CN108362415A - 一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置。包括基座、驱动主轴、支撑架、碟簧垫、支撑板、压电陶瓷固定座、轴承套、测力仪、位置调节螺栓、压电陶瓷、碟簧、轴承和联轴器；支撑架和支撑板均通过螺栓固定在基座上；驱动主轴和轴承套放置在支撑架的圆孔内；碟簧垫和测力仪通过螺栓固定在支撑板上；压电陶瓷固定座上设有压电陶瓷的位置孔侧面开有导线的洞孔槽；碟簧垫上设有连接位置调节螺栓的螺纹和安装位置螺栓的螺纹，位置螺栓安装在碟簧垫上；轴承a和轴承b安装在转子上，轴承a外圈一端设有轴承垫圈，轴承b外圈一端设有碟簧；轴承a和轴承b放置在轴承套内；碟簧设置在压电陶瓷和轴承b外圈之间；联轴器连接转子和驱动主轴。
Description
技术领域
本发明涉及基于压电陶瓷的轴承预紧力控制领域，特别涉及一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置。
背景技术
压电陶瓷驱动器具有输出功率大、控制精度高和快速响应等优点，既可以实现精密位移输出，又可以精密力输出。作为一种新型的驱动器在精密机械、光学、半导体微元件和数字储存等领域广泛应用。
预紧力作为轴承系统的重要参数，轴承乃至主轴系统的性能将产生直接影响。传统的轴承预紧力施加方式主要是在轴承安装时决定的，不能根据轴承运行的状态进行实时调节，很大程度上限制了轴承使用的潜能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，具体技术方案如下：
一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，包括基座、驱动主轴、支撑架、碟簧垫、支撑板、压电陶瓷固定座、轴承套、测力仪、位置调节螺栓、压电陶瓷、碟簧、轴承a和轴承b和联轴器；
所述基座上设有键槽，用于放置支撑板；
所述支撑架和支撑板均通过螺栓固定在基座上；
所述支撑架内部设有圆孔，且设置在同一轴线上；
所述驱动主轴和轴承套放置在支撑架的圆孔内；
所述碟簧垫和测力仪通过螺栓固定在支撑板上；
所述压电陶瓷固定座上设有压电陶瓷的位置孔，侧面开有导线的洞孔槽；
所述碟簧垫上设有连接位置调节螺栓的螺纹，用于方便安装位置调节螺栓，对压电陶瓷的安装过程中细微调节；
轴承a和轴承b安装在转子上，轴承a外圈一端设有轴承垫圈，轴承b外圈一端设有碟簧；
所述轴承a和轴承b放置在轴承套内；
碟簧设置在压电陶瓷和轴承b外圈之间；
所述联轴器连接转子和驱动主轴。
所述的一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，其优选方案为所述支撑板呈梯形结构。
所述的一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，其优选方案为所述通过在转子上设计轴肩确定轴承a和轴承b的位置。
一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置工作原理：所述的压电陶瓷输出的预紧力通过碟簧传递到轴承外圈，传递轴承的内圈，在传递转子，在传递到轴承，传递到轴承垫圈，最终传递到测力仪，这种传递方式将压电陶瓷与轴承分离固定，利用作用力与反作用力的关系，可以通过测力仪直接测试出轴承预紧力的变化情况；
本发明一种基于压电陶瓷的主轴简化模型轴承预紧力控制实验装置的工作流程是：通过控制驱动主轴为主轴-轴承简化系统提供不同工作转速，进而为轴承提供不同转速，由于简化轴承系统非常方便布置各种传感器，通过传感器监测到的数据表示系统的工作状况，并通过测力计实时监测主轴-轴承系统预紧力的变化情况，并通过压电陶瓷改变主轴-轴承系统的预紧力，进而观测主轴-轴承系统的性能。
本发明的有益效果：本发明对压电陶瓷的精密位移与力输出特性进行应用，可以完成无负载、不同转速条件下，预紧力对主轴轴承性能的影响分析，为提升电主轴系统的加工精度和智能化主轴的研发提供理论依据。为了方便主轴轴承预紧力的实时监测，采用分离式设计方法，将原有的围绕主轴壳体进行固定安装的方式，转换为轴承系统与压电陶瓷驱动系统分离安装的方式，位置通过安装在基座上的支撑板确定，并应用压电陶瓷的微位移和力输出特性将两者顶紧。本发明将传统的主轴整体结构进行分离式设计，使得轴承预紧力可以通过平面测力仪直接测试，并去除了主轴内部电机等干扰因素，可以直观的反应不同转速、空载条件下，轴承预紧力对主轴系统性能的影响。本发明为设计高效、稳定、快速响应的轴承预紧力控制系统提供技术支持。因此采用此结构具有显著的经济效益。
