[發明專利]一種能夠同時承受徑向和軸向載荷的超聲懸浮軸承

有效

• 申請號: 201710552352.1
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107269697B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 全齊全;李賀;柏德恩;王印超;鄧宗全;姜生元
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 遲芳

一種能夠同時承受徑向和軸向載荷的超聲懸浮軸承，它涉及一種超聲懸浮軸承。現有的超聲懸浮軸承無法實現多方向的載荷，靈活性差且旋轉精度差。本發明中的轉子設置在軸承座的內部，多個壓電換能器均勻布置在軸承座的周圍，每個壓電換能器的變幅桿的一端與后蓋板間隙設置且二者之間通過預緊螺栓可拆卸連接，絕緣套管設在變幅桿和后蓋板之間的間隙內且其套裝在預緊螺栓上，多個壓電陶瓷片和多個銅電極片依次交替套裝在絕緣套管上，輻射頭設在軸承座的內部，變幅桿的另一端穿過軸承座與輻射頭的一端固接制為一體，輻射頭的另一端與轉子間隙配合。本發明用于高速高精密機床、航空航天發動機、微型燃氣輪機等先進動力機械設備以及超小量程測量系統中。

技術領域

本發明涉及一種超聲懸浮軸承，屬于機械加工技術領域。

背景技術

高速高精密機床、航空航天發動機、微型燃氣輪機等先進動力機械設備以及超小量程測量系統的研發對軸承性能提出了更高的要求，比如高速性能、精度、可靠性、壽命、低摩擦、低噪聲、低維護成本等，傳統軸承系統已很難滿足要求。探索和開發高精度、低摩擦的新型非接觸式軸承成為軸承研究的一個重要課題。基于超聲波近場懸浮的非接觸式軸承利用聲學非線性效應產生的聲輻射力實現對載荷的支承。相比傳統軸承，超聲懸浮軸承無磨損，無需供氣裝置和潤滑，控制系統簡單，啟動和低速階段具有相同承載能力，對中性和穩定性好。超聲懸浮軸承以粘度低的空氣作為介質，無污染，高低速運轉時摩擦力極小，可極大提高軸承系統的極限轉速。超聲懸浮軸承的氣膜厚度小，可達微米級，軸承精度高。同時軸承氣膜厚度可通過改變聲輻射面的振動進行調節，具有一定的靈活性。作為非接觸軸承的一種有力補充，超聲懸浮空氣軸承的研究可擴寬軸承的應用領域，為軸承使用者提供更多的選擇。

2017年4月，北京航空航天大學學報，第43卷第4期，第769-774頁，由李賀、全齊全、滑宇翔、鄧宗全發表的“一種可承受徑向和軸向載荷的超聲懸浮軸承”。其所公開的超聲懸浮軸承利用了輻射端溝槽結構將壓電換能器產生的單向縱振轉換為徑向和軸向的雙向振動。振動產生的氣體擠壓膜可實現對軸頸的徑向和軸向支承。相比其他超聲懸浮軸承結構，該超聲軸承僅需一個壓電換能器驅動即可實現對徑向和軸向載荷的支承，結構更為簡單緊湊。但是經過后續的大量實驗和有限元分析，認為該軸承如果僅使用一個壓電換能器驅動對徑向和軸向載荷的支承時，由于徑向懸浮承載力與軸承間隙大小的負相關關系，在軸承徑向方向上，由于轉子的軸心易偏離軸承中心，從而影響了軸承旋轉精度。

綜上所述，現有的超聲懸浮軸承在軸承徑向方向上，由于轉子的軸心易偏離軸承中心，從而影響軸承旋轉精度的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠同時承受徑向和軸向載荷的超聲懸浮軸承，以解決現有的超聲懸浮軸承在軸承徑向方向上，由于轉子的軸心易偏離軸承中心，從而影響軸承旋轉精度的問題。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種能夠同時承受徑向和軸向載荷的超聲懸浮軸承，它包括軸承座、轉子和多個壓電換能器，轉子設置在軸承座的內部，多個壓電換能器均勻布置在軸承座的周圍；

每個壓電換能器包括輻射頭、變幅桿、后蓋板、預緊螺栓、絕緣套管、多個壓電陶瓷片和多個銅電極片，變幅桿的一端與后蓋板間隙設置且二者之間通過預緊螺栓可拆卸連接，絕緣套管設置在變幅桿和后蓋板之間的間隙內且其套裝在預緊螺栓上，多個壓電陶瓷片和多個銅電極片依次交替套裝在絕緣套管上，輻射頭設置在軸承座的內部，變幅桿的另一端穿過軸承座與輻射頭的一端固定連接制為一體，輻射頭的另一端與轉子間隙配合。

本發明具有以下有益效果：