一種超聲波氣體動壓軸承的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械軸承技術領域，更具體的說涉及一種超聲波氣體動壓軸承。
【背景技術】
[0002]超聲波軸承就是利用超聲波懸浮技術使轉子與軸承支承表面體之間有一層壓力空氣薄膜，實現轉子和軸承支撐表面體的摩擦力變小，從而應用于高速、低磨損、無油和清潔環境的場合。超聲波懸浮的原理是利用逆壓電效應，壓電振子在正弦交流電壓的激勵下，將電能轉化為機械能，使壓電振子以一定頻率和振幅做簡諧運動；這種振動驅動與壓電振子聯結的軸瓦，使軸瓦相對轉軸表面做簡諧運動；當軸瓦表面做簡諧運動時，局部氣壓在一個周期內的平均值大于周圍氣壓，從而產生壓力空氣薄膜作用于轉軸表面，進而產生懸浮力。
[0003]但是傳統的超聲波軸承的承載能力不大，抗外界干擾的能力有限，使得使用范圍受限，對此我們提出了自己的解決方案。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種超聲波氣體軸承，用于解決現有軸承負載能力和穩定性差，以及抗沖擊能力和能量利用效率低的問題。
[0005]為解決以上技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種超聲波氣體動壓軸承，包括軸承體，所述軸承體沿周向均勻設置有若干壓電振子，所述壓電振子與柔性可傾瓦結構連接；
[0006]所述柔性可傾瓦結構包括軸瓦和柔性支承結構，所述軸瓦設置于軸承體內側，所述軸瓦通過柔性支承結構與軸承體相連接，所述軸瓦內表面形成軸承體與轉軸的配合面。
[0007]壓電振子在轉軸運轉時通過刺激軸瓦震動從而產生壓力氣體薄膜，使轉軸和軸承體脫離降低軸瓦和轉軸之間的摩擦；所述軸承體起安裝、保護和支撐的作用；所述柔性可傾軸瓦結構提供彈性支撐力，可以向兩邊偏轉一定角度。
[0008]所述壓電振子通過正弦交流電壓激勵產生一定頻率的簡諧振動，控制正弦交流電壓的頻率，使壓電振子的震動頻率和軸承的固有頻率接近，從而帶動軸瓦表面產生較大的振動幅值。
[0009]進一步的，所述軸瓦的厚度為中間逐漸向兩邊降低。由于軸瓦在圓周方向上的厚度不一致，軸瓦產生的壓力氣體薄膜的厚度也有所不同，氣體薄膜厚度越大壓力越大，軸瓦在圓周方向上兩端的厚度薄，所產生的氣體薄膜較厚，也就是產生的力較大，從而提高了軸承負載能力。同時由于軸瓦兩端提供的力較大，對轉軸形成了包裹，可實現提高轉軸的抗沖擊能力和提高穩定性的作用。
[0010]進一步的，所述軸瓦與轉軸接觸面設有環形凹槽，從而增大了氣體薄膜從軸瓦之間的縫隙中流走的阻力，使氣體薄膜保持的時間更長，從而提高了氣體薄膜的厚度，從而提高了軸承的承載能力，同時由于氣體薄膜的保持時間更長，使氣體薄膜的利用效率更高，從而提高了軸承的能量利用效率。
[0011]本發明所采用的技術方案具有的有益效果是:
[0012]本發明通過對軸瓦在圓周方向上的結構和軸瓦內表面的結構進行改進來改善軸承的特性。對軸瓦圓周方向上的結構進行了改善，讓軸瓦在圓周方向上的厚度不在一致，而是中間厚兩邊薄，使軸瓦在被刺激以后產生的氣體薄膜的厚度不一，也就是產生的壓力大小不一，兩邊較薄產生的氣體薄膜相比于中間更厚，壓力更大，也就是在體積不變的情況下提高了軸承的負載能力，同時由于軸瓦兩端產生的力較大，對軸承形成了包裹狀態，使軸承運行的更加穩定，提高了軸承的穩定性和抗沖擊能力；對軸瓦內表面的結構進行了改善，在軸瓦內表面上刻了環形的凹槽，使產生的氣體薄膜流失時的阻力增大，使氣體薄膜保持時間更長，使氣體薄膜厚度更厚，從而提高了軸承的負載能力，同時由于氣膜保持時間更長，氣膜的利用更加充分，也提高了軸承的能量利用效率。
[0013]與現有的超聲波氣體軸承相比，本發明通過改進軸瓦在圓周方向上的結構，提高了軸承的負載能力、運行穩定性和抗沖擊能力；對軸瓦的內表面的結構進行改進，提高了軸承負載能力和能量利用效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明超聲波氣體動壓軸承的整體結構示意圖；
[0015]圖2為本發明超聲波氣體動壓軸承的壓電振子的安裝位置示意圖；
[0016]圖3為本發明第一實施例中提供的軸瓦的圓周方向的結構示意圖
[0017]圖4為本發明第一實施方式中提供的軸瓦表面的凹槽結構示意圖；
[0018]圖5為本發明超聲波氣體動壓軸承的帶接線的壓電振子的結構示意圖；
[0019]圖6為本發明第二實施例中提供的帶刻槽的轉軸結構示意圖；
[0020]圖7為本發明第二實施例中提供的階梯狀軸瓦的結構示意圖；
[0021]圖8為本發明第二實施例中提供的帶轉軸的軸承裝配結構示意圖。
[0022]圖中:1_軸承體，2-壓電振子，3-軸瓦，4-柔性支撐結構，5-壓電振子的電線，6-帶有刻槽的轉軸，31-軸瓦環形凹槽，61-轉軸刻槽。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步描述。需要說明的是，實施例并不對本發明要求保護的范圍構成限制。
