CN110094413A - 一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，包括轴承瓦块、位移传感器、控制器、直流电压、压电陶瓷衬层、通电正极和通电负极和继电器；其中，压电陶瓷衬层过盈配合套装在轴承瓦块内侧，使用时，压电陶瓷衬层间隙配合套装在轴颈上，轴颈水平位移传感器和轴颈竖直位移传感器分别安装在轴颈附近且以轴颈为中心呈垂直相对安装，用于采集轴颈的位置、振动信号；通电正极和通电负极分别安装在压电陶瓷衬层的周向上，控制器用于控制继电器，进而将直流电压经由通电正极和通电负极施加在到压电陶瓷衬层上，控制压电陶瓷衬层的伸长或缩短；从而主动控制油膜厚度和形状，改变轴承工作状况。本发明可根据工况的改变而改变轴承间隙。

Description

一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承

技术领域

本发明属于机械设计与控制领域，具体涉及一种适用于宽域工况的基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承。

背景技术

滑动轴承具有承载能力大、工作平稳、可靠性高、噪声低、寿命长等优点，广泛应用于国防军工、电力化工、航天航空、交通运输等对国民经济具有重要影响的相关领域。轴承间隙是影响径向滑动轴承静动特性的最重要设计参数，间隙过小，剪切摩擦损失过大，轴承发热严重，稳定性不佳。轴承间隙过大，动压效应受限，承载力不足，最小油膜过低，易造成磨损胶合。传统工作于单一工况的轴承，通过合理的仿真设计可使轴承工作在最优间隙。

随着工业向智能化和定制化方向发展，大型关键装备的工况条件呈现出复杂多变的发展趋势。例如，分布式发电设备根据需求的不同主动调节发电量，其轴承的转速和载荷也会发生相应的改变。又例如，线材轧机根据轧制规格的不同其轧制力和轧制速度也显著不同，故其轴承的工作状态也具有显著差异，涵盖了低速、高速、轻载、重载等多种工况。不同工况条件对轴承间隙的需求是往往是不一样的，如在低速重载工况，轴承需要有较小的间隙，以保证具有足够的承载力和足够的油膜厚度，但在高速轻载工况，轴承又需要有较大的间隙，以提高润滑油量，限制轴承的温升。传统固定间隙的滑动轴承只能根据某一种或有限几种工况进行折中设计，故只能在特定工况下才能够达到最优的工作状态。

发明内容

为了解决传统轴承只能在特定工况下才能达到最优工作状态的问题，本发明提供了一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，其基于压电陶瓷特性，根据工况的改变而改变轴承间隙。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，包括轴承瓦块、轴颈水平位移传感器和轴颈竖直位移传感器、控制器、直流电压、压电陶瓷衬层、通电正极和通电负极和继电器；其中，

压电陶瓷衬层过盈配合套装在轴承瓦块内侧，使用时，压电陶瓷衬层间隙配合套装在轴颈上，轴颈水平位移传感器和轴颈竖直位移传感器分别安装在轴颈附近且以轴颈为中心呈垂直相对安装，用于采集轴颈的位置、振动信号；通电正极和通电负极分别安装在压电陶瓷衬层的周向上，控制器用于控制继电器，进而将直流电压经由通电正极和通电负极施加在到压电陶瓷衬层上，控制压电陶瓷衬层的伸长或缩短；从而主动控制油膜厚度和形状，改变轴承工作状况。

本发明进一步的改进在于，还包括温度传感器，其设置在轴承瓦块上，用于采集轴承瓦块的温度，并传输给控制器。

本发明进一步的改进在于，轴承瓦块包括配合使用的轴承上瓦和轴承下瓦。

本发明进一步的改进在于，通电正极和通电负极呈180°夹角分别安装在压电陶瓷衬层的周向上。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，通过在轴承瓦块内侧过盈配合有压电陶瓷衬层，进而通过控制器、继电器等为压电陶瓷施加不同的正反电压，精确控制其形变量。概括来说，本发明具有如下的优点：

1、相较于传统固定间隙滑动轴承，该装置可根据工况的不同主动调节轴承间隙，可实现最优的温度、振动控制等，克服了传统径向滑动轴承最优工作区间窄，变工况适应性差等问题。

2、通过在轴瓦内壁嵌入压电陶瓷实现间隙的连续可控调节，其宏观尺寸与传统滑动轴承一致，无需额外的安装空间，具有结构紧凑、可靠性高的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为轴承横截面示意图。

