一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置製造方法

2023-06-06 19:24:11

一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其包括：軸承密封件，安裝基座（6），調整環（8）和壓電陶瓷執行器（7），其中，所述壓電陶瓷執行器包括：安裝底座（702），壓電陶瓷堆定位圈（701），壓電陶瓷堆（708），輸出軸（707），彈性變形體（706），每個軸承沿圓周方向均勻布置若干個執行器，分別控制軸承上該若干位置的預緊力，工作過程中，對軸承圓周方向上幾個位置的預緊力進行測量，根據測量值分別控制相應位置的壓電陶瓷執行器，輸出合適的位移和力對軸承進行預緊。本裝置實現了軸承預緊力的實時調節，滿足了在不同工況下旋轉機構對軸承旋轉精度、剛度和壽命的要求。
【專利說明】一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及旋轉機構中軸承預緊力的自調節裝置，屬機械與控制領域。
【背景技術】
[0002]旋轉機構中一般使用滾動軸承作為旋轉軸的支承。對於角接觸球軸承的使用，其必須在有預緊力的情況下才能正常工作。預緊力不僅可以消除軸承的軸向間隙，降低噪聲和振動，還可以提高軸承的剛度，使旋轉機構具有較好的迴轉精度、剛性、熱特性等，從而提高其使用壽命。
[0003]一般地，預緊力越大，提高旋轉機構的剛度和旋轉精度的效果越好；但是預緊力越大，鋼球對滾道的摩擦力也越大，溫升越高，可能會造成軸承的燒傷，從而引起旋轉機構的運行故障。以工具機主軸為例，軸承預緊力的大小對主軸運行精度、剛性和壽命有很大影響。在主軸運轉過程中，主軸剛度等性能在不同工況下的要求不一，根據工具機的加工工況實時調節軸承的預緊力，使主軸達到較好的綜合性能，具有重大意義。
[0004]目前，關於預緊力的控制，國內外學者已進行了一定的理論探討和實驗研究。按照控制形式來分一般為兩類。第一類是從改變軸承結構的觀點出發設計一種特種軸承，但特種軸承的製造複雜，標準化、通用化程度不高。而當軸承在工作過程中出現正常或非正常的磨損和疲勞破壞時，更換軸承勢必要重新調整整個機械與控制系統，給維修帶來了不必要的麻煩，因而很大程度上限制了特種軸承的使用。第二類是使用獨立的預緊力控制器實現預緊力補償。一種簡單的方式就是使用彈性的中間環來代替傳統的剛性環，例如，浙江大學設計的一種預緊力控制器，其結構為中空密閉的圓形構件，通過調控空腔中流體的壓力，實現對軸承預緊力的控制。該方法通過液壓系統在軸承的整個外圈上施加均勻的預緊力，實際應用中，由於存在軸承加工誤差、基座安裝孔加工誤差、軸承安裝誤差等問題，上述方法將使得軸承中每個滾珠受到的預緊力大小不一。不均勻的預緊力將降低軸承的壽命和剛性,而且,加工大直徑的中間圓環比較困難。

【發明內容】

[0005]針對上述問題，本發明提供了一種基於壓電陶瓷執行器的、可在軸承圓周方向若干個點獨立施加預緊力的、結構緊湊合理的軸承預緊力自動調節裝置，能夠實現對軸承不同區域施加不同的預緊力，使軸承中滾珠受力均勻，提高軸承綜合性能。
[0006]本發明能夠解決上述技術問題的技術方案是:
[0007]—種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，它包括:軸承密封件，安裝基座，調整環和壓電陶瓷執行器，其中，所述壓電陶瓷執行器包括:安裝底座，壓電陶瓷堆定位圈，壓電陶瓷堆，輸出軸，彈性變形體。
[0008]其中，所述軸承密封件包括迷宮密封外圈和迷宮密封內圈，所述迷宮密封外圈固定在主軸上，和主軸上的軸肩共同固定角接觸球軸承的內圈，所述迷宮密封內圈和壓電陶瓷執行器共同固定角接觸球軸承的外圈，所述調整環可在軸承的安裝過程中對軸承預緊力進行初步的調節，所述壓電陶瓷執行器安裝在安裝基座的內孔中，所述輸出軸直接作用在軸承的外圈上。
[0009]其中，所述的壓電陶瓷堆安裝在執行器安裝底座的內孔中，所述的壓電陶瓷定位圈對壓電陶瓷堆定位，同時對壓電陶瓷堆位移輸出軸的運動進行導向，通過對壓電陶瓷堆施加不同的電壓，執行器能夠輸出不同的位移，以調整對軸承的預緊力。
