CZ305789B6 - Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska - Google Patents

Abstract

Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska pro uložení ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska, sestávající z ložiskového tělesa, které zahrnuje spodní a horní část (1 a 2), ložiskové pouzdro (3), piezoaktuátory (4) s úchyty (5) a pružné elementy (6), přičemž pro aktivní pohyb ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska jsou v horní části (2) ložiskového tělesa uspořádány piezoaktuátory (4), jež jsou umístěny mezi ložiskovým pouzdrem (3) a úchyty (5), přičemž požadovaného předpětí piezoaktuátorů (4) je dosaženo nastavením poloh pružných elementů (6) pomocí stavěcích šroubů (7).

Description

(54) Název vynálezu:

Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska (57) Anotace:

Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska pro uložení ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska, sestávající z ložiskového tělesa, které zahrnuje spodní a horní část (1 a 2), ložiskové pouzdro (3), piezoaktuátory (4) s úchyty (5) a pružné elementy (6), přičemž pro aktivní pohyb ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska jsou v horní části (2) ložiskového tělesa uspořádány piezoaktuátory (4), jež jsou umístěny mezi ložiskovým pouzdrem (3) a úchyty (5), přičemž požadovaného předpětí piezoaktuátorů (4) je dosaženo nastavením poloh pružných elementů (6) pomocí stavěčích šroubů (7).

Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti aktivního řízení pohybu ložiskových pouzder kluzných radiálních ložisek aplikací aktivního řízení přímo v ložiskovém stojanu.

Dosavadní stav techniky

Během několika posledních let bylo objeveno, že nestabilitu rotoru tj. pohyblivé části pohonného systému opatřené ložisky, vyvolanou účinky olejového filmu lze potlačit aktivním řízením pohybu ložiskového pouzdra.

Doposud byla nestabilita rotoru potlačována použitím vhodné geometrie kluzných ploch, která existuje např. u víceplochých nebo segmentových ložisek. V některých případech však nestabilitu rotoru vyvolanou účinky olejového filmu nelze zcela potlačit pouhou změnou geometrie ložiskových ploch ale je třeba na ložiskové pouzdro aktivně působit. Aktivního působení lze např. dosáhnout použitím aktivního ložiskového stojanu se zabudovanými piezoaktuátory.

V přihlášce US 4 643 592 je popsáno zařízení pro omezení mechanických vibrací rotačních strojů. Toto zařízení obsahuje jeden nebo více detektorů polohy na hřídeli rotoru, počítač s pamětí a řídicím algoritmem pro manipulaci se signály přicházejícími z detektorů, elektronický regulátor pro manipulaci s hydraulickými ventily, pohyblivé podložky, kluzná ložiska, pomocné čerpací systémy, pohyblivé nosné podložky a pohony fungující pod kontrolou počítače, který kontroluje a reguluje optimální otáčky přístroje. Vynález se zaměřuje na potlačování nechtěných vibrací, aktivní prvky jsou hydraulické.

V přihlášce US 6 304 409 je popsáno řešení, které se týká zařízení zejména pro ukládání dat na disk v elektromagnetické podobě. Zařízení zlepšuje operační výkon tím, že detekuje a ruší translační pohyby a vibrace aktuátoru, způsobené deformací ložiska. Disková jednotka obsahuje základní plošinu nesoucí rotační kotouč a rotační pohon.

V dokumentu CS 260929 je popsáno vodicí ložisko pro vrata s vertikálním pohybem, sestávající z plunžru, který je uložen v kluzáku. Kluzák je spojen s rámem dveří pomocí svorníku a příložky. Uvnitř plunžru je pružina, která slouží jako zásobník energie a zajišťuje samostlačitelnost ložiska. Vodicí ložisko lze využít u vrat výrobních hal, seníků a dalších zemědělských staveb. Vodicí ložisko se pohybuje ve vedení, které je tvořeno U profilem. Vodicí ložisko sestává z kluzáku, na němž je umístěn plunžr, přičemž tento plunžr je v podstatě dutý válec opatřený průchozím otvorem, a je veden v příložce, která má průchozí otvory a je přivařena na rám. Rám s plechovou nebo dřevěnou výplní tvoří vrata. Spojení mezi vraty a kluzákem je zajištěno pomocí svorníku, který je hlavou zapuštěn do kluzáku, prochází plunžrem a končí nad otvorem v rámu. Svorník je k plunžru připevněn maticí a k rámu pomocí aretační matice. Pružina uložena v dutině plunžru slouží jako zásobník energie pro vyvození příčného pohybu kluzáku. Při posouvání vrat se ložisko posouvá ve vedení.

