一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置的制造方法
一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能旋转机械和轴承支承技术领域，具体涉及一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置。
【背景技术】
[0002]滚动轴承因其摩擦阻力小、尺寸标准化、互换性强、结构紧凑、精度高、适合大批量生产、摩擦温升和功耗低等特点得到了广泛的应用。然而现代产业对于轴承精度要求越来越高，尤其在高速转动工况下对于轴承-转子部件的振动十分敏感。轴承-转子系统的精度直接影响最终输出精度，想要达到较高的精度，需要高精度的轴承、高精度的转子部件、性能极好的材料以及细致的装配，而这些均提高了生产、制造以及维护维修的成本。对于传统支承方式来说，只有磁悬浮轴承具有主动控制的特性，但成本极高。对于支承部件的主动控制能够很好的达到提升转子的旋转精度，保证能够达到更高的要求。另外，滚动轴承发热、寿命以及运转精度等均与轴承的预紧力密切相关。对于一般高速旋转机械装配误差和发热是不可避免的，装配误差和发热会引起轴长度的变化，引起轴承预紧力变化造成轴承工作寿命缩短、精度下降、甚至发生抱轴失效等。
[0003]智能材料(装置)是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。通常智能材料(装置)是由压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金等基本材料与相应的机械结构、控制单元等共同构成的复杂系统。智能材料(装置)是国内外研宄热点，但国内方面讲智能材料应用于旋转机械状态控制尤其是在轴承方面的应用并不多。CN103825396介绍了一种电主轴振动主动控制装置，利用压电陶瓷驱动器实现对于电主轴轴承支承刚度和主轴轴心位置的调节，进而减小电主轴振动。但是，装置仅能进行调节轴承组件的径向位置，不能保证轴承预紧力在运转中保持适合，更重要的是，该装置需要另外一套检测系统来了解转轴的振动情况、轴心位置以及轴承工作状态，从而进行振动的控制。
[0004]可以看出，旋转机械提高精度、延长寿命的难度很大，不但需要从加工制造装配等方面进行考虑，而且需要从设计上考虑采用新型材料、主动控制与检测以及保证轴承的良好工作状态等方面。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，旨在解决现有技术中提高旋转机械旋转精度困难、主动控制与检测成本较高以及难以保证滚动轴承良好的工作环境等问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，包括基座、滚珠套筒、套筒、轴承座、振动控制组件、弹簧垫片、弹簧、弹簧座、压紧螺母、预紧力控制组件，所述轴承座上均布多组振动控制组件，所述振动控制组件由其外部的套筒压紧，套筒外装有滚珠套筒，滚珠套筒装于基座内；所述基座上均布多组预紧力控制组件，所述预紧力控制组件右端支承有弹簧垫片，所述弹簧安装于弹簧座内并压紧弹簧垫片，弹簧座上设均布的多个弹簧安装孔，弹簧座与轴承座连接，轴承安装在轴承座内，并由压紧螺母压紧于转轴上。
[0007]所述振动控制组件由压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于振动控制组件安装槽内，振动控制组件安装槽开设在轴承座外表面上，振动控制组件安装槽设有连接外部的电器槽。
[0008]所述预紧力控制组件为超磁致伸缩驱动器或压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于基座内的预紧力控制组件安装槽上，预紧力控制组件安装槽设有连接外部的电器孔。
[0009]所述滚珠套筒为环形套筒，滚珠套筒上开有多组滚珠孔，滚珠孔内嵌有滚珠。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下突出的实质性特点和显著的优点:
1、本发明的装置能够检测轴承多个方位的振动情况和轴承预紧力大小，给与控制分析所需的足够信息；
