CN215313710U - 一种提高超声波悬浮承载力的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种提高超声波悬浮承载力的装置，属于精密设备技术领域。本实用新型所述装置包括辐射头、变幅杆、压电陶瓷、法兰盘、增幅间隙、径向转轴、圆弧形凹坑织构，换能器的辐射头径向承载端面设有圆弧形凹坑织构，辐射头的两个侧面设有增幅间隙，辐射头与变幅杆连接，变幅杆与压电陶瓷连接，径向转轴由三个均匀分布的换能器共同支撑；法兰盘固定在压电陶瓷的上端。本实用新型所述通过径向转轴旋转时带动气体流动在织构区域形成动压效应，为超声波悬浮的径向转轴提供更高的承载力；在辐射头侧面加工增幅间隙通孔，进一步放大辐射头振幅，达到提高承载力的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种提高超声波悬浮承载力的装置，属于精密设备技术领域。
背景技术
超声波悬浮是一种利用辐射端面的高频振动，在辐射端面与悬浮物之间产生具有一定刚度的挤压气膜进行承载的技术。由于超声波悬浮物与径向承载端面无接触，因此，超声波悬浮技术具有摩擦力极小、无磨损、无需润滑的特点。此外，超声波悬浮的精度达到微米级别，因此适用于精密、轻载、高速的场合。
超声波悬浮的悬浮能力可以通过调节交流电频率来调节震动频率进而调节悬浮能力，还可以通过调节换能器中压电陶瓷和变幅杆的参数来调节振幅进而调节悬浮能力。但是，超声波悬浮的能力始终为微牛级别，
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种提高超声波悬浮承载力的装置，在以往不加圆弧形凹坑织构的换能器中，超声波悬浮的承载力主要是通过单一的高频振动形成具有一定刚度的气膜来提供；本实用新型通过在辐射端面加工织构，同时织构也可以提供承载力；在辐射头侧面加工增幅间隙通孔，增大振幅提升承载力；且可以通过调整织构和增幅间隙参数调节流体动压力和振幅来调节承载力的大小。
本实用新型通过以下技术方案实现：一种提高超声波悬浮承载力的装置，所述装置由3个换能器和一根径向转轴6组成，径向转轴6 由三个均匀分布的换能器共同支撑；所述换能器包括辐射头1、变幅杆2、压电陶瓷3、法兰盘4、增幅间隙5、圆弧形凹坑织构7，换能器的辐射头1径向承载端面设有圆弧形凹坑织构7，辐射头1的两个侧面设有增幅间隙5，辐射头1与变幅杆2连接，变幅杆2与压电陶瓷3连接，法兰盘4固定在压电陶瓷3的上端。
优选的，本实用新型所述圆弧形凹坑织构7的直径为1mm，深径比为β＝0.5，面积占有率为Sp＝30％；其中：
式中，h为织构深度，r为织构半径；L为控制单元格边长。
优选的，本实用新型所述增幅间隙5为加工在辐射头侧面的通孔，其宽度为3mm，长度为辐射头侧面长度的60％。
本实用新型的工作原理：
当图1中压电陶瓷3通入高频交流电时，压电陶瓷3会产生振动，同时带动变幅杆2和辐射头5振动，当辐射头5高频振动时，会在辐射头5和径向转轴6之间形成具有一定刚度的气膜，提供一定的承载力；当转轴6高速旋转时，会带动气膜间隙气体周向高速流动，当气体流过图2中变幅杆径向承载端面的圆弧形凹坑织构时，会由于圆弧形凹坑织构的存在形成收敛楔，气体流过收敛楔时产生动压效应，为超声波悬浮装置提供额外承载力；同时换能器辐射头侧面的增幅间隙使辐射端面产生更大的振幅，同样有利于承载力的提升。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型通过在换能器辐射头径向承载端面加工织构，利用流体动压效应提升超声波悬浮装置的承载能力。
(2)本实用新型通过在换能器辐射头侧面加工增幅间隙通孔，使辐射端面产生更大的振幅，有利于超声波悬浮装置承载能力的提升。
(3)本实用新型采用带有圆弧形凹坑织构和增幅间隙的辐射头，可以通过同时调整织构和增幅间隙的参数来调整超声波悬浮装置的承载性能。
附图说明
图1是本实用新型所述装置的结构示意图。
图2是换能器结构示意图，圆弧形凹坑织构加工在径向承载端面上。
图中：1-辐射头；2-变幅杆；3-压电陶瓷；4-法兰盘；5-增幅间隙；6-径向转轴；7-圆弧形凹坑织构。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种提高超声波悬浮承载力的装置，如图1～2所示，由3个换能器和一根径向转轴6组成，径向转轴6由三个均匀分布的换能器共同支撑；所述换能器包括辐射头1、变幅杆2、压电陶瓷3、法兰盘4、增幅间隙5、圆弧形凹坑织构7，换能器的辐射头1径向承载端面设有圆弧形凹坑织构7，辐射头1的两个侧面设有增幅间隙5，辐射头 1与变幅杆2连接，变幅杆2与压电陶瓷3连接，法兰盘4固定在压电陶瓷3的上端；所述圆弧形凹坑织构7的直径为1mm，深径比为β＝0.5，面积占有率为Sp＝30％；所述增幅间隙5为加工在辐射头侧面的通孔，其宽度为3mm，长度为辐射头侧面长度的60％。
本实施例中所述装置的使用过程为：当图1中压电陶瓷3通入高频交流电时，压电陶瓷会产生振动，同时带动变幅杆2和辐射头振动 5，当辐射头5高频振动时，会在辐射头5和径向转轴6之间形成具有一定刚度的气膜，提供一定的承载力；当转轴6高速旋转时，会带动气膜间隙气体周向高速流动，当气体流过图2中变幅杆径向承载端面的织构时，会由于圆弧形凹坑织构7的存在形成收敛楔，气体流过收敛楔时产生动压效应，为超声波悬浮装置提供额外承载力；同时换能器辐射头侧面的增幅间隙使辐射端面产生更大的振幅，同样有利于承载力的提升。
本实用新型通过两种方式来提高超声波悬浮的承载能力；(1) 在换能器辐射头径向承载端面增加圆弧形凹坑织构，利用转轴高速旋转时带动气体流动在织构区域形成流体动压效应提高承载力；(2) 在换能器辐射头侧面加工增幅间隙，可以较轻易的提升辐射端面的振幅，从而达到提升超声波悬浮能力的目的。
Claims (3)
1.一种提高超声波悬浮承载力的装置，其特征在于：所述装置由3个换能器和一根径向转轴(6)组成，径向转轴(6)由三个均匀分布的换能器共同支撑；所述换能器包括辐射头(1)、变幅杆(2)、压电陶瓷(3)、法兰盘(4)、增幅间隙(5)、圆弧形凹坑织构(7)，换能器的辐射头(1)径向承载端面设有圆弧形凹坑织构(7)，辐射头(1)的两个侧面设有增幅间隙(5)，辐射头(1)与变幅杆(2)连接，变幅杆(2)与压电陶瓷(3)连接法兰盘(4)固定在压电陶瓷(3)的上端。
2.根据权利要求1所述提高超声波悬浮承载力的装置，其特征在于：圆弧形凹坑织构(7)的直径为1mm，深径比为β＝0.5，面积占有率为Sp＝30％。
3.根据权利要求1所述提高超声波悬浮承载力的装置，其特征在于：增幅间隙(5)为加工在辐射头侧面的通孔，其宽度为3mm，长度为辐射头侧面长度的60％。
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