V patentu CZ 304672 je popsán způsob a zařízení pro aktivní řízení hydrodynamických kluzných ložisek s pohyblivým pouzdrem. Zařízení rozšiřuje provozní otáčky použitím elektronické stabilizační zpětné vazby zprostředkované piezoaktuátory, které ovládají regulátory polohy. Jejich žádané hodnoty jsou výstupem dvouparametrového regulátoru se vstupem do polohy regulátoru a se vstupem do polohy hřídele vzhledem k ložiskovému tělesu. Pouzdrem pohybují dva piezoaktuátory umístěné po stranách hřídele. První piezoaktuátor je umístěn v rovině kolmé na osu hřídele. Druhý piezoaktuátor je rovněž umístěn v rovině kolmé na osu hřídele a je pootočen o 90° vůči prvnímu piezoaktuátoru. Pohyb pouzdra vzhledem k ložiskovému tělesu umožňují pružné

- 1 CZ 305789 B6 členy. Polohu hřídele vůči ložiskovému tělesu je možné zjistit ve dvou vzájemně kolmých směrech pomocí dvou snímačů přiblížení, které jsou umístěny po stranách hřídele. První snímač přiblížení je umístěn v rovině kolmé k ose hřídele. Druhý snímač přiblížení je rovněž umístěn v rovině kolmé k ose hřídele a pootočen o 90° oproti prvnímu snímači. Regulační odchylky jsou výsledkem porovnání tzv. žádaných poloh hřídele ve dvou směrech. Tyto polohy jsou porovnány se skutečnou polohou, která je zjištěna pomocí snímačů přiblížení. Zjištěné odchylky vstupují do dvouparametrového regulátoru.

Z přihlášky JP 2008094327 je pak známo zařízení, které efektivně snižuje vibrace přenášené z podvozku do vnitřní podlahové desky železničního vozidla. Aktuátor je vložen mezi boční nosník s rámem a podlahu vozidla. Když se vibrace generované z podlahového zařízení přenáší do bočního nosníku, může být vibrační síla snížena, nebo zcela zrušena tím, že na tomto místě vytváří aktuátor budicí síly v reverzní fázi jako u vibrací. Tím je dosaženo vyššího komfortu v kabině železničního vozidla. Aktuátor je přitom pevně uložen mezi bočním nosníkem a podvozkem pomocí šroubu na držáku.

Nevýhodou všech vyjmenovaných řešení je skutečnost, že pro aplikaci aktivního řízení pohybu ložiskových pouzder kluzných radiálních ložisek je třeba použít prvky umístěné mimo ložiskové uložení, tedy mimo ložiskový stojan.

Cílem vynálezu je navržení aktivního ložiskového stojanu pro řízení kluzných ložisek s použitím piezoaktuátorů, který řeší zejména možnost aplikace aktivního řízení přímo v ložiskovém stojanu.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo sestavou aktivního ložiskového stojanu a ložiska pro uložení ložiskového pouzdra kluzného radiálního ložiska, sestávajícího z ložiskového tělesa, které zahrnuje spodní a horní část, ložiskové pouzdro, piezoaktuátory s úchyty, které jsou upevněny horní části ložiskového tělesa prostřednictvím upevňovacích šroubů s maticemi a pružných elementů s ůchytnými šrouby a stavěcími šrouby, jehož podstata spočívá v tom, že pro aktivní pohyb ložiskového pouzdra kluzného radiálního ložiska, jsou v horní části ložiskového tělesa uspořádány piezoaktuátory, jenž jsou umístěny mezi ložiskovým pouzdrem a úchyty, přičemž požadovaného předpětí piezoaktuátorů je dosaženo nastavením polohy pružných elementů pomocí stavěčích šroubů.

Podstata řešení spočívá v tom, že pohyb ložiskového pouzdra kluzného radiálního ložiska, je aktivně řízen prostřednictvím piezoaktuátorů uspořádaných mezi ložiskovým pouzdrem a úchyty, přičemž požadovaného předpětí piezoaktuátorů je dosaženo nastavením polohy pružných elementů pomocí stavěčích šroubů, přičemž upořádáním piezoaktuátorů mezi ložiskovým pouzdrem a příslušnými úchyty lze nastavit jak žádanou polohu ložiskového pouzdra, tak i vhodné předpětí pružných elementů.

Výhodné je, že upořádáním piezoaktuátorů mezi ložiskovým pouzdrem a příslušnými úchyty lze nastavit jak žádanou polohu ložiskového pouzdra, tak i vhodné předpětí pružných elementů.

Objasnění výkresů

Vynález je dále přiblížen pomocí výkresů, kde obr. 1 až 2, představují příčné řezy rozdílných provedení ložiskových stojanů podle tohoto vynálezu.