2、本发明的装置的振动主动控制部分能够执行径向二维平面内的复杂微小位移，从而实现支承部件的主动控制，即控制转轴的振动大小、轴心轨迹和间接控制轴承刚度；
3、本发明的装置的预紧力控制组件能够消除装配误差和转子受膨胀带来的轴承预紧力变化，从而保证轴承预紧力适合，保证轴承的高可靠性和更长的工作寿命；
4、本发明的装置结构紧凑、简单，利于加工制造和维护。
【附图说明】
[0011]图1是本发明装置的剖面示意图。
[0012]图2是本发明装置轴承座的三视图。
[0013]图3是本发明装置的基座剖视图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明的具体实施例加以详细说明。本具体实施例采用两个滚动轴承进行支承，需要说明的是所支承的转轴两端应由两组本发明的装置或由一组本发明的装置和一组传统支承方式进行支承。
[0015]如图1所示，本实施例的转轴6由两个滚动轴承进行支承，左滚动轴承5和右滚动轴承14之间由外隔垫11和内隔垫12隔开，两个滚动轴承由压紧螺母13压紧在转轴6上，两滚动轴承装于轴承座4内。本实施例中轴承座4外表面开设三个振动控制组件安装槽401，并安装有三组振动控制组件7。振动控制组件7由其外部的套筒3压紧，套筒3外部装有滚珠套筒2。由于滚珠套筒2为环形套筒，套筒上开有多组滚珠孔，滚珠孔内嵌有滚珠，所以其内部的套筒3、轴承座4和轴承可在转轴6长度发生变化时滑动。滚珠套筒2外部为基座I，对于不同的机械装置，机械装置的壳体可以直接作为基座I。本实施例中基座I上开设有4个预紧力控制组件安装槽102，其内对应装有四个预紧力控制组件16，组件的线路通过电器孔101与外部相连接。预紧力控制组件16右端支承有弹簧垫片8，可通过弹簧垫片8的多少来调节最初轴承预紧力的大小。弹簧9安装于弹簧座10内，其预紧力通过弹簧座10传递给轴承座4，进而传递给两个滚动轴承，本实施例中轴承座4与弹簧座10通过四个螺栓15连接。转轴6两端可对称布置两组本发明的装置对转轴进行支承，若转轴一端采用本发明的装置而另一端采用传统支承方式，本发明的装置的预紧力可以通过转轴6传递给传统支承方式的轴承，从而对转轴6两端的轴承进行定压预紧。
[0016]结合图1和图2，上述振动控制组件7由压电陶瓷驱动器其下部的压电陶瓷片构成，安装于振动控制组件安装槽401内，振动控制组件安装槽401左边设有连接外部的电器槽402，用于放置组件的电线。振动信号由压电陶瓷片进行监测，并通过一定的处理得出压电陶瓷驱动器的动作信号，由压电陶瓷驱动器对轴承座施加一定力产生微小的径向位移，从而减小主轴振动，使得主轴运转更加平稳。
[0017]结合图1和图3，上述预紧力控制组件16在本实施例中为压电陶瓷驱动器和其右部的压电陶瓷片构成，安装于基座I内的预紧力控制组件安装槽102内，预紧力控制组件安装槽102设有连接外部的电器孔101，用于放置组件的电线。弹簧所施加的预紧力由压电陶瓷片进行监测，并通过一定的处理得出压电陶瓷驱动器的动作信号。若预紧力减小，压电陶瓷驱动器推动弹簧垫片向右，弹簧受压从而增大预紧力；若预紧力增大，压电陶瓷驱动器推动弹簧垫片向左，弹簧受压从而减小预紧力。这样就可以保证轴承预紧力适合，从而保证轴承处于良好的工作状态，延长轴承寿命，保证系统的可靠性。
【主权项】
1.一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，包括基座(1)、滚珠套筒(2)、套筒(3)、轴承座(4)、振动控制组件(7)、弹簧垫片(8)、弹簧(9)、弹簧座(10)、压紧螺母(13)、预紧力控制组件(16)，其特征在于:所述轴承座(4)上均布多组振动控制组件(7)，所述振动控制组件(7)由其外部的套筒(3)压紧，套筒(3)外装有滚珠套筒(2)，滚珠套筒(2)装于基座(I)内；所述基座(I)上均布多组预紧力控制组件(16)，所述预紧力控制组件(16)右端支承有弹簧垫片(8)，所述弹簧(9)安装于弹簧座(10)内并压紧弹簧垫片(8)，弹簧座(10)上设均布的多个弹簧安装孔，弹簧座(10)与轴承座(4)连接，轴承安装在轴承座(4)内，并由压紧螺母(13)压紧于转轴上。
