CN106523523B - 一种用于旋转机械的压电俘能轴承 - Google Patents

一种用于旋转机械的压电俘能轴承 Download PDF

Info

Publication number
CN106523523B
CN106523523B CN201611038621.4A CN201611038621A CN106523523B CN 106523523 B CN106523523 B CN 106523523B CN 201611038621 A CN201611038621 A CN 201611038621A CN 106523523 B CN106523523 B CN 106523523B
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric
holder
energy
bearing
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201611038621.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106523523A (zh
Inventor
张红艳
白长青
王丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Original Assignee
Changan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN201611038621.4A priority Critical patent/CN106523523B/zh
Publication of CN106523523A publication Critical patent/CN106523523A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106523523B publication Critical patent/CN106523523B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02—Sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/183—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using impacting bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
    • F16C2202/30—Electric properties; Magnetic properties
    • F16C2202/36—Piezoelectric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于旋转机械的压电俘能轴承，包括轴承本体，沿轴承本体径向依次设有弹簧、质量块、支架、压电堆和外壳，弹簧沿轴承本体的周向均匀分布，每个弹簧上均连接有质量块，质量块上设有支架，支架呈环状，所述的压电堆和质量块间隔置于支架的两侧，压电堆沿外壳周向均匀的安装在外壳内壁上。本发明通过压电俘能装置可有效转化转子的振动能量，输出稳恒的电流供给用电器件工作或储存在电池中满足器件短期工作耗能；设计中的质量调谐装置具有对压电堆进行过载保护，隔离转子传来的噪声影响，降低储能电路的复杂性；本发明的压电俘能轴承构造简单合理，一方面保证甚至增强了常规轴承的使用功能，另一方面确保了整个设备的安全可靠性。

Description

一种用于旋转机械的压电俘能轴承
技术领域
本发明属于机械电子技术领域，具体涉及一种旋转机械设备使用的压电俘能轴承。
背景技术
旋转机械是工业部门中应用最为广泛的一类机械设备，例如汽轮机、压缩机、风机等。轴承是旋转机械中重要的零部件，其主要功能是支撑机械旋转体(即转子)。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。旋转机械配套或相关联用电器件如果在核辐射、有毒或腐蚀性环境中工作时，安装位置不易维护和操作，可以通过捕获、收集旋转机械运行中振动能量来供给这类器件工作。将机械振动转化成电能主要有三种方式：压电式、静电式和电磁式。与其它方式相比，压电式转化方式具有力电转换性能好、工作可靠、适应性强、无污染等突出优点，非常适用于俘获环境中的机械能，具有非常广阔的应用前景。
旋转机械振动主要表现形式之一是转子振动，由于加工公差等因素影响，旋转机械中转子不可避免地存在偏心量。转子运转时，在偏心量引起的不平衡力作用下，转子发生以转速为基频的单周期或多周期振动，这些振动能量大多是以热能的形式耗散，没有得到充分的回收利用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，为了更好收集和利用转子振动能量，本发明的目的在于提供一种用于旋转机械的压电俘能轴承，通过收集旋转机械中转子振动能量，使旋转机械轴承在具备支撑功能的同时，具有俘获转子不平衡力引起的振动能量并转化为电能的功能，为安装在不易维护和操作位置的相关用电器件提供电能，并可以增强转子的减振性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种用于旋转机械的压电俘能轴承，包括轴承本体，沿轴承本体周向均匀设有多个弹簧，沿弹簧的伸缩方向套接有支架，所述的支架呈环状，所述的支架沿其周向加工成均匀分布凹槽状，支架的轴线与轴承本体的轴线重合；
所述的弹簧一端连接在轴承本体上，弹簧的另一端连接有质量块，所述的质量块设置在支架的凹槽中；
所述的支架外套装有外壳，所述的外壳的轴线与轴承本体的轴线重合；所述的支架与外壳之间设置有多个压电堆，多个压电堆沿外壳周向均匀的安装在外壳内壁上，所述的压电堆为块体，所述的压电堆和质量块沿支架周向间隔设置。
本发明还有如下区别技术特征：
所述的外壳内壁上设有与压电堆对应的凸起，所述的压电堆安装在外壳上的凸起处。
所述的弹簧固定在轴承本体上。
所述的轴承本体为滚动轴承或滑动轴承。
所述的弹簧和压电堆均为八个。
所述的压电堆可通过储能电路与可充电的储能电池相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的压电俘能轴承可以有效转化轴承支撑的机械旋转体(即转子)偏心量引起的振动能量，使得转子运转中必然存在且无用的振动能量得到充分合理地应用。
(2)本发明的压电俘能轴承在压电材料和常规轴承(滑动轴承或滚动轴承)之间设计的弹簧和质量块组成质量调谐装置，可以起到以下三方面作用：对压电堆进行过载保护；可以隔离转子传来的噪声影响，实现从各个压电振子所俘获的电具有相同的频率，降低储能电路的复杂性；合理设计质量调谐装置的质量和弹簧刚度系数，可以有效控制转子在额定转速下的振动量。
(3)压电堆通过储能电路与可充电的储能电池相连，输出稳恒的电流供给用电器件工作或储存在电池中满足器件短期工作耗能。
(4)本发明无需改动旋转机械中占据核心地位的转子，只需调整设计要求较低的轴承支座设计即可；压电俘能轴承构造简单合理，一方面保证甚至增强了常规轴承的使用功能，另一方面确保了整个设备的安全可靠性。
(5)本发明中应用的压电式转化方式具有力电转换性能好、工作可靠、适应性强、无污染等突出优点，非常适用于俘获环境中的机械能，具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的压电俘能滚动轴承。
图2为本发明的压电俘能滑动轴承。
附图中各标号的含义：1-轴承本体，2-弹簧，3-质量块，4-支架，5-压电堆，6-外壳，7-凸起。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明中，轴承本体1在受力过程中，弹簧2将轴承本体1的力通过质量块3传递至压电堆5，起到传递力的作用，同时弹簧2也起到保持压电俘能轴承平衡的作用；支架4具有质量轻、强度高、抗冲击能力强的特性，可以为压电堆提供保护；质量块3可使压电块俘能轴承运转过程中保持平衡。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
如图1～2所示，本实施例给出一种用于旋转机械的压电俘能轴承，包括轴承本体1，其特征在于，沿轴承本体1周向均匀设有多个弹簧2，沿弹簧2的伸缩方向套接有支架4，所述的支架4呈环状，所述的支架4沿其周向加工成均匀分布凹槽状，支架4的轴线与轴承本体1的轴线重合；该形状的支架4可充分利用有效空间，使结构更为紧凑，节省空间；支架4的中心线与轴承本体1的中心线重合，支架4由轻质加芯材料(如金属泡沫铝加芯材料)制作而成，可减轻质量；
弹簧2一端连接在轴承本体1上，弹簧的另一端连接有质量块3，质量块3设置在支架4的凹槽中；支架4外套装有外壳6，外壳6的轴线与轴承本体1的轴线重合；支架4与外壳6之间设置有多个压电堆5，多个压电堆5沿外壳周向均匀的安装在外壳6内壁上，压电堆5为块体，压电堆5和质量块3沿支架周向间隔设置。
所述的弹簧2焊接或胶接在轴承本体1上。
所述的轴承本体1为滚动轴承或滑动轴承。
所述的弹簧2和压电堆5均为八个。
另一个方案与实施例1相同，区别在于：外壳6内壁上设有与压电堆5对应的凸起7，所述的压电堆5焊接在外壳6上的凸起7处，如图1～2所示。该凸起配合凹凸型支架，保证支架与压电堆接触更加紧密。
另一个方案与实施例1相同，区别在于：压电堆5可通过储能电路与可充电的储能电池相连。在支架的支撑下输出稳恒的电流，供给用电器件工作或储存在电池中满足器件短期工作耗能，使本轴承具备能量储存功能。
本发明通过合理设计的质量调谐装置(即通过调整质量块质量和弹簧刚度此)可以有效控制转子在额定转速下的振动量。