[0010]其中，所述壓電陶瓷執行器使用圓形膜片式微位移傳遞結構。
[0011]其中，所述壓電陶瓷執行器中通過使用電阻應變片對圓形膜片的變形進行測量，從而能夠得出執行器輸出位移的大小。
[0012]其中，在第一個軸承的外圈均勻分布安裝有4個壓電陶瓷執行器，在另一個軸承的外圈均勻分布安裝有4個壓電陶瓷執行器，與第一個軸承上的執行器在圓周方向上相差45°交錯。
[0013]其中，所述壓電陶瓷執行器還包括內六角螺釘，彈簧墊圈和電阻應變片。
[0014]所述的壓電陶瓷執行器中，輸出軸直接由壓電陶瓷堆驅動產生微位移。
[0015]所述的壓電陶瓷執行器中，通過調節壓電陶瓷的輸入電壓，壓電陶瓷執行器可以實現不同位移的輸出以滿足軸承不同位置預緊力的需要。
[0016]本發明取得了以下的技術效果:
[0017]1.本發明中涉及的壓電陶瓷執行器能夠實現對軸承上若干個點施加預緊力，能夠針對軸承不同點施加合適的預緊力補償；
[0018]2.本發明中涉及的壓電陶瓷執行器通過使用圓形膜片的設計能夠實現對微位移的測量，可以控制對壓電陶瓷執行器的位移輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為工具機主軸裝配圖；
[0020]圖2為軸承壓電陶瓷執行器的安裝示意圖；
[0021]圖3為壓電陶瓷執行器裝置；
[0022]圖4為圖3所示壓電陶瓷執行器的剖視圖
[0023]圖中標記:
[0024]1-主軸，2-迷宮密封外圈固定用內六角螺釘，3-迷宮密封外圈，4-迷宮密封內圈，5-迷宮密封內圈固定用內六角螺釘，6-安裝基座，7-壓電陶瓷執行器，8-調整環，9-主軸軸承，701-壓電陶瓷堆定位圈，702-固定底座，703-彈性變形體固定用內六角螺釘，704-彈簧墊圈，705-電阻應變片，706-彈性變形體，707-輸出軸，708-壓電陶瓷堆。
[0025]具體實施方法
[0026]下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施方法。
[0027]如圖1所示，主軸I採用中空設計，零件和夾具體安裝在主軸的空腔內，使用一個直徑比較大的角接觸球軸承9作為支承，主軸I的密封採用迷宮密封的方式。迷宮密封的外圈3通過內六角螺釘2固定在主軸I上，迷宮密封的外圈隨著主軸一起旋轉。迷宮密封的外圈3和主軸I的軸肩對軸承的內圈進行固定。迷宮密封的內圈4通過內六角螺釘5固定在安裝基座6上，其與壓電陶瓷執行器7共同固定軸承的外圈，並且在安裝的過程中，可以通過調整環8來實現軸承預緊力的初步調節。壓電陶瓷執行器7通過內六角螺釘可以安裝在安裝基座6的內孔中，內孔中加工凹槽以方便壓電陶瓷執行器的安裝。
[0028]圖2顯示壓電陶瓷執行器在軸承圓周方向上的安裝布置方式，執行器分為兩組:1組和2組，每組對一個軸承施加作用，對單個軸承均勻布置4個壓電陶瓷執行器。另一個軸承則使用同樣的方式安裝壓電陶瓷執行器，不同的是壓電陶瓷執行器與前一個軸承的執行器在圓周方向上相差45°。
[0029]圖3示出壓電陶瓷執行器的示意圖，圖4為壓電陶瓷執行器的剖視圖。該壓電陶瓷執行器為一種基於壓電陶瓷材料的微位移執行器，包括:安裝底座702，壓電陶瓷堆定位圈701，壓電陶瓷堆708，輸出軸707，彈性變形體706，內六角螺釘703，彈簧墊圈704和電阻應變片705。
[0030]壓電陶瓷執行器使用圓形膜片式微位移傳遞結構。圓形膜片式柔性結構不僅具有集中式柔性結構的零件少，無摩擦、磨損及傳動間隙，自身具有回程反力的優點，同時還具有柔性部分在變形時無應力集中、疲勞強度高、製造較為容易等優點。在圓形膜片上貼有4個電阻應變片，圓形膜片的一側粘貼2個電阻應變片，分布在直徑方向上。在圓形膜片另一側的對稱位置同樣粘貼兩個電阻應變片，能夠測量出圓形膜片的應變，以計算得知壓電陶瓷執行器輸出軸707的位移輸出值的大小。
[0031]上述安裝在軸承上的8個壓電陶瓷執行器能夠實現獨立控制，根據軸承不同測量點的預緊力大小，可以給軸承不同位置施加適當的預緊力補償。
[0032]本發明的組裝以及工作過程如下:
[0033]I)將組裝好的壓電陶瓷執行器7分別按照要求安裝在安裝基座6的空腔中；