2.根据权利要求1所述的主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，其特征在于:所述振动控制组件(7)由压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于振动控制组件安装槽(401)内，振动控制组件安装槽(401)开设在轴承座(4)外表面上，振动控制组件安装槽(401)设有连接外部的电器槽(402)。
3.根据权利要求1所述的主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，其特征在于:所述预紧力控制组件(16)为超磁致伸缩驱动器或压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于基座(I)内的预紧力控制组件安装槽(102)上，预紧力控制组件安装槽(102)设有连接外部的电器孔(101)。
4.根据权利要求1所述的主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，其特征在于:所述滚珠套筒(2)为环形套筒，滚珠套筒(2)上开有多组滚珠孔，滚珠孔内嵌有滚珠。
【专利摘要】本发明公开了一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，轴承座上均布多组振动控制组件并由套筒压紧，套筒外装有滚珠套筒，滚珠套筒装于基座内；基座上均布多组与弹簧垫片接触的预紧力控制组件，弹簧座与轴承座连接，轴承安装在轴承座内，并由压紧螺母压紧于转轴上。振动控制组件能够测量轴承振动并输出径向位移，从而主动控制振动；预紧力控制组件能够测量弹簧力并调节弹簧力大小，从而保持合适的预紧力。本发明的装置结构紧凑、简单，能够同时主动控制振动和预紧力，保证旋转机械的精度并能延长其工作寿命。
【IPC分类】F16C39-06, F16C35-04
【公开号】CN104806646
【申请号】CN201510206837
【发明人】沈远, 李松生, 黄小泵, 赵翠莲
【申请人】上海大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月28日
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能旋转机械和轴承支承技术领域，具体涉及一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置。
【背景技术】
[0002]滚动轴承因其摩擦阻力小、尺寸标准化、互换性强、结构紧凑、精度高、适合大批量生产、摩擦温升和功耗低等特点得到了广泛的应用。然而现代产业对于轴承精度要求越来越高，尤其在高速转动工况下对于轴承-转子部件的振动十分敏感。轴承-转子系统的精度直接影响最终输出精度，想要达到较高的精度，需要高精度的轴承、高精度的转子部件、性能极好的材料以及细致的装配，而这些均提高了生产、制造以及维护维修的成本。对于传统支承方式来说，只有磁悬浮轴承具有主动控制的特性，但成本极高。对于支承部件的主动控制能够很好的达到提升转子的旋转精度，保证能够达到更高的要求。另外，滚动轴承发热、寿命以及运转精度等均与轴承的预紧力密切相关。对于一般高速旋转机械装配误差和发热是不可避免的，装配误差和发热会引起轴长度的变化，引起轴承预紧力变化造成轴承工作寿命缩短、精度下降、甚至发生抱轴失效等。
[0003]智能材料(装置)是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。通常智能材料(装置)是由压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金等基本材料与相应的机械结构、控制单元等共同构成的复杂系统。智能材料(装置)是国内外研宄热点，但国内方面讲智能材料应用于旋转机械状态控制尤其是在轴承方面的应用并不多。CN103825396介绍了一种电主轴振动主动控制装置，利用压电陶瓷驱动器实现对于电主轴轴承支承刚度和主轴轴心位置的调节，进而减小电主轴振动。但是，装置仅能进行调节轴承组件的径向位置，不能保证轴承预紧力在运转中保持适合，更重要的是，该装置需要另外一套检测系统来了解转轴的振动情况、轴心位置以及轴承工作状态，从而进行振动的控制。
