CN105333004B - 一种超声波气体动压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波气体动压轴承，包括轴承体(1)，其特征在于，所述轴承体沿周向均匀设置有若干压电振子(2)，所述压电振子(2)与柔性可倾瓦结构连接；所述柔性可倾瓦结构包括轴瓦(3)和柔性支承结构(4)，所述轴瓦(3)设置于轴承体(1)内侧,所述轴瓦(3)通过柔性支承结构(4)与轴承体(1)相连接，所述轴瓦(3)内表面形成轴承与转轴(6)的配合面。本发明通过改进轴瓦在圆周方向上的结构，提高了轴承的负载能力、运行稳定性和抗冲击能力。同时，对轴瓦的内表面的结构进行改进，提高了轴承负载能力和能量利用效率。

Description

一种超声波气体动压轴承

技术领域

本发明涉及机械轴承技术领域，更具体的说涉及一种超声波气体动压轴承。

背景技术

超声波轴承就是利用超声波悬浮技术使转子与轴承支承表面体之间有一层压力空气薄膜，实现转子和轴承支撑表面体的摩擦力变小，从而应用于高速、低磨损、无油和清洁环境的场合。超声波悬浮的原理是利用逆压电效应，压电振子在正弦交流电压的激励下，将电能转化为机械能，使压电振子以一定频率和振幅做简谐运动；这种振动驱动与压电振子联结的轴瓦，使轴瓦相对转轴表面做简谐运动；当轴瓦表面做简谐运动时，局部气压在一个周期内的平均值大于周围气压，从而产生压力空气薄膜作用于转轴表面，进而产生悬浮力。

但是传统的超声波轴承的承载能力不大，抗外界干扰的能力有限，使得使用范围受限，对此我们提出了自己的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波气体轴承，用于解决现有轴承负载能力和稳定性差，以及抗冲击能力和能量利用效率低的问题。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种超声波气体动压轴承，包括轴承体，所述轴承体沿周向均匀设置有若干压电振子，所述压电振子与柔性可倾瓦结构连接；

所述柔性可倾瓦结构包括轴瓦和柔性支承结构，所述轴瓦设置于轴承体内侧,所述轴瓦通过柔性支承结构与轴承体相连接，所述轴瓦内表面形成轴承体与转轴的配合面。

压电振子在转轴运转时通过刺激轴瓦震动从而产生压力气体薄膜，使转轴和轴承体脱离降低轴瓦和转轴之间的摩擦；所述轴承体起安装、保护和支撑的作用；所述柔性可倾轴瓦结构提供弹性支撑力，可以向两边偏转一定角度。

所述压电振子通过正弦交流电压激励产生一定频率的简谐振动，控制正弦交流电压的频率，使压电振子的震动频率和轴承的固有频率接近，从而带动轴瓦表面产生较大的振动幅值。

进一步的，所述轴瓦的厚度为中间逐渐向两边降低。由于轴瓦在圆周方向上的厚度不一致，轴瓦产生的压力气体薄膜的厚度也有所不同，气体薄膜厚度越大压力越大，轴瓦在圆周方向上两端的厚度薄，所产生的气体薄膜较厚，也就是产生的力较大，从而提高了轴承负载能力。同时由于轴瓦两端提供的力较大，对转轴形成了包裹，可实现提高转轴的抗冲击能力和提高稳定性的作用。

进一步的，所述轴瓦与转轴接触面设有环形凹槽，从而增大了气体薄膜从轴瓦之间的缝隙中流走的阻力，使气体薄膜保持的时间更长，从而提高了气体薄膜的厚度，从而提高了轴承的承载能力，同时由于气体薄膜的保持时间更长，使气体薄膜的利用效率更高，从而提高了轴承的能量利用效率。

本发明所采用的技术方案具有的有益效果是：

本发明通过对轴瓦在圆周方向上的结构和轴瓦内表面的结构进行改进来改善轴承的特性。对轴瓦圆周方向上的结构进行了改善，让轴瓦在圆周方向上的厚度不在一致，而是中间厚两边薄，使轴瓦在被刺激以后产生的气体薄膜的厚度不一，也就是产生的压力大小不一，两边较薄产生的气体薄膜相比于中间更厚，压力更大，也就是在体积不变的情况下提高了轴承的负载能力，同时由于轴瓦两端产生的力较大，对轴承形成了包裹状态，使轴承运行的更加稳定，提高了轴承的稳定性和抗冲击能力；对轴瓦内表面的结构进行了改善，在轴瓦内表面上刻了环形的凹槽，使产生的气体薄膜流失时的阻力增大，使气体薄膜保持时间更长，使气体薄膜厚度更厚，从而提高了轴承的负载能力，同时由于气膜保持时间更长，气膜的利用更加充分，也提高了轴承的能量利用效率。

与现有的超声波气体轴承相比，本发明通过改进轴瓦在圆周方向上的结构，提高了轴承的负载能力、运行稳定性和抗冲击能力；对轴瓦的内表面的结构进行改进，提高了轴承负载能力和能量利用效率。