附图标记说明：

1是轴颈，2是轴颈水平位移传感器，3是轴颈竖直位移传感器，4是温度传感器，5是控制器，6是直流电压，7是压电陶瓷衬层，8是通电正极，9是通电负极，10是轴承上瓦，11是轴承下瓦，12是继电器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步解释说明：

如图1所示，本发明提供的一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，由轴承上瓦10和轴承下瓦11组成，压电陶瓷衬层7过盈装配在径向滑动轴承上，轴颈水平位移传感器2和轴颈竖直位移传感器3分别安装在轴颈1附近且以轴颈1为中心呈垂直相对安装，用于采集轴颈1的位置、振动信号，温度传感器4位于轴承瓦块上，用于采集轴承瓦块的温度，控制器5控制继电器12，将直流电压6经由通电正极8和通电负极9施加在到压电陶瓷衬层7上，控制压电陶瓷衬层7的伸长或缩短；从而主动控制油膜厚度和形状，改变轴承工作状况。

本发明提供的一种基于压电陶瓷的间隙可调径向滑动轴承，该间隙可调径向滑动轴承包括间隙可调的径向滑动轴承和检测控制驱动装置两部分。径向滑动轴承分为轴承上瓦10和轴承下瓦11，在检测控制驱动系统中，轴颈水平位移传感器2和轴颈竖直位移传感器3安装在滑动轴承轴颈1附近与控制器5相连以检测轴颈1的位置变化和振动信号，压电陶瓷7过盈配合于径向滑动轴承内环且受控制器5的电压控制进行适当形变。实时检测、自动控制驱动器，根据不同复杂工况下的最优间隙，可改变不同的电压从而改变压电陶瓷7的伸缩位移量，继而改变滑动轴承的间隙。

通过控制器5改变直流电压6大小，压电陶瓷7受到不同直流电压大小作用下，会发生不同程度的偏移量。

通电正极8和通电负极9是给压电陶瓷7输入直流电压6的接口，并且通电正极8和通电负极9外层有绝缘材料，防止和轴承瓦块导电。

本发明的工作过程如下：

在本发明装置中，控制器5通过轴颈水平位移传感器2和轴颈竖直位移传感器3进行采集轴颈的位置情况和振动信号，同时通过温度传感器4采集瓦块的温度，对采集到的信息进行分析，当控制器5分析结果需要加大轴承间隙时，给压电陶瓷7增加适当电压，使其产生位移量，当需要减小轴承间隙时，将施加给压电陶瓷7的电压适当减小，使压电陶瓷7缩短，通过调控，轴承能够运行在最优的工作状态；由以上智能控制轴承内压电陶瓷7的变形，控制轴承间隙，改变轴承油膜厚度和形状，改变轴承工作状况；调整后轴颈1的位置和振动信号继续由轴颈水平位移传感器2和轴颈竖直位移传感器3进行检测，瓦块温度由温度传感器4检测，进一步对轴承工作状况进行智能控制，以保证在各种复杂工况下径向滑动轴承一直处于最优工作状态。

Claims (4)

1.一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，其特征在于，包括轴承瓦块、轴颈水平位移传感器(2)和轴颈竖直位移传感器(3)、控制器(5)、直流电压(6)、压电陶瓷衬层(7)、通电正极(8)和通电负极(9)和继电器(12)；其中，

压电陶瓷衬层(7)过盈配合套装在轴承瓦块内侧，使用时，压电陶瓷衬层(7)间隙配合套装在轴颈(1)上，轴颈水平位移传感器(2)和轴颈竖直位移传感器(3)分别安装在轴颈(1)附近且以轴颈(1)为中心呈垂直相对安装，用于采集轴颈(1)的位置、振动信号；通电正极(8)和通电负极(9)分别安装在压电陶瓷衬层(7)的周向上，控制器(5)用于控制继电器(12)，进而将直流电压(6)经由通电正极(8)和通电负极(9)施加在到压电陶瓷衬层(7)上，控制压电陶瓷衬层(7)的伸长或缩短；从而主动控制油膜厚度和形状，改变轴承工作状况。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，其特征在于，还包括温度传感器(4)，其设置在轴承瓦块上，用于采集轴承瓦块的温度，并传输给控制器(5)。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，其特征在于，轴承瓦块包括配合使用的轴承上瓦(10)和轴承下瓦(11)。

4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的间隙可控径向滑动轴承，其特征在于，通电正极(8)和通电负极(9)呈180°夹角分别安装在压电陶瓷衬层(7)的周向上。