Claims (6)

1.一种用于旋转机械的压电俘能轴承，包括轴承本体(1)，其特征在于，沿轴承本体(1)周向均匀设有多个弹簧(2)，沿弹簧(2)的伸缩方向套接有支架(4)，所述的支架(4)呈环状，所述的支架(4)沿其周向加工成均匀分布凹槽状，支架(4)的轴线与轴承本体(1)的轴线重合；
所述的弹簧(2)一端连接在轴承本体(1)上，弹簧的另一端连接有质量块(3)，所述的质量块(3)设置在支架(4)的凹槽中；
所述的支架(4)外套装有外壳(6)，所述的外壳(6)的轴线与轴承本体(1)的轴线重合；所述的支架(4)与外壳(6)之间设置有多个压电堆(5)，多个压电堆(5)沿外壳周向均匀的安装在外壳(6)内壁上，所述的压电堆(5)为块体，所述的压电堆(5)和质量块(3)沿支架周向间隔设置。
2.如权利要求1所述的用于旋转机械的压电俘能轴承，其特征在于，所述的外壳(6)内壁上设有与压电堆(5)对应的凸起(7)，所述的压电堆(5)安装在外壳(6)上的凸起(7)处。
3.如权利要求1所述的用于旋转机械的压电俘能轴承，其特征在于，所述的弹簧(2)固定在轴承本体(1)上。
4.如权利要求1所述的用于旋转机械的压电俘能轴承，其特征在于，所述的轴承本体(1)为滚动轴承或滑动轴承。
5.如权利要求1所述的用于旋转机械的压电俘能轴承，其特征在于，所述的弹簧(2)和压电堆(5)均为八个。
6.如权利要求1所述的用于旋转机械的压电俘能轴承，其特征在于，所述的压电堆(5)可通过储能电路与可充电的储能电池相连。
CN201611038621.4A 2016-11-11 2016-11-11 一种用于旋转机械的压电俘能轴承 Expired - Fee Related CN106523523B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611038621.4A CN106523523B (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种用于旋转机械的压电俘能轴承

