CN109667914B - 一种自适应偏心调节的高速旋转机构 - Google Patents

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Abstract

一种自适应偏心调节的高速旋转机构，包括装配在一起的动子和定子，动子与驱动机构连接高速旋转，在动子和定子之间设有压电晶体材料层，压电晶体材料层和定子一同支撑动子，压电晶体材料层的外圆面沿圆周设有多个电极Ⅰ，内圆面上沿圆周设有多个电极Ⅱ，电极Ⅰ和电极Ⅱ均正负成对设置，且每对电极中的电极Ⅰ和电极Ⅱ均位于动子的同一法线上，所述压电晶体材料层通过压电传感器与控制系统连接，压电传感器将采集到的电压信号反馈给控制系统，控制系统接收到电压信号后控制所述电极Ⅰ和电极Ⅱ通电。本发明在高速运行时可以自适应进行偏心调节，解决因偏心带来的动平衡问题，提高交通工具乘坐的舒适性和安全性，同时延长相关机构的使用寿命。

Description

一种自适应偏心调节的高速旋转机构
技术领域
本发明属于交通运输领域，具体涉及一种自适应偏心调节的高速旋转机构。
背景技术
在现代交通运输工具的使用中，包括汽车轴承、高铁轴承和飞机涡轮在内的高速旋转机构在运行的过程中，经常会出现因转动偏心所导致的噪音、振动，从而影响相关高速旋转机构的使用寿命，削弱产品的使用舒适度体验，严重者会带来巨大的安全隐患。随着人们生活水平的提高，提供一种更加舒适，安全的交通工具成为了现实需求，因此，如何能够解决交通工具中所使用的高速旋转机构的偏心转动就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应偏心调节的高速旋转机构，应用于汽车、高铁、飞机等交通工具上，使得这些交通工具所使用的高速旋转机构在高速运行时可以自适应进行偏心调节，解决因偏心带来的动平衡问题，提高交通工具乘坐的舒适性和安全性，同时延长相关机构的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种自适应偏心调节的高速旋转机构，包括装配在一起的动子和定子，动子与驱动机构连接高速旋转，在动子和定子之间设有压电晶体材料层，压电晶体材料层和定子一同支撑动子，压电晶体材料层的外圆面沿圆周设有多个电极Ⅰ，压电晶体材料层的内圆面上沿圆周设有多个电极Ⅱ，电极Ⅰ和电极Ⅱ均正负成对设置，且每对电极中的电极Ⅰ和电极Ⅱ均位于动子的同一法线上，所述压电晶体材料层通过压电传感器与控制系统连接，压电传感器将采集到的压电场电压信号以及动子的旋转时间、旋转速度和旋转初相位信息反馈给控制系统，由控制系统控制所述电极Ⅰ和电极Ⅱ通电，抵消压电场。
所述的电极Ⅰ为正电极，所述的电极Ⅱ为负电极。
所述的电极Ⅰ为负电极，所述的电极Ⅱ为正电极。
所述压电晶体材料层固定在所述的动子上。
所述压电晶体材料层固定在所述的定子上。
所述控制系统为PLC控制系统或者单片机控制系统。
本发明的工作原理以及技术效果是：
高速旋转机构在运行时，动子在驱动机构作用下高速旋转，由于旋转中心偏心的存在，动子对定子形成一个周期性的压力，在该周期性压力作用下，压电晶体材料层相应的形成周期性的压电场，与压电晶体材料层相接触的压电传感器将该压电场的电压信号以及动子的旋转时间、旋转速度和旋转初相位的信息采集并发送给所连接的控制系统，控制系统根据所接收的信号，控制成对电极组成的自适应上电环通电，形成与压电场周期相同、方向相反的逆电场，抵消压电场，从而使得压电晶体材料层恢复原形状，完成对动子偏心距的调节，偏心距调节完成后，压电场电压为零。
本发明的有益效果是：
本发明可以防止动子偏心带来的振动，延长相关产品使用寿命，对于交通运输工具来说，应用此结构的高速旋转机构能够运行的更加平稳，交通工具的乘坐舒适度也能得到很大的提高；除此之外，由于本发明的采用，还可以降低相关机构的使用和维护费用30%以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是正压电效应原理示意图；
图3是逆压电效应原理示意图；
图中标记：1、动子，2、定子，3、压电晶体材料层，4、电极Ⅰ，5、电极Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体的实施方式，对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明对动子偏心距的调节是利用了压电效应，下面对压电效应的原理进行简单的说明，以利于对本发明技术方案的理解。
压电效应分为正压电效应和逆压电效应，如图2所示为正压电效应的原理图，图3所示为逆压电效应的原理图。
正压电效应：某些压电材料在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，如图2（b）、图2（c）所示。当外力去掉后，压电材料又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。压电材料不受外力的不带电状态如图2（a）所示。
逆压电效应：当在压电材料的极化方向上施加电场，这些压电材料也会发生变形，如图3（b）、图3（c）所示；电场去掉后，压电材料的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。压电材料未加电场情况如图3（a）所示。
如图1所示，本发明所述的一种自适应偏心调节的高速旋转机构，包括相配合的动子1和定子2，动子1与驱动机构相连，在驱动机构的驱动下作高速旋转，在动子1和定子2之间设有压电晶体材料层3，压电晶体材料层3可以和定子2镶嵌连接，由动子1对压电晶体材料层3形成冲击压力，或者压电晶体材料层3与动子1镶嵌连接，由定子2对压电晶体材料层3形成冲击压力，在压电晶体材料层3的外圆面沿圆周设有多个电极Ⅰ4，压电晶体材料层3的内圆面上沿圆周设有多个电极Ⅱ5，电极Ⅰ4和电极Ⅱ5均正负成对设置，以组成自适应上电环，且每对电极中的电极Ⅰ4和电极Ⅱ5均位于动子1的同一法线上，所述压电晶体材料层3通过压电传感器与控制系统连接，所述控制系统为PLC控制系统或者单片机控制系统。
高速旋转机构在高速运行时，如果动子1出现偏心，压电晶体材料层3就会受到挤压变形，形成压电场，压电传感器采集压电场的电压信号反馈给控制系统，控制系统接收到电压信号后控制所述电极Ⅰ4和电极Ⅱ5通电，形成与压电晶体材料层3所形成的压电场方向相反、周期相同的逆电场，使得压电晶体材料层3反向变形对偏心距进行调整，消除偏心距。
所述控制系统控制电极Ⅰ4和电极Ⅱ5通电时，两电极的电压可以通过以下公式确定：
V = -A(x·ω +θ)
其中： V为电极电压值，A为压电场的最高电压值，x为动子的旋转时间，从动子开始旋转计时，ω为动子的旋转速度，θ为动子旋转的初相位值；动子的旋转时间、旋转速度以及初相位均由压电传感器获得，并发送给控制系统。

