專利名稱：一種具有穩定性自適應調節功能的動壓氣體彈性箔片軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸承，特別涉及一種具有穩定性自適應調節功能的動 壓氣體彈性箔片軸承。 疼識抆不目前，動壓氣體彈性箔片軸承已發展到第四代，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，增加了軸承的結構阻 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緊裝 配技術，使得這種軸承具有良好的自適應性，能在高溫和高速等極限環境 下運行。但這種軸承在超過轉子固有頻率兩倍以上的轉速下運轉時，仍然 存在固有的氣體動壓不穩定性，嚴重影響了這種軸承在燃氣輪機、氣體循 環機、渦輪膨脹機等高速旋轉機械中的應用和進一歩推廣。彈性箔片剛度 有限、阻尼小、減振能力弱是導致這種軸承不穩定的直接原因，必須通過 提高彈性箔片的剛度和阻尼來改善軸承的高速運轉穩定性。中國專利文件CN101054995A公開了一種可調懸臂式動壓氣體箔片軸承，其可調機構由圓 柱絲堵和圓柱彈簧組成，與彈性箔片直接接觸，可通過調整圓柱絲堵的旋 進量來壓縮圓柱彈簧，進而控制彈性箔片的變形以增加彈性箔片的等效阻 尼，從而達到減振和提高轉子系統運轉穩定性的目的。但這種可調機構具 有一定的局限性，只能通過調整圓柱絲堵的旋進量進行系統振動的被動控 制，不能實現系統振動的主動控制和自適應調節。發明內容為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有穩定 性自適應調節功能的動壓氣體彈性箔片軸承，不僅能實現系統振動的自適 應主動控制，提高轉子的穩定性，而且位移控制精度高，響應速度快，體 積小，結構緊湊。本發明所采用的技術方案是 一種具有穩定性自適應調節功能的動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 微位移作動器8;軸承瓦塊5安裝在軸承殼體6的內壁上并沿軸承殼體6內 壁面均勻分布，軸承瓦塊5采用周向剖分式結構，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；在其中兩個軸承瓦塊5上連接有壓電陶瓷微位移 作動器8，壓電陶瓷微位移作動器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器8的另一端安裝在夾具體10上；壓電陶瓷微位 移作動器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的電渦流位移傳感器15連接。 本發明的有益效果是一、 本發明采用壓電陶瓷微位移作動器，不需傳動機構，位移控制精 度高，可達〈0.01um，不僅實現了彈性箔片軸承的微位移控制要求，而且 體積小、結構緊湊；二、 本發明采用壓電陶瓷微位移作動器，響應速度快，約為10us，無 機械吻合間隙，可實現電壓隨動式位移控制，滿足系統振動的實時控制要求；三、 本發明的壓電陶瓷微位移作動器是固體器件，易與電源、測位傳 感器、微機等實現閉環自控，可以實現系統振動的自適應調節；四、 本發明的壓電陶瓷微位移作動器與軸承瓦塊的定位螺釘連接，通 過反饋控制器PID反饋控制調節，可使軸承瓦塊產生微小的徑向位移，提 高軸承的預載荷，從而提高軸承的承載能力；五、 本發明通過壓電作動器的微位移控制，可以增加彈性箔片的等效 阻尼，改善轉子在高速下的穩定性；六、 本發明的軸承瓦塊采用周向剖分式結構，且相互間留有間隙，與 傳統的整體式圓柱瓦塊相比，可以很方便地實現對不同位置彈性箔片的調 節；七、 本發明的壓電陶瓷微位移作動器控制結構簡單，重復使用性強， 可通過計算機實時監控；八、 本發明與普通的動壓氣體彈性箔片軸承相比，其系統振動幅值可 降低1~2個數量級。
圖l是本發明軸承的剖視圖。 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器8的PID反饋控 制示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。參見圖1、圖2 、圖3 ， 一種具有穩定性自適應調節功能的動壓氣體彈 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 作動器8，五個軸承瓦塊5沿軸承殼體6內壁面均勻分布，定位螺釘7穿過 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的內壁上，并限制了軸承瓦塊5的擺動，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，在其中兩個軸承瓦塊5上連接有壓電陶瓷微位移作動器8，壓電 陶瓷微位移作動器8的一端粘接在軸承瓦塊5的定位螺釘7上，壓電陶瓷 微位移作動器8的另一端通過安裝在夾具體10螺紋孔中的預緊螺釘9固定； 壓電陶瓷微位移作動器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的電渦流位移傳感器15連接。此結構 簡單，容易安裝。