-2CZ 305789 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález řeší sestavu aktivního ložiskového stojanu a ložiska, jehož jedna varianta je znázorněna na obr. 1. Aktivní stojan v tomto provedení sestává ze spodní části 1 ložiskového tělesa a horní části 2 ložiskového tělesa a ložiskového pouzdra 3. V horní části 1 ložiskového tělesa jsou provedeny otvory 11, v nichž jsou uspořádány piezoaktuátory 4, jenž se opírají o ložiskové pouzdro 3 a jsou upevněné pomocí úchytů 5, šroubů 8 a matic 9. Na straně protilehlé piezoaktuátorům 4 jsou proti ložiskovému pouzdru 3 uspořádány pružné elementy 6, které jsou na jednom konci uchyceny šrouby 10 ke spodní části ložiskového tělesa L Druhý konec pružných elementů 6 se opírá o stavěči šrouby 7, které umožňují jednak ustavit polohu ložiskového pouzdra 3 v ložiskovém tělese, jednak nastavit předpětí pružných elementů 6.

Funkce aktivního ložiskového stojanu je následující:

K. potlačení nestability nebo přejezdu kritických otáček je nutno vyvolat řízený pohyb ložiskového pouzdra 3 uvnitř ložiskového tělesa prostřednictvím vestavěných piezoaktuátorů 4. Použité piezoaktuátory 4 bez předpětí mohou vyvinout pouze tlakovou sílu. Sílu v opačném směruje proto třeba vyvodit pružnými členy 6. Ložiskové pouzdro 3 je ustaveno do středu ložiskového tělesa posouváním úchytů 5 pomocí matic 9 na svornících 8. Potřebné předpětí piezoaktuátorů 4 je nastaveno šrouby 7, které posouvají volný konec pružného elementu 6. Otvory 13 slouží pro měření polohy ložiskového pouzdra.

Jiná varianta sestavy aktivního ložiskového stojanu a ložiska je znázorněna na obr. 2. Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska v tomto provedení rovněž sestává ze spodní části 1 ložiskového tělesa a horní části 2 ložiskového tělesa a ložiskového pouzdra 3. U tohoto ložiskového stojanu jsou piezoaktuátory 4 rovněž umístěny uvnitř ložiskového tělesa. Použity však jsou piezoaktuátory 4 s průchozím otvorem a jsou umístěny mezi ložiskovým pouzdrem 3 a pružnými elementy 6, jejichž předpětí lze nastavit pomocí šroubů 7.

Funkce aktivního ložiskového stojanu je následující.

Ložiskové pouzdro 3 je ustaveno do středu ložiskového tělesa posouváním úchytů 5 pomocí matic 9 na šroubech 8. Předpětí piezoaktuátorů 4 je nastaveno šrouby 7, které posouvají polohu volného konce pružného elementu 6. Poloha ložiskového pouzdra uvnitř tělesa se měří pomocí tyček zasunutých do otvorů 13 v piezoaktuátorech 4. Aby nedocházelo k úniku oleje, jsou otvory zaslepeny zátkami 12.

Průmyslová využitelnost

Aktivní ložiskový stojan a ložisko podle tohoto vynálezu lze použít ve strojích s vysokými otáčkami a zatížením hřídele a všude tam, kde valivá ložiska nemají dostatečnou životnost pro zatížení vnější dráhy odstředivou silou valivého členu, například v uložení vřeten pro vysokorychlostní obrábění, v centrifugách, v setrvačnících pro uchování kinematické energie a v gyroskopech. Aktivně řízená ložiska lze použít i pro hladší přejezd ohybových kritických otáček rotoru.

Claims (3)

1. Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska pro uložení ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska, sestávající z ložiskového tělesa, které zahrnuje spodní a horní část (1 a 2), ložiskové pouzdro (3), piezoaktuátory (4) s úchyty (5) a pružné elementy (6), vyznačující se tím, že pro aktivní pohyb ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska jsou v horní části (2) ložiskového tělesa uspořádány piezoaktuátory (4), jež jsou umístěny mezi ložiskovým pouzdrem (3) a úchyty (5), přičemž požadovaného předpětí piezoaktuátorů (4) je dosaženo nastavením poloh pružných elementů (6) pomocí stavěčích šroubů (7).

2. Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska pro uložení ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska podle nároku 1, vyznačující se tím, že první konec piezoaktuátoru (4) je v dotyku s ložiskovým pouzdrem (3), zatímco jeho druhý konec se opírá o úchyt (5), přičemž na straně protilehlé piezoaktuátoru (4) jsou proti ložiskovému pouzdru (3) uspořádány pružné elementy (6), jejichž jeden konec je uchycen ve spodní části (1) ložiskového tělesa a druhý konec se opírá o stavěči šroub (7).

3. Sestava aktivního ložiskového stojanu a ložiska pro uložení ložiskového pouzdra (3) kluzného radiálního ložiska podle nároků 1 a 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že pro měření polohy ložiskového pouzdra (3) vzhledem k ložiskovému tělesu jsou piezoaktuátory (4) opatřeny průchozími otvory.