專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承，特別涉及一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng) 壓氣體彈性箔片軸承。 疼識(shí)抆不目前，動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承已發(fā)展到第四代，它由多片底層拱箔和 光滑的頂層箔片組成，底層拱箔采用軸向分條形式，增加了軸承的結(jié)構(gòu)阻 尼，有效地提高了軸承的承載能力，并且引入高溫金屬耐磨涂層和預(yù)緊裝 配技術(shù)，使得這種軸承具有良好的自適應(yīng)性，能在高溫和高速等極限環(huán)境 下運(yùn)行。但這種軸承在超過(guò)轉(zhuǎn)子固有頻率兩倍以上的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，仍然 存在固有的氣體動(dòng)壓不穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響了這種軸承在燃?xì)廨啓C(jī)、氣體循 環(huán)機(jī)、渦輪膨脹機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的應(yīng)用和進(jìn)一歩推廣。彈性箔片剛度 有限、阻尼小、減振能力弱是導(dǎo)致這種軸承不穩(wěn)定的直接原因，必須通過(guò) 提高彈性箔片的剛度和阻尼來(lái)改善軸承的高速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。中國(guó)專(zhuān)利文件CN101054995A公開(kāi)了一種可調(diào)懸臂式動(dòng)壓氣體箔片軸承，其可調(diào)機(jī)構(gòu)由圓 柱絲堵和圓柱彈簧組成，與彈性箔片直接接觸，可通過(guò)調(diào)整圓柱絲堵的旋 進(jìn)量來(lái)壓縮圓柱彈簧，進(jìn)而控制彈性箔片的變形以增加彈性箔片的等效阻 尼，從而達(dá)到減振和提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的目的。但這種可調(diào)機(jī)構(gòu)具 有一定的局限性，只能通過(guò)調(diào)整圓柱絲堵的旋進(jìn)量進(jìn)行系統(tǒng)振動(dòng)的被動(dòng)控 制，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)振動(dòng)的主動(dòng)控制和自適應(yīng)調(diào)節(jié)。發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有穩(wěn)定 性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)振動(dòng)的自適 應(yīng)主動(dòng)控制，提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，而且位移控制精度高，響應(yīng)速度快，體 積小，結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承，包括軸承殼體6、軸承瓦塊5、彈性箔片2和壓電陶瓷 微位移作動(dòng)器8;軸承瓦塊5安裝在軸承殼體6的內(nèi)壁上并沿軸承殼體6內(nèi) 壁面均勻分布，軸承瓦塊5采用周向剖分式結(jié)構(gòu)，且相互間留有間隙；彈 性箔片2由底層拱箔3和頂層箔片4組成，底層拱箔3和頂層箔片4的一 端焊接在軸承瓦塊5上，頂層箔片4的另一端疊搭在相鄰的頂層箔片4上 并提供軸承的工作表面；在其中兩個(gè)軸承瓦塊5上連接有壓電陶瓷微位移 作動(dòng)器8，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8的一端配置在軸承瓦塊5的定位螺釘7 上，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8的另一端安裝在夾具體10上；壓電陶瓷微位 移作動(dòng)器8與PID (反饋控制器)的輸出端相連，PID (反饋控制器)的輸 入端與安裝在軸承一側(cè)的電渦流位移傳感器15連接。 本發(fā)明的有益效果是一、 本發(fā)明采用壓電陶瓷微位移作動(dòng)器，不需傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，位移控制精 度高，可達(dá)〈0.01um，不僅實(shí)現(xiàn)了彈性箔片軸承的微位移控制要求，而且 體積小、結(jié)構(gòu)緊湊；二、 本發(fā)明采用壓電陶瓷微位移作動(dòng)器，響應(yīng)速度快，約為10us，無(wú) 機(jī)械吻合間隙，可實(shí)現(xiàn)電壓隨動(dòng)式位移控制，滿(mǎn)足系統(tǒng)振動(dòng)的實(shí)時(shí)控制要求；三、 本發(fā)明的壓電陶瓷微位移作動(dòng)器是固體器件，易與電源、測(cè)位傳 感器、微機(jī)等實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自控，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)振動(dòng)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)；四、 本發(fā)明的壓電陶瓷微位移作動(dòng)器與軸承瓦塊的定位螺釘連接，通 過(guò)反饋控制器PID反饋控制調(diào)節(jié)，可使軸承瓦塊產(chǎn)生微小的徑向位移，提 高軸承的預(yù)載荷，從而提高軸承的承載能力；五、 本發(fā)明通過(guò)壓電作動(dòng)器的微位移控制，可以增加彈性箔片的等效 阻尼，改善轉(zhuǎn)子在高速下的穩(wěn)定性；六、 本發(fā)明的軸承瓦塊采用周向剖分式結(jié)構(gòu)，且相互間留有間隙，與 傳統(tǒng)的整體式圓柱瓦塊相比，可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置彈性箔片的調(diào) 節(jié)；七、 本發(fā)明的壓電陶瓷微位移作動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重復(fù)使用性強(qiáng)， 可通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控；八、 本發(fā)明與普通的動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承相比，其系統(tǒng)振動(dòng)幅值可 降低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。