使用時，軸頸l裝在軸承上，軸承殼體6通過固定螺栓 12和軸承端蓋14固定在軸承座13中。參見圖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器8的伸長使彈簧墊圈11壓縮，可通過定位 螺釘7帶動軸承瓦塊5產生微小的徑向位移，結構簡單緊湊，容易實現。參見圖l、圖5，軸承一側成90。安裝有兩個電渦流位移傳感器15用 來測量轉子在水平和垂直方向的振動，它們測得的振動信號輸入反饋控制 器PID經過計算機處理后輸出電壓信號給壓電陶瓷微位移作動器8控制伸長量。這種結構易于實現轉子振動的自適應閉環反饋控制，有效改善轉 子的穩定性。本實施方式在軸承的一個上軸承瓦塊5和一個下軸承瓦塊5上分別連 接了壓電陶瓷微位移作動器8。采用這樣的結構，能有效提高系統的等效阻 尼，改善系統的穩定性。連接壓電陶瓷微位移作動器8的瓦塊位置和數量 可根據實際的軸承結構靈活布置。本實施方式的一個軸承瓦塊5，只在其定位螺釘7位置連接了一個壓電 陶瓷微位移作動器8，采用這種結構，足以有效控制軸承瓦塊5的徑向位移， 提高軸承的預載荷。因此， 一個軸承瓦塊5上只需連接一個壓電陶瓷微位 移作動器8，結構簡單，控制方便。本發明的工作原理是這樣實現的定位螺釘7穿過軸承殼體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。轉子運轉中，兩個電渦流位移傳感器15測得的振動信號輸入 反饋控制器PID，經分析處理后輸出電壓信號給壓電陶瓷微位移作動器8， 由于壓電陶瓷的逆壓電效應，壓電陶瓷微位移作動器8伸長使彈簧墊圈11 壓縮并通過定位螺釘7使軸承瓦塊5產生徑向位移，可以控制軸承的預載 荷，增加彈性箔片2的等效剛度，達到提高軸承承載能力的目的；同時還 可增加彈性箔片2的等效阻尼，消耗振動能量，抑制轉子系統的振動，有 效改善轉子系統在高速下的運轉穩定性。
權利要求
1、一種具有穩定性自適應調節功能的動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器(8)，軸承瓦塊(5)安裝在軸承殼體(6)的內壁上并沿軸承殼體(6)內壁面均勻分布，其特征在于，軸承瓦塊(5)采用周向剖分式結構，且相互間留有間隙，在其中兩個軸承瓦塊(5)上連接有壓電陶瓷微位移作動器(8)，壓電陶瓷微位移作動器(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器(8)的另一端安裝在夾具體(10)上，壓電陶瓷微位移作動器(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的電渦流位移傳感器(15)連接。
2、 根據權利要求1所述的一種具有穩定性自適應調節功能的動 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)內壁上的。
3、 根據權利要求1所述的一種具有穩定性自適應調節功能的動 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，另一端通過安裝在 夾具體(10)螺紋孔中的預緊螺釘(9)固定。
4、 根據權利要求1所述的一種具有穩定性自適應調節功能的動 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、根據權利要求1或3所述的一種具有穩定性自適應調節功能的 動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 、根據權利要求1所述的一種具有穩定性自適應調節功能的動壓 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，在軸承一側成90。安裝。
7 、根據權利要求1所述的一種具有穩定性自適應調節功能的動壓 氣體彈性箔片軸承，其特征在于，所述的一個軸承瓦塊(5)只在其 定位螺釘(7)位置連接了一個壓電陶瓷微位移作動器(8)。
8 、根據權利要求1或3所述的一種具有穩定性自適應調節功能的 動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器(8)分別連接在軸承的一個上軸承瓦塊(5)和一個下軸承瓦塊(5) 上。
全文摘要
一種具有穩定性自適應調節功能的動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器，沿軸承殼體的內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，在其中兩個軸承瓦塊上連接有壓電陶瓷微位移作動器，壓電陶瓷微位移作動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，這種結構能夠增加彈性箔片的等效剛度和等效阻尼，抑制轉子系統的振動，提高軸承的承載能力和穩定性，具有體積小，結構緊湊，位移控制精度高，響應速度快的優點。
文檔編號F16C32/06GK101225853SQ200810017468
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月1日 優先權日2008年2月1日
發明者楊利花, 烈 虞 申請人:西安交通大學