[0024]實施例一:
[0025]圖1-5示出了本發明一種超聲波氣體動壓軸承較佳實施例的結構。
[0026]如圖1所示，該軸承包括軸承體1，所述軸承體沿周向均勻開有若干凹槽，所述凹槽內設置有壓電振子2，所述壓電振子2與柔性可傾瓦結構連接。所述柔性可傾瓦結構和軸承體2采用的是整體式結構。
[0027]所述柔性可傾瓦結構包括軸瓦3和柔性支承結構4，所述軸瓦3設置于軸承體2內側，所述軸瓦3通過柔性支承結構4與軸承體2相連接，所述軸瓦3內表面形成軸承與轉軸6的配合面。
[0028]所述軸承體I為軸承的主體結構，起安裝、保護和支承的作用，所述壓電振子2起產生超聲波頻率振動的作用。
[0029]如圖2所示，所述軸承體1周圍均勻分布著η個凹槽，所述壓電振子2焊接在凹槽內，由于每個凹槽上下各安裝一個壓電振子2，所以共有2η個壓電振子2。
[0030]如圖3所示，所述軸瓦3在圓周方向上為中間厚兩端薄。當壓電振子2刺激軸瓦3的時候，軸瓦3在圓周方向上產生的壓力氣體薄膜不同。在軸瓦3的兩端產生的壓力氣體薄膜較多，中間比較少，從而使軸瓦3兩端產生的力更大，使得軸承在體積不變的情況下產生的力更大，增大了軸承的承載能力。同時由于軸瓦3兩端的力更大，對轉軸6形成了一種包圍態勢，使得軸承在運轉過程中更加的穩定。
[0031]如圖4所示，所述軸瓦3的內表面上設有多個環形凹槽31，所述環形凹槽31增大了軸瓦3產生的氣體薄膜流失的阻力，使得產生的氣體薄膜能夠維持的時間更長，也使得氣體薄膜相比以前更厚，也就是產生的力更大，從而增大了軸承的負載能力。同時由于氣體薄膜的維持時間更長，使得氣體薄膜的利用效率更高，也就是軸承對能量的利用效率更高。
[0032]實施例二
[0033]如圖6-8所示，本實施例中軸承的工作原理大體與案例一相同，不同之處在于軸瓦3在圓周方向上厚度成階梯狀。同時，將軸瓦3上的刻槽轉移到了轉軸6上面。實施例一中的刻槽在軸瓦3上面，由于軸瓦3刻槽是在軸承的內表面，在具體的加工制造過程中會比較困難，造價會比較高。而實施例二中的刻槽61由于是在轉軸6的外表面，所以加工起來會比較容易，造價也會比較低。
[0034]綜上，本發明采用了在圓周方向上厚度不一致的軸瓦，改變了軸瓦的固有頻率，使軸瓦的兩端能夠產生更厚的氣體薄膜，使兩端相比以前產生的力更大，從而增大了軸承的負載能力，也提高了軸承的穩定性，同時在軸瓦或者是轉軸上加上了刻槽，增大了氣體薄膜流失的阻力，從而使氣體薄膜保持的時間更長，從而增加了氣體薄膜的厚度，也就是增大了懸浮力，同時對氣體薄膜利用效率也更高，也就是提高了軸承的能量利用效率。
[0035]除了以上提出的實例，軸瓦在圓周方向上的形狀可以有所不同，軸瓦或者轉軸上的刻槽的形狀也可以根據不同的情況進行設計。
[0036]以上所舉實例僅為本發明的優選實例，但凡依本發明權利要求及發明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應屬本發明專利覆蓋的范圍。
【主權項】
1.一種超聲波氣體動壓軸承，包括軸承體(I)，其特征在于，所述軸承體沿周向均勻設置有若干壓電振子(2)，所述壓電振子(2)與柔性可傾瓦結構連接； 所述柔性可傾瓦結構包括軸瓦(3)和柔性支承結構(4)，所述軸瓦(3)設置于軸承體(2)內側，所述軸瓦(3)通過柔性支承結構(4)與軸承體(2)相連接，所述軸瓦(3)內表面形成軸承與轉軸出)的配合面。2.根據權利要求1所述的一種超聲波氣體動壓軸承，其特征在于，所述軸瓦(3)的厚度為中間逐漸向兩邊降低。3.根據權利要求1或2所述的一種超聲波氣體動壓軸承，其特征在于，所述軸瓦(3)與轉軸接觸面設有凹槽(31)。4.根據權利要求3所述的一種超聲波氣體動壓軸承，其特征在于，所述凹槽(31)為環形。
【專利摘要】本發明公開了一種超聲波氣體動壓軸承，包括軸承體(1)，其特征在于，所述軸承體沿周向均勻設置有若干壓電振子(2)，所述壓電振子(2)與柔性可傾瓦結構連接；所述柔性可傾瓦結構包括軸瓦(3)和柔性支承結構(4)，所述軸瓦(3)設置于軸承體(2)內側,所述軸瓦(3)通過柔性支承結構(4)與軸承體(2)相連接，所述軸瓦(3)內表面形成軸承與轉軸(6)的配合面。本發明通過改進軸瓦在圓周方向上的結構，提高了軸承的負載能力、運行穩定性和抗沖擊能力。同時，對軸瓦的內表面的結構進行改進，提高了軸承負載能力和能量利用效率。
【IPC分類】F16C33/04, F16C17/12
【公開號】CN105333004
【申請號】CN201510828503
【發明人】馮凱, 趙子龍, 程苗苗
【申請人】湖南大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月25日