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611038621.4A CN106523523B (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种用于旋转机械的压电俘能轴承

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106523523A CN106523523A (zh) 2017-03-22
CN106523523B true CN106523523B (zh) 2018-09-18

Family

ID=58356317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611038621.4A Expired - Fee Related CN106523523B (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种用于旋转机械的压电俘能轴承

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106523523B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110406244B (zh) * 2019-07-18 2023-11-03 固高科技股份有限公司 电雕针、电雕头及电雕制版设备
CN112054717B (zh) * 2020-09-09 2021-09-24 中南大学 压电式能量采集装置及在浮置板轨道上的应用与方法
CN113364338B (zh) * 2021-07-05 2023-01-31 浙江师范大学 一种大功率低流速发电机
CN114509265A (zh) * 2022-04-20 2022-05-17 浙江五洲新春集团股份有限公司 一种无线供电的智能轴承在线监测装置
CN115111262B (zh) * 2022-07-04 2024-07-16 中国舰船研究设计中心 一种船舶长轴系抗冲击保护装置及其设计方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02236015A (ja) * 1989-03-06 1990-09-18 Fuji Electric Co Ltd 軸受装置
US5221146A (en) * 1991-04-16 1993-06-22 Nissan Motor Co., Ltd. Structure of bearing of geared shaft
US6582125B1 (en) * 2001-01-19 2003-06-24 Yong Bok Lee Smart foil journal bearing with piezoelectric actuators
DE102004024851A1 (de) * 2004-05-19 2005-12-22 Fag Kugelfischer Ag & Co. Ohg Lageranordnung zur Lagerung wenigstens eines Maschinenteiles
CN201488805U (zh) * 2009-09-02 2010-05-26 成都科鑫电气有限公司 压电式全方位振动传感器
RU2581101C1 (ru) * 2014-11-05 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") Многолепестковый газодинамический подшипник с активным управлением

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02236015A (ja) * 1989-03-06 1990-09-18 Fuji Electric Co Ltd 軸受装置
US5221146A (en) * 1991-04-16 1993-06-22 Nissan Motor Co., Ltd. Structure of bearing of geared shaft
US6582125B1 (en) * 2001-01-19 2003-06-24 Yong Bok Lee Smart foil journal bearing with piezoelectric actuators
DE102004024851A1 (de) * 2004-05-19 2005-12-22 Fag Kugelfischer Ag & Co. Ohg Lageranordnung zur Lagerung wenigstens eines Maschinenteiles
CN201488805U (zh) * 2009-09-02 2010-05-26 成都科鑫电气有限公司 压电式全方位振动传感器
RU2581101C1 (ru) * 2014-11-05 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") Многолепестковый газодинамический подшипник с активным управлением

Also Published As

Publication number Publication date
CN106523523A (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106523523B (zh) 一种用于旋转机械的压电俘能轴承
CN107178574B (zh) 一种带有发电功能的动力吸振装置
CN103259453B (zh) 用于风力发电机叶片监测系统的压电悬臂梁发电机
CN103269181B (zh) 一种悬锤自激轮式发电机
WO2016173151A1 (zh) 一种用于振动能量回收的压电振荡器结构
CN105932907B (zh) 一种风电齿轮箱监测用旋流激励压电俘能器
CN107240981A (zh) 一种可拆装的磁悬浮储能飞轮转子
CN107086649B (zh) 一种电磁压电复合式波浪能收集装置
CN104377995B (zh) 旋转轮非接触激振式流体动能转换装置
CN104410327B (zh) 无轴涡轮转子非接触激振式流体动能转换装置
CN206452318U (zh) 基于压电振动的微型风能转换装置
CN203313094U (zh) 用于风力发电机叶片监测系统的压电悬臂梁发电机
CN104184364B (zh) 磁致伸缩-电磁复合式振动能量采集器及其方法
CN107395059B (zh) 一种风力致振俘能器
CN103312215B (zh) 一种基于夹持限位的轴端悬垂式压电梁发电机
CN106855092B (zh) 一种具有运动转换机构的动力吸振器及其动力吸振方法
CN106602929A (zh) 一种圆盘式压电发电装置
CN107359814B (zh) 一种旋转式压电风力发电机
CN204886744U (zh) 浮桥监测系统自维持圆薄板式压电发电装置
CN104184365B (zh) 可变气隙式磁致伸缩振动能量采集器及其方法
CN104158437A (zh) 一种压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置
CN107707152B (zh) 一种旋转式压电俘能器
CN103410684A (zh) 一种风力机叶片减振方法及装置
CN207010440U (zh) 一种配重块内嵌式振动电机
CN108696184B (zh) U型梁单元压电发电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180918

Termination date: 20191111