本發(fā)明屬于機(jī)械學(xué)摩擦、磨損及潤滑學(xué)科與機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種壓電陶瓷驅(qū)動的智能橢圓軸承裝置，尤其適用于復(fù)雜工況條件下的徑向滑動支撐。
背景技術(shù)：
滑動軸承具有承載能力大、耐沖擊、抗振性好、運(yùn)轉(zhuǎn)精度高等優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定的流體動力潤滑油膜可以將相對運(yùn)動表面隔開而不產(chǎn)生直接接觸，從而大大減少摩擦和磨損。雖然在一般設(shè)備中，例如減速箱、機(jī)床、車輛等場合被滾動軸承取代，但在很多大型、關(guān)鍵裝備中仍廣泛應(yīng)用，如發(fā)電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)、艦船主軸等?；瑒虞S承按其承受工作載荷的方向，可分為徑向滑動軸承和推力滑動軸承；徑向滑動軸承按瓦塊形式可分為普通圓瓦、橢圓瓦、錯位瓦、多油葉和可傾瓦等；而推力軸承可分為固定瓦和可傾瓦等。在常規(guī)滑動軸承設(shè)計(jì)中，一般針對于一種或幾種工作狀態(tài)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，滑動軸承的工況可能十分復(fù)雜，如啟動加速和超頻時的轉(zhuǎn)速變化、不平衡質(zhì)量和油膜自激振動的正弦載荷、極限工況下外步載荷的瞬時沖擊、曲軸和轉(zhuǎn)動副的無規(guī)律動載等。某一特定工況參數(shù)下設(shè)計(jì)的固定瓦滑動軸承往往無法適應(yīng)這種復(fù)雜工況，由于軸瓦固定，所以不能根據(jù)各種不同的工況及時調(diào)整滑動軸承性能。因此，復(fù)雜工況輕則會造成滑動軸承的磨損、縮短設(shè)備壽命，重則造成燒瓦、抱軸等嚴(yán)重事故，一旦核心設(shè)備損壞將導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失。
壓電陶瓷微位移驅(qū)動器是近年來發(fā)展起來的新型微位移器件，它具有體積小、重量輕、精度和分辨率高、頻響高、出力大等優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)、電子、航天航空、機(jī)械制造、生物工程、機(jī)器人等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷驅(qū)動器利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在其適當(dāng)方向上施加電場而產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變大小與電場強(qiáng)度大小成正比。壓電陶瓷驅(qū)動器是利用疊層壓電陶瓷片在一定電場作用下產(chǎn)生幾十微米至幾百微米縱向位移的器件，其位移量恰好在橢圓軸承可調(diào)間隙范圍。采用閉環(huán)控制的壓電陶瓷驅(qū)動器，響應(yīng)快，精度高，非線性底、遲滯性小，特別適用于智能橢圓軸承的控制和驅(qū)動。
因此開發(fā)一種軸承性能適用于復(fù)雜工況的壓電陶瓷智能驅(qū)動滑動支撐技術(shù)，有重要的經(jīng)濟(jì)價值和現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種壓電陶瓷驅(qū)動的智能橢圓軸承裝置，該滑動軸承可能解決解現(xiàn)有徑向滑動軸承不能適應(yīng)各種復(fù)雜作狀況的缺點(diǎn)，尤其適用于工作狀況復(fù)雜的徑向滑動支撐。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種壓電陶瓷驅(qū)動的智能橢圓軸承裝置，包括間隙可調(diào)可控的橢圓滑動軸承機(jī)構(gòu)和檢測控制驅(qū)動系統(tǒng)兩部分，一對間隙可調(diào)可控的橢圓瓦軸承由軸承下瓦和軸承上瓦組成，二者成對安裝，在檢測控制驅(qū)動系統(tǒng)中，軸頸水平位移傳感器和軸頸豎直位移傳感器安裝在距橢圓滑動軸承軸頸1cm內(nèi)，軸承下瓦位移傳感器安裝于軸承下瓦底面下的基座上，壓電陶瓷驅(qū)動器安裝于基座上且與軸承下瓦相連，軸頸水平位移傳感器、軸頸豎直位移傳感器、軸承下瓦位移傳感器、壓電陶瓷驅(qū)動器以及驅(qū)動電源均與控制器相連。
軸頸水平位移傳感器和軸頸豎直位移傳感器呈90度相對安裝。