附图说明

图1为本发明超声波气体动压轴承的整体结构示意图；

图2为本发明超声波气体动压轴承的压电振子的安装位置示意图；

图3为本发明第一实施例中提供的轴瓦的圆周方向的结构示意图

图4为本发明第一实施方式中提供的轴瓦表面的凹槽结构示意图；

图5为本发明超声波气体动压轴承的带接线的压电振子的结构示意图；

图6为本发明第二实施例中提供的带刻槽的转轴结构示意图；

图7为本发明第二实施例中提供的阶梯状轴瓦的结构示意图；

图8为本发明第二实施例中提供的带转轴的轴承装配结构示意图。

图中：1-轴承体，2-压电振子，3-轴瓦，4-柔性支撑结构，5-压电振子的电线，6-带有刻槽的转轴，31-轴瓦环形凹槽，61-转轴刻槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步描述。需要说明的是，实施例并不对本发明要求保护的范围构成限制。

实施例一：

图1-5示出了本发明一种超声波气体动压轴承较佳实施例的结构。

如图1所示，该轴承包括轴承体1，所述轴承体沿周向均匀开有若干凹槽，所述凹槽内设置有压电振子2，所述压电振子2与柔性可倾瓦结构连接。所述柔性可倾瓦结构和轴承体1 采用的是整体式结构。

所述柔性可倾瓦结构包括轴瓦3和柔性支承结构4，所述轴瓦3设置于轴承体1 内侧,所述轴瓦3通过柔性支承结构4与轴承体1 相连接，所述轴瓦3内表面形成轴承与转轴6的配合面。

所述轴承体1为轴承的主体结构，起安装、保护和支承的作用，所述压电振子2起产生超声波频率振动的作用。

如图2所示，所述轴承体1周围均匀分布着n个凹槽，所述压电振子2焊接在凹槽内，由于每个凹槽上下各安装一个压电振子2，所以共有2n个压电振子2。

如图3所示，所述轴瓦3在圆周方向上为中间厚两端薄。当压电振子2刺激轴瓦3的时候，轴瓦3在圆周方向上产生的压力气体薄膜不同。在轴瓦3的两端产生的压力气体薄膜较多，中间比较少，从而使轴瓦3两端产生的力更大，使得轴承在体积不变的情况下产生的力更大，增大了轴承的承载能力。同时由于轴瓦3两端的力更大，对转轴6形成了一种包围态势，使得轴承在运转过程中更加的稳定。

如图4所示，所述轴瓦3的内表面上设有多个环形凹槽31，所述环形凹槽31增大了轴瓦3产生的气体薄膜流失的阻力，使得产生的气体薄膜能够维持的时间更长，也使得气体薄膜相比以前更厚，也就是产生的力更大，从而增大了轴承的负载能力。同时由于气体薄膜的维持时间更长，使得气体薄膜的利用效率更高，也就是轴承对能量的利用效率更高。

实施例二

如图6-8所示，本实施例中轴承的工作原理大体与案例一相同，不同之处在于轴瓦3在圆周方向上厚度成阶梯状。同时，将轴瓦3上的刻槽转移到了转轴6上面。实施例一中的刻槽在轴瓦3上面，由于轴瓦3刻槽是在轴承的内表面，在具体的加工制造过程中会比较困难，造价会比较高。而实施例二中的刻槽61由于是在转轴6的外表面，所以加工起来会比较容易，造价也会比较低。

综上，本发明采用了在圆周方向上厚度不一致的轴瓦，改变了轴瓦的固有频率，使轴瓦的两端能够产生更厚的气体薄膜，使两端相比以前产生的力更大，从而增大了轴承的负载能力，也提高了轴承的稳定性，同时在轴瓦或者是转轴上加上了刻槽，增大了气体薄膜流失的阻力，从而使气体薄膜保持的时间更长，从而增加了气体薄膜的厚度，也就是增大了悬浮力，同时对气体薄膜利用效率也更高，也就是提高了轴承的能量利用效率。

除了以上提出的实例，轴瓦在圆周方向上的形状可以有所不同，轴瓦或者转轴上的刻槽的形状也可以根据不同的情况进行设计。

以上所举实例仅为本发明的优选实例，但凡依本发明权利要求及发明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。

Claims (3)

1.一种超声波气体动压轴承，包括轴承体(1)，其特征在于，所述轴承体沿周向均匀设置有若干压电振子(2)，所述压电振子(2)与柔性可倾瓦结构连接；

所述柔性可倾瓦结构包括轴瓦(3)和柔性支承结构(4)，所述轴瓦(3)设置于轴承体(1)内侧,所述轴瓦(3)通过柔性支承结构(4)与轴承体(1 )相连接，所述轴瓦(3)内表面形成轴承与转轴(6)的配合面，所述轴瓦(3)的厚度为中间逐渐向两边降低。

2.根据权利要求1所述的一种超声波气体动压轴承，其特征在于，所述轴瓦(3)与转轴接触面设有凹槽(31)。

3.根据权利要求2所述的一种超声波气体动压轴承，其特征在于，所述凹槽(31)为环形。