[0034]2)將一側的角接觸球軸承的外圈安裝到基座的孔中，然後將主軸通過吊裝機器放置到合適的安裝位置。再將同側軸承的內圈安裝在主軸上，同時將軸承的內圈和外圈安裝到合適位置；
[0035]3)主軸另一側的軸承內外圈按照步驟2)中的方法進行安裝；
[0036]4)安裝一側的迷宮密封內圈，通過內六角螺釘5固定在工具機的基座上，同時使用調整環8初步調整軸承的預緊力。然後將這一側的迷宮密封的外圈安裝好，通過內六角螺釘2固定在主軸上。
[0037]5)另一側迷宮密封裝置的安裝同步驟4)；
[0038]6)對工具機進行試運行，測試工具機。使用測試的結果來調整調整墊片的厚度，以對軸承初始預緊力進行調整；
[0039]7)通過步驟6)的調節，工具機的軸承工作較穩定。在工具機的運行過程中，通過測量軸承各測量點的預緊力大小，結合工具機的工作狀況對軸承相應點獨立地施加適當的預緊力。使軸承具有較好的工作性能，提高工具機的使用性能。
[0040]綜上，在有軸承的旋轉機構工作過程中，首先要對軸承的預緊力進行實時的測量。預緊力的測量點可以分布在軸承圓周方向的若干個點，從而可以依據不同位置測量的軸承預緊力大小，利用壓電陶瓷執行器在軸承的幾個作用點上施加不同的預緊力，以使軸承滾珠受力均勻，能夠提高軸承的剛度以及主軸的旋轉精度等特性。
[0041]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明保護的範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，它包括:軸承密封件，安裝基座(6)，調整環(8)和壓電陶瓷執行器(7)，其中，所述壓電陶瓷執行器包括:安裝底座(702)，壓電陶瓷堆定位圈(701)，壓電陶瓷堆(708)，輸出軸(707)，彈性變形體(706)。
2.根據權利要求1所述的一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其中，所述軸承密封件包括迷宮密封外圈(3 )和迷宮密封內圈(4)，所述迷宮密封外圈(3 )固定在主軸(I)上,和主軸(I)上的軸肩共同固定角接觸球軸承的內圈,所述迷宮密封內圈(4)和壓電陶瓷執行器(7)共同固定角接觸球軸承的外圈，所述調整環(8)可在軸承的安裝過程中對軸承預緊力進行初步的調節，所述壓電陶瓷執行器(7)安裝在安裝基座(6)的內孔中，所述輸出軸直接作用在軸承的外圈上。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其中，所述的壓電陶瓷堆(708)安裝在執行器安裝底座(702)的內孔中，所述的壓電陶瓷定位圈(701)對壓電陶瓷堆(708)定位，同時對壓電陶瓷堆(708)位移輸出軸的運動進行導向，通過對壓電陶瓷堆(708)施加不同的電壓，執行器能夠輸出不同的位移，以調整對軸承的預緊力。
4.根據權利要求1或2所述的一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其中，所述壓電陶瓷執行器使用圓形膜片式微位移傳遞結構。
5.根據權利要求3所述的一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其中，所述壓電陶瓷執行器中通過使用電阻應變片對圓形膜片的變形進行測量，從而能夠得出執行器輸出位移的大小。
6.根據權利要求1或2所述的一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其中在第一個軸承的外圈均勻分布安裝有4個壓電陶瓷執行器，在另一個軸承的外圈均勻分布安裝有4個壓電陶瓷執行器，與第一個軸承上的執行器在圓周方向上相差45°交錯。
7.根據權利要求1所述的一種基於壓電陶瓷執行器的軸承預緊力自調節裝置，其中，所述壓電陶瓷執行器還包括內六角螺釘(703)，彈簧墊圈(704)和電阻應變片(705)。
【文檔編號】F16H57/022GK103573979SQ201310487292
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】孫容磊, 汪正國 申請人:華中科技大學