸承預緊力的大小對主軸運行精度、剛性和壽命有很大影響。在主軸運轉過程中，主軸剛度等性能在不同工況下的要求不一，根據機床的加工工況實時調節軸承的預緊力，使主軸達到較好的綜合性能，具有重大意義。

目前,關于預緊力的控制,國內外學者已進行了一定的理論探討和實驗研究。按照控制形式來分一般為兩類。第一類是從改變軸承結構的觀點出發設計一種特種軸承，但特種軸承的制造復雜，標準化、通用化程度不高。而當軸承在工作過程中出現正常或非正常的磨損和疲勞破壞時，更換軸承勢必要重新調整整個機械與控制系統，給維修帶來了不必要的麻煩，因而很大程度上限制了特種軸承的使用。第二類是使用獨立的預緊力控制器實現預緊力補償。一種簡單的方式就是使用彈性的中間環來代替傳統的剛性環，例如，浙江大學設計的一種預緊力控制器，其結構為中空密閉的圓形構件，通過調控空腔中流體的壓力，實現對軸承預緊力的控制。該方法通過液壓系統在軸承的整個外圈上施加均勻的預緊力，實際應用中，由于存在軸承加工誤差、基座安裝孔加工誤差、軸承安裝誤差等問題，上述方法將使得軸承中每個滾珠受到的預緊力大小不一。不均勻的預緊力將降低軸承的壽命和剛性，而且，加工大直徑的中間圓環比較困難。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種基于壓電陶瓷執行器的、可在軸承圓周方向若干個點獨立施加預緊力的、結構緊湊合理的軸承預緊力自動調節裝置，能夠實現對軸承不同區域施加不同的預緊力，使軸承中滾珠受力均勻，提高軸承綜合性能。

本發明能夠解決上述技術問題的技術方案是：

一種基于壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，它包括：軸承密封件，安裝基座，調整環和壓電陶瓷執行器，其中，所述壓電陶瓷執行器包括：安裝底座，壓電陶瓷堆定位圈，壓電陶瓷堆，輸出軸，彈性變形體。

其中，所述軸承密封件包括迷宮密封外圈和迷宮密封內圈，所述迷宮密封外圈固定在主軸上，和主軸上的軸肩共同固定角接觸球軸承的內圈，所述迷宮密封內圈和壓電陶瓷執行器共同固定角接觸球軸承的外圈，所述調整環可在軸承的安裝過程中對軸承預緊力進行初步的調節，所述壓電陶瓷執行器安裝在安裝基座的內孔中，所述輸出軸直接作用在軸承的外圈上。

其中，所述的壓電陶瓷堆安裝在執行器安裝底座的內孔中，所述的壓電陶瓷定位圈對壓電陶瓷堆定位，同時對壓電陶瓷堆位移輸出軸的運動進行導向，通過對壓電陶瓷堆施加不同的電壓，執行器能夠輸出不同的位移，以調整對軸承的預緊力。

其中，所述壓電陶瓷執行器使用圓形膜片式微位移傳遞結構。

其中，所述壓電陶瓷執行器中通過使用電阻應變片對圓形膜片的變形進行測量，從而能夠得出執行器輸出位移的大小。

其中，在第一個軸承的外圈均勻分布安裝有4個壓電陶瓷執行器，在另一個軸承的外圈均勻分布安裝有4個壓電陶瓷執行器，與第一個軸承上的執行器在圓周方向上相差45°交錯。

其中，所述壓電陶瓷執行器還包括內六角螺釘，彈簧墊圈和電阻應變片。

所述的壓電陶瓷執行器中，輸出軸直接由壓電陶瓷堆驅動產生微位移。

所述的壓電陶瓷執行器中，通過調節壓電陶瓷的輸入電壓，壓電陶瓷執行器可以實現不同位移的輸出以滿足軸承不同位置預緊力的需要。

本發明取得了以下的技術效果：

1.本發明中涉及的壓電陶瓷執行器能夠實現對軸承上若干個點施加預緊力，能夠針對軸承不同點施加合適的預緊力補償；

2.本發明中涉及的壓電陶瓷執行器通過使用圓形膜片的設計能夠實現對微位移的測量，可以控制對壓電陶瓷執行器的位移輸出。

附圖說明

圖1為機床主軸裝配圖；

圖2為軸承壓電陶瓷執行器的安裝示意圖；

圖3為壓電陶瓷執行器裝置；

圖4為圖3所示壓電陶瓷執行器的剖視圖

圖中標記：