附图说明
图1为一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置结构示意图；
图2为主轴轴承系统结构示意图；
图3为基座连接示意图。
图中，1-基座 2-驱动主轴 3-支撑架 4-碟簧垫 5-支撑板 6-压电陶瓷固定座 7-轴承套 8-测力仪 9-轴承a 10-位置调节螺栓 11-压电陶瓷 12-碟簧 13-转子 14轴承b15-轴承垫圈 16-联轴器。
具体实施方式
如图1-3所示一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，包括基座1、驱动主轴2、支撑架3、碟簧垫4、支撑板5、压电陶瓷固定座6、轴承套7、测力仪8、位置调节螺栓10、压电陶瓷11、碟簧12、轴承a9、轴承b14和联轴器16；
所述基座1上设有键槽，用于放置支撑板5；
所述支撑架3和支撑板5均通过螺栓固定在基座1上；
所述支撑架3内部设有圆孔，且设置在同一轴线上；
所述驱动主轴2和轴承套7放置在支撑架3的圆孔内；
所述碟簧垫4和测力仪8通过螺栓固定在支撑板5上；
所述压电陶瓷固定座6上设有压电陶瓷11的位置孔，侧面开有导线的洞孔槽；
所述碟簧垫4上设有连接位置调节螺栓10的螺纹，用于方便安装位置调节螺栓，对压电陶瓷的安装过程中细微调节；
轴承a9和轴承b14安装在转子13上，轴承a9外圈一端设有轴承垫圈15，轴承b14外圈一端设有碟簧12；
所述轴承a9和轴承b14放置在轴承套7内；
碟簧12设置在压电陶瓷11和轴承b14外圈之间；
所述联轴器16连接转子13和驱动主轴2。
所述支撑板5呈梯形结构。
所述通过在转子13上设计轴肩确定轴承a9和轴承b14的位置。
一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置工作原理：所述的压电陶瓷11输出的预紧力通过碟簧12传递到轴承外圈，传递轴承的内圈，在传递转子13，在传递到轴承，传递到轴承垫圈15，最终传递到测力仪8，这种传递方式将压电陶瓷11与轴承分离固定，利用作用力与反作用力的关系，可以通过测力仪8直接测试出轴承预紧力的变化情况；
本发明一种基于压电陶瓷的主轴简化模型轴承预紧力控制实验装置的工作流程是：通过控制驱动主轴为主轴-轴承简化体统提供不同工作转速，进而为轴承提供不同转速，由于简化轴承系统非常方便布置各种传感器，通过传感器监测到的数据表示系统的工作状况，并通过测力计实时监测主轴-轴承系统预紧力的变化情况，并通过压电陶瓷改变主轴-轴承系统的预紧力，进而观测主轴-轴承系统的性能。
Claims (3)
1.一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，其特征在于：包括基座、驱动主轴、支撑架、碟簧垫、支撑板、压电陶瓷固定座、轴承套、测力仪、位置调节螺栓、压电陶瓷、碟簧、轴承a、轴承b和联轴器；
所述基座上设有键槽，用于放置支撑板；
所述支撑架和支撑板均通过螺栓固定在基座上；
所述支撑架内部设有圆孔，且设置在同一轴线上；
所述驱动主轴和轴承套放置在支撑架的圆孔内；
所述碟簧垫和测力仪通过螺栓固定在支撑板上；
所述压电陶瓷固定座上设有压电陶瓷的位置孔，侧面开有导线的洞孔槽；
所述碟簧垫上设有连接位置调节螺栓的螺纹，用于方便安装位置调节螺栓，对压电陶瓷的安装过程中细微调节；
轴承a和轴承b安装在转子上，轴承a外圈一端设有轴承垫圈，轴承b外圈一端设有碟簧；
所述轴承a和轴承b放置在轴承套内；
碟簧设置在压电陶瓷和轴承b外圈之间；
所述联轴器连接转子和驱动主轴。
2.如权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，其特征在于：所述支撑板呈梯形结构。
3.如权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的主轴轴承预紧力控制实验装置，其特征在于：所述通过在转子上设计轴肩确定轴承a和轴承b的位置。
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