軸承下瓦能夠在基座的導(dǎo)向槽中上下平動。
軸承上瓦固定于基座和上蓋之間，軸承下瓦安裝于基座的導(dǎo)向槽中且與壓電陶瓷驅(qū)動器相連。
本發(fā)明具有的有益效果是：
1.智能橢圓軸承可以適用于各種復(fù)雜工況。
2.智能橢圓軸承的半徑間隙通過自動控制，達(dá)到復(fù)雜工況要求的最佳狀態(tài)。
3.實(shí)時檢測軸頸位置和振動信號，若達(dá)軸頸偏心過大或者振幅超標(biāo)，會自動報(bào)警。
4.整個壓電陶瓷驅(qū)動的智能橢圓軸承裝置包括2個控制閉環(huán)：軸承下瓦位移傳感器、控制器、壓電陶瓷驅(qū)動器形成第一個實(shí)時檢測主動控制閉環(huán)；軸頸水平位移傳感器和軸頸豎直位移傳感器、控制器、壓電陶瓷驅(qū)動器形成第二個實(shí)時檢測主動控制閉環(huán)。2個控制閉環(huán)可以有效控制各種復(fù)雜工況引起的軸承工作狀態(tài)不良的情況。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
1是軸頸、2是軸頸水平位移傳感器、3是軸頸豎直位移傳感器、4是控制器、5是驅(qū)動電源、6是基座、7是壓電陶瓷驅(qū)動器、8是軸承下瓦、9是軸承上瓦、10是上蓋、11是軸承下瓦位移傳感器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明一種壓電陶瓷驅(qū)動的智能橢圓軸承裝置，該裝置包括間隙可調(diào)可控的橢圓滑動軸承機(jī)構(gòu)和檢測控制驅(qū)動系統(tǒng)兩部分；其中橢圓瓦滑動軸承機(jī)構(gòu)分為上下兩瓦，二者成對安裝，軸承上瓦固定于上蓋和基座之間，軸承下瓦可以在基座的導(dǎo)向槽中上下平移；在檢測控制驅(qū)動系統(tǒng)中，軸頸水平位移傳感器和軸頸豎直位移傳感器安裝在智能橢圓滑動軸承軸頸附近與控制器相連以檢測軸頸的位置和振動信號，軸承下瓦位移傳感器安裝于軸承下瓦底面下的基座導(dǎo)向槽底面上以檢測軸承下瓦的位移量，壓電陶瓷驅(qū)動器安裝于基座上且與軸承下瓦相連受控制器控制以輸出適當(dāng)位移量。實(shí)時檢測、自動控制壓電陶瓷驅(qū)動器的伸縮位移量來改變橢圓軸承的間隙，從而根據(jù)當(dāng)前工況智能控制軸承的工作狀態(tài)，以適應(yīng)各種復(fù)雜工況的要求。
軸頸水平位移傳感器和軸頸豎直位移傳感器呈90度相對安裝。
驅(qū)動電源與控制器相連為壓電陶瓷驅(qū)動器提供能源。
在本發(fā)明裝置中，軸頸的位置和振動信號可軸頸水平位移傳感器和軸頸豎直位移傳感器進(jìn)行采集，控制器對軸頸的位置和振動信息進(jìn)行分析，由控制器發(fā)出信號智能控制壓電陶瓷驅(qū)動器的伸縮量，從而控制軸承下瓦在基座的導(dǎo)向槽中上下平移；軸承下瓦位移傳感器采集軸承下瓦的位置信號，經(jīng)過控制器對比分析預(yù)定的軸承下瓦位置，再次發(fā)出信號智能控制壓電陶瓷驅(qū)動器的伸縮量，以保證軸承半徑間隙達(dá)到預(yù)定值。由以上智能控制軸承下瓦的位置，控制軸承半徑間隙，即可改變軸承工作狀態(tài)，以達(dá)到任意復(fù)雜工況下滑動軸承都處于良好的工作狀態(tài)。
如圖1所示，壓電陶瓷驅(qū)動的智能橢圓軸承由軸承下瓦8和軸承上瓦9組成，兩者成對安裝，軸承上瓦9固定與上蓋和基座之間，軸承下瓦8可以在基座的導(dǎo)向槽中上下平移。通過改變軸承下瓦8的位置可以改變軸承半徑間隙，從而改變軸承油膜厚度和形狀，進(jìn)而改變軸承工作狀況。軸頸水平位移傳感器2和軸頸豎直位移傳感器3安裝在智能橢圓滑動軸承軸頸附近且以軸頸1為中心呈90度相對安裝，從而采集軸頸1的位置和振動信號；控制器4根據(jù)軸頸水平位移傳感器2和軸頸豎直位移傳感器3測得軸頸1的位置和振動信號，分析和判斷軸承的工作狀況并得出智能控制方案，發(fā)出信號智能控制壓電陶瓷驅(qū)動器7的伸長或縮短，從而智能控制軸承下瓦8的位置；軸承下瓦8的位置信號由軸承下瓦位置傳感器11提取，經(jīng)由控制器對比分析預(yù)定軸承下瓦8的位置，再次發(fā)出信號智能控制壓電陶瓷驅(qū)動器的伸長或縮短。通過智能控制軸承下瓦的位置，智能控制橢圓軸承半徑間隙，從而主動控制油膜厚度和形狀，改變軸承工作狀況；調(diào)整后軸頸1的位置和振動信號繼續(xù)由軸頸水平位移傳感器2和軸頸豎直位移傳感器3進(jìn)行檢測，進(jìn)一步對軸承工作狀況進(jìn)行智能控制，以保證在各種復(fù)雜工況下軸承一直處于良好工作狀態(tài)；一旦偏心過大或者振幅超標(biāo)則控制器4自動發(fā)出警報(bào)。