Claims (6)

1.一种自适应偏心调节的高速旋转机构，包括装配在一起的动子（1）和定子（2），动子（1）与驱动机构连接高速旋转，其特征在于：在动子（1）和定子（2）之间设有压电晶体材料层（3），压电晶体材料层（3）和定子（2）一同支撑动子（1），压电晶体材料层（3）的外圆面沿圆周设有多个电极Ⅰ（4），压电晶体材料层（3）的内圆面上沿圆周设有多个电极Ⅱ（5），电极Ⅰ（4）和电极Ⅱ（5）均正负成对设置，且每对电极中的电极Ⅰ（4）和电极Ⅱ（5）均位于动子（1）的同一法线上，所述压电晶体材料层（3）通过压电传感器与控制系统连接，压电传感器将采集到的压电场电压信号以及动子（1）的旋转时间、旋转速度和旋转初相位信息反馈给控制系统，由控制系统控制所述电极Ⅰ（4）和电极Ⅱ（5）通电，抵消压电场。
2.根据权利要求1所述的一种自适应偏心调节的高速旋转机构，其特征在于：所述的电极Ⅰ（4）为正电极，所述的电极Ⅱ（5）为负电极。
3.根据权利要求1所述的一种自适应偏心调节的高速旋转机构，其特征在于：所述的电极Ⅰ（4）为负电极，所述的电极Ⅱ（5）为正电极。
4.根据权利要求1所述的一种自适应偏心调节的高速旋转机构，其特征在于：所述压电晶体材料层（3）固定在所述的动子（1）上。
5.根据权利要求1所述的一种自适应偏心调节的高速旋转机构，其特征在于：所述压电晶体材料层（3）固定在所述的定子（2）上。
6.根据权利要求1所述的一种自适应偏心调节的高速旋转机构，其特征在于：所述控制系统为PLC控制系统或者单片机控制系统。
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