[实用新型]一种基于压电致动器的主轴预紧力动态调整实验台

说明书

技术领域

本实用新型属于机床高速主轴的性能实验领域，涉及一种基于压电致动器的主轴预紧力动态调整实验台。 

背景技术

滚动轴承作为高速主轴内部旋转支撑元件，其服役性能直接影响高速主轴动力学性能。相关研究表明，合理的滚动轴承预紧力可以消除滚动轴承在制造装配过程中的游隙，大幅提高高速主轴刚度和旋转精度；同时可以减少轴承滚珠公转的打滑现象，消除陀螺效应，进而改善轴承的发热状况，延长轴承的服役寿命。 

当前的预紧力调控技术有传统的定位或定压恒值预紧方式、变预紧值方式。传统的定位或定压预紧，预紧力取值大都依据经验或实验数据确定，这种恒定预紧技术存在明显的不足：低速时预紧力偏小，使轴承刚性下降，主轴抗受迫振动和自激振动的能力弱，从而导致加工精度下降；高速时预紧力偏大，使轴承温升加剧，制约了主轴的高速化。恒定预紧技术已无法满足复杂工况下高速主轴对于轴承服役性能调整的要求。为此，轴承预紧可控技术成为提高高速主轴性能的关键技术之一，其主要机理是根据不同工况主动调整轴承预紧力大小，实现主轴性能的最优化。 

目前，虽然国内外诸多研究与学术机构就轴承预紧可控技术开展了大量的研究，并取得一定的成果，但是缺乏一种简单有效的实验装置，来获得预紧力动态预紧与主轴各方面性能的数据。所以，本实用新型设计了一种基于压电致动 器的高速主轴预紧力动态调整实验台的方案。 

实用新型内容

本实用新型的目的是：针对目前机床主轴轴承动态预紧力调控技术缺乏一种简单有效的实验装置，来获得预紧力动态预紧与主轴各方面性能的相关数据的技术问题；设计了一种基于压电致动器的高速主轴预紧力动态调整实验台。 

为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案： 

一种基于压电致动器的主轴预紧力动态调整实验台，包括机械主轴、压电致动器预紧调整装置、控制压电致动器预紧调整装置的控制器和电主轴；所述压电致动器预紧调整装置设置于所述机械主轴上；所述压电致动器预紧调整装置连接所述控制器，所述电主轴通过联轴器连接所述机械主轴。 

本实用新型进一步的改进在于：机械主轴前端使用第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、第三角接触球轴承支撑，机械主轴后端使用第四角接触球轴承支撑，其中第二角接触球轴承、第三角接触球轴承串联成对使用，第一角接触球轴承与第二角接触球轴承面对面安装，第一角接触球轴承与第四角接触球轴承安装方向相同；在第四角接触球轴承后侧安装有压电致动器预紧调整装置。 

本实用新型进一步的改进在于：所述压电致动器预紧调整装置包括压电座和均匀分布于压电座上的六个压电致动器，所有压电致动器其加载端与压电座端面平齐。 

本实用新型进一步的改进在于：压电制动器的加载端与第四角接触球轴承外圈接触。 

本实用新型进一步的改进在于：所述主轴预紧力动态调整实验台还包括冷却水套和端盖，所述冷却水套设置于压电座外周，端盖安装于冷却水套端部； 该引出结构由压电座上开设有的U形槽，冷却水套上上开设有的U形槽，端盖上的开设有引线孔；压电致动器连接有引线，该引线沿压电座上有的U形槽，冷却水套上上的U形槽和端盖上的引线孔穿出连接所述控制器。 

本实用新型进一步的改进在于：所述机械主轴从右至左依次包括第一段阶梯轴、第二段阶梯轴、第三段阶梯轴、第四段阶梯轴和第五段阶梯轴，机械主轴右端的第一段阶梯轴通过联轴器与电主轴输出端相连接；第四角接触球轴承和压电致动器预紧调整装置安装于第三段阶梯轴上，第一角接触球轴承、第二角接触球轴承和第三角接触球轴承设置于第五段阶梯轴上。 

本实用新型进一步的改进在于：所述主轴预紧力动态调整实验台还包括外套；所述外套设置于第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、第三角接触球轴承和第四角接触球轴承外侧，外套与冷却水套通过螺栓连接形成密封的冷却环路。 

本实用新型的进一步改进在于：所述控制压电致动器预紧调整装置的控制器，其每个通道具有正弦、方波、单点三种电压控制方式，可实现与其连接的六个压电致动器的独立和联合控制，可实现压电致动器的实时控制。 

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点： 

(1)采用6个压电制动器均布的方式，能够实现多达6个点的预紧力调控，控制更为精确。 

(2)本实验台能够实现多种预紧力调控技术的实验验证，如均匀分布恒预紧值、均匀分布变预紧值、非均匀分布变预紧值。 

(3)压电制动器的引线通路结构简单可靠，避免了因为引线弯折而造成的压电致动器损坏。 

附图说明