圖l是本發(fā)明軸承的剖視圖。 圖2是圖1的A-A向剖面視圖。 圖3是圖2的B向視圖。 圖4是圖1的C部放大圖。圖5是電渦流位移傳感器15與壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8的PID反饋控 制示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1、圖2 、圖3 ， 一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓氣體彈 性箔片軸承，包括軸承殼體6、軸承瓦塊5、彈性箔片2和壓電陶瓷微位移 作動(dòng)器8，五個(gè)軸承瓦塊5沿軸承殼體6內(nèi)壁面均勻分布，定位螺釘7穿過(guò) 軸承殼體6上的通孔與軸承瓦塊5上的螺紋孔旋合連接，將軸承瓦塊5安 裝在軸承殼體6的內(nèi)壁上，并限制了軸承瓦塊5的擺動(dòng)，彈性箔片2由底 層拱箔3和頂層箔片4組成，底層拱箔3和頂層箔片4的一端焊接在軸承 瓦塊5上，頂層箔片4的另一端疊搭在相鄰的頂層箔片4上并提供軸承的 工作表面，在其中兩個(gè)軸承瓦塊5上連接有壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8，壓電 陶瓷微位移作動(dòng)器8的一端粘接在軸承瓦塊5的定位螺釘7上，壓電陶瓷 微位移作動(dòng)器8的另一端通過(guò)安裝在夾具體10螺紋孔中的預(yù)緊螺釘9固定； 壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8與PID (反饋控制器)的輸出端相連，PID (反饋 控制器)的輸入端與安裝在軸承一側(cè)的電渦流位移傳感器15連接。此結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，容易安裝。使用時(shí)，軸頸l裝在軸承上，軸承殼體6通過(guò)固定螺栓 12和軸承端蓋14固定在軸承座13中。參見(jiàn)圖1、圖4，軸承瓦塊5的定位螺釘7與軸承殼體6之間裝有彈簧 墊圈11，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8的伸長(zhǎng)使彈簧墊圈11壓縮，可通過(guò)定位 螺釘7帶動(dòng)軸承瓦塊5產(chǎn)生微小的徑向位移，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，容易實(shí)現(xiàn)。參見(jiàn)圖l、圖5，軸承一側(cè)成90。安裝有兩個(gè)電渦流位移傳感器15用 來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子在水平和垂直方向的振動(dòng)，它們測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)輸入反饋控制 器PID經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后輸出電壓信號(hào)給壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8控制伸長(zhǎng)量。這種結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的自適應(yīng)閉環(huán)反饋控制，有效改善轉(zhuǎn) 子的穩(wěn)定性。本實(shí)施方式在軸承的一個(gè)上軸承瓦塊5和一個(gè)下軸承瓦塊5上分別連 接了壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8。采用這樣的結(jié)構(gòu)，能有效提高系統(tǒng)的等效阻 尼，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。連接壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8的瓦塊位置和數(shù)量 可根據(jù)實(shí)際的軸承結(jié)構(gòu)靈活布置。本實(shí)施方式的一個(gè)軸承瓦塊5，只在其定位螺釘7位置連接了一個(gè)壓電 陶瓷微位移作動(dòng)器8，采用這種結(jié)構(gòu)，足以有效控制軸承瓦塊5的徑向位移， 提高軸承的預(yù)載荷。因此， 一個(gè)軸承瓦塊5上只需連接一個(gè)壓電陶瓷微位 移作動(dòng)器8，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。本發(fā)明的工作原理是這樣實(shí)現(xiàn)的定位螺釘7穿過(guò)軸承殼體6上的通孔與軸承瓦塊5上的螺紋孔旋合匹 配，將軸承瓦塊5安裝在軸承殼體6上，定位螺釘7與軸承殼體6間裝有 彈簧墊圈11。轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)中，兩個(gè)電渦流位移傳感器15測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)輸入 反饋控制器PID，經(jīng)分析處理后輸出電壓信號(hào)給壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8， 由于壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器8伸長(zhǎng)使彈簧墊圈11 壓縮并通過(guò)定位螺釘7使軸承瓦塊5產(chǎn)生徑向位移，可以控制軸承的預(yù)載 荷，增加彈性箔片2的等效剛度，達(dá)到提高軸承承載能力的目的；同時(shí)還 可增加彈性箔片2的等效阻尼，消耗振動(dòng)能量，抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)，有 效改善轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在高速下的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1、一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承，包括軸承殼體(6)、軸承瓦塊(5)、彈性箔片(2)和壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)，軸承瓦塊(5)安裝在軸承殼體(6)的內(nèi)壁上并沿軸承殼體(6)內(nèi)壁面均勻分布，其特征在于，軸承瓦塊(5)采用周向剖分式結(jié)構(gòu)，且相互間留有間隙，在其中兩個(gè)軸承瓦塊(5)上連接有壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)的一端配置在軸承瓦塊(5)的定位螺釘(7)上，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)的另一端安裝在夾具體(10)上，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)與PID(反饋控制器)的輸出端相連，PID(反饋控制器)的輸入端與安裝在軸承一側(cè)的電渦流位移傳感器(15)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng) 壓氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的軸承瓦塊(5)是由定位 螺釘(7)穿過(guò)軸承殼體(6)上的通孔與軸承瓦塊(5)上的螺紋孔 旋合連接，將其安裝在軸承殼體(6)內(nèi)壁上的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng) 壓氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8) 的一端配置在軸承瓦塊(5)的定位螺釘(7)上，另一端通過(guò)安裝在 夾具體(10)螺紋孔中的預(yù)緊螺釘(9)固定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng) 壓氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的軸承瓦塊(5)上固定有 底層拱箔(3)和頂層箔片(4)的一端，頂層箔片(4)的另一端疊搭在相鄰的頂層箔片(4)上并提供軸承的工作表面。
5、根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的 動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的定位螺釘(7)與軸承殼 體(6)之間裝有彈簧墊圈(11)。
6 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓 氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的電渦流位移傳感器(15)為 兩個(gè)，在軸承一側(cè)成90。安裝。
7 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓 氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的一個(gè)軸承瓦塊(5)只在其 定位螺釘(7)位置連接了一個(gè)壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)。
8 、根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的 動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的壓電陶瓷微位移作動(dòng)器(8)分別連接在軸承的一個(gè)上軸承瓦塊(5)和一個(gè)下軸承瓦塊(5) 上。
全文摘要
一種具有穩(wěn)定性自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的動(dòng)壓氣體彈性箔片軸承，包括軸承殼體、軸承瓦塊、彈性箔片和壓電陶瓷微位移作動(dòng)器，沿軸承殼體的內(nèi)壁面均勻分布有軸承瓦塊，軸承瓦塊上焊接有底層拱箔和頂層箔片的一端，頂層箔片另一端疊搭在相鄰的頂層箔片上，在其中兩個(gè)軸承瓦塊上連接有壓電陶瓷微位移作動(dòng)器，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器的一端固定在定位螺釘上，另一端安裝在夾具體上，壓電陶瓷微位移作動(dòng)器與反饋控制器PID相連，反饋控制器PID的輸入端與電渦流位移傳感器連接，這種結(jié)構(gòu)能夠增加彈性箔片的等效剛度和等效阻尼，抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)，提高軸承的承載能力和穩(wěn)定性，具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，位移控制精度高，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16C32/06GK101225853SQ200810017468
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者楊利花, 烈 虞 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)