[发明专利]一种能够同时承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承

说明书

一种能够同时承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承，它涉及一种超声悬浮轴承。现有的超声悬浮轴承无法实现多方向的载荷，灵活性差且旋转精度差。本发明中的转子设置在轴承座的内部，多个压电换能器均匀布置在轴承座的周围，每个压电换能器的变幅杆的一端与后盖板间隙设置且二者之间通过预紧螺栓可拆卸连接，绝缘套管设在变幅杆和后盖板之间的间隙内且其套装在预紧螺栓上，多个压电陶瓷片和多个铜电极片依次交替套装在绝缘套管上，辐射头设在轴承座的内部，变幅杆的另一端穿过轴承座与辐射头的一端固接制为一体，辐射头的另一端与转子间隙配合。本发明用于高速高精密机床、航空航天发动机、微型燃气轮机等先进动力机械设备以及超小量程测量系统中。

技术领域

本发明涉及一种超声悬浮轴承，属于机械加工技术领域。

背景技术

高速高精密机床、航空航天发动机、微型燃气轮机等先进动力机械设备以及超小量程测量系统的研发对轴承性能提出了更高的要求，比如高速性能、精度、可靠性、寿命、低摩擦、低噪声、低维护成本等，传统轴承系统已很难满足要求。探索和开发高精度、低摩擦的新型非接触式轴承成为轴承研究的一个重要课题。基于超声波近场悬浮的非接触式轴承利用声学非线性效应产生的声辐射力实现对载荷的支承。相比传统轴承，超声悬浮轴承无磨损，无需供气装置和润滑，控制系统简单，启动和低速阶段具有相同承载能力，对中性和稳定性好。超声悬浮轴承以粘度低的空气作为介质，无污染，高低速运转时摩擦力极小，可极大提高轴承系统的极限转速。超声悬浮轴承的气膜厚度小，可达微米级，轴承精度高。同时轴承气膜厚度可通过改变声辐射面的振动进行调节，具有一定的灵活性。作为非接触轴承的一种有力补充，超声悬浮空气轴承的研究可扩宽轴承的应用领域，为轴承使用者提供更多的选择。

2017年4月，北京航空航天大学学报，第43卷第4期，第769-774页，由李贺、全齐全、滑宇翔、邓宗全发表的“一种可承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承”。其所公开的超声悬浮轴承利用了辐射端沟槽结构将压电换能器产生的单向纵振转换为径向和轴向的双向振动。振动产生的气体挤压膜可实现对轴颈的径向和轴向支承。相比其他超声悬浮轴承结构，该超声轴承仅需一个压电换能器驱动即可实现对径向和轴向载荷的支承，结构更为简单紧凑。但是经过后续的大量实验和有限元分析，认为该轴承如果仅使用一个压电换能器驱动对径向和轴向载荷的支承时，由于径向悬浮承载力与轴承间隙大小的负相关关系，在轴承径向方向上，由于转子的轴心易偏离轴承中心，从而影响了轴承旋转精度。

综上所述，现有的超声悬浮轴承在轴承径向方向上，由于转子的轴心易偏离轴承中心，从而影响轴承旋转精度的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同时承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承，以解决现有的超声悬浮轴承在轴承径向方向上，由于转子的轴心易偏离轴承中心，从而影响轴承旋转精度的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种能够同时承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承，它包括轴承座、转子和多个压电换能器，转子设置在轴承座的内部，多个压电换能器均匀布置在轴承座的周围；

每个压电换能器包括辐射头、变幅杆、后盖板、预紧螺栓、绝缘套管、多个压电陶瓷片和多个铜电极片，变幅杆的一端与后盖板间隙设置且二者之间通过预紧螺栓可拆卸连接，绝缘套管设置在变幅杆和后盖板之间的间隙内且其套装在预紧螺栓上，多个压电陶瓷片和多个铜电极片依次交替套装在绝缘套管上，辐射头设置在轴承座的内部，变幅杆的另一端穿过轴承座与辐射头的一端固定连接制为一体，辐射头的另一端与转子间隙配合。

本发明具有以下有益效果：