[0004]可以看出，旋转机械提高精度、延长寿命的难度很大，不但需要从加工制造装配等方面进行考虑，而且需要从设计上考虑采用新型材料、主动控制与检测以及保证轴承的良好工作状态等方面。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，旨在解决现有技术中提高旋转机械旋转精度困难、主动控制与检测成本较高以及难以保证滚动轴承良好的工作环境等问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，包括基座、滚珠套筒、套筒、轴承座、振动控制组件、弹簧垫片、弹簧、弹簧座、压紧螺母、预紧力控制组件，所述轴承座上均布多组振动控制组件，所述振动控制组件由其外部的套筒压紧，套筒外装有滚珠套筒，滚珠套筒装于基座内；所述基座上均布多组预紧力控制组件，所述预紧力控制组件右端支承有弹簧垫片，所述弹簧安装于弹簧座内并压紧弹簧垫片，弹簧座上设均布的多个弹簧安装孔，弹簧座与轴承座连接，轴承安装在轴承座内，并由压紧螺母压紧于转轴上。
[0007]所述振动控制组件由压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于振动控制组件安装槽内，振动控制组件安装槽开设在轴承座外表面上，振动控制组件安装槽设有连接外部的电器槽。
[0008]所述预紧力控制组件为超磁致伸缩驱动器或压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于基座内的预紧力控制组件安装槽上，预紧力控制组件安装槽设有连接外部的电器孔。
[0009]所述滚珠套筒为环形套筒，滚珠套筒上开有多组滚珠孔，滚珠孔内嵌有滚珠。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下突出的实质性特点和显著的优点:
1、本发明的装置能够检测轴承多个方位的振动情况和轴承预紧力大小，给与控制分析所需的足够信息；
2、本发明的装置的振动主动控制部分能够执行径向二维平面内的复杂微小位移，从而实现支承部件的主动控制，即控制转轴的振动大小、轴心轨迹和间接控制轴承刚度；
3、本发明的装置的预紧力控制组件能够消除装配误差和转子受膨胀带来的轴承预紧力变化，从而保证轴承预紧力适合，保证轴承的高可靠性和更长的工作寿命；
4、本发明的装置结构紧凑、简单，利于加工制造和维护。
【附图说明】
[0011]图1是本发明装置的剖面示意图。
[0012]图2是本发明装置轴承座的三视图。
[0013]图3是本发明装置的基座剖视图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明的具体实施例加以详细说明。本具体实施例采用两个滚动轴承进行支承，需要说明的是所支承的转轴两端应由两组本发明的装置或由一组本发明的装置和一组传统支承方式进行支承。
[0015]如图1所示，本实施例的转轴6由两个滚动轴承进行支承，左滚动轴承5和右滚动轴承14之间由外隔垫11和内隔垫12隔开，两个滚动轴承由压紧螺母13压紧在转轴6上，两滚动轴承装于轴承座4内。本实施例中轴承座4外表面开设三个振动控制组件安装槽401，并安装有三组振动控制组件7。振动控制组件7由其外部的套筒3压紧，套筒3外部装有滚珠套筒2。由于滚珠套筒2为环形套筒，套筒上开有多组滚珠孔，滚珠孔内嵌有滚珠，所以其内部的套筒3、轴承座4和轴承可在转轴6长度发生变化时滑动。滚珠套筒2外部为基座I，对于不同的机械装置，机械装置的壳体可以直接作为基座I。本实施例中基座I上开设有4个预紧力控制组件安装槽102，其内对应装有四个预紧力控制组件16，组件的线路通过电器孔101与外部相连接。预紧力控制组件16右端支承有弹簧垫片8，可通过弹簧垫片8的多少来调节最初轴承预紧力的大小。弹簧9安装于弹簧座10内，其预紧力通过弹簧座10传递给轴承座4，进而传递给两个滚动轴承，本实施例中轴承座4与弹簧座10通过四个螺栓15连接。转轴6两端可对称布置两组本发明的装置对转轴进行支承，若转轴一端采用本发明的装置而另一端采用传统支承方式，本发明的装置的预紧力可以通过转轴6传递给传统支承方式的轴承，从而对转轴6两端的轴承进行定压预紧。
[0016]结合图1和图2，上述振动控制组件7由压电陶瓷驱动器其下部的压电陶瓷片构成，安装于振动控制组件安装槽401内，振动控制组件安装槽401左边设有连接外部的电器槽402，用于放置组件的电线。振动信号由压电陶瓷片进行监测，并通过一定的处理得出压电陶瓷驱动器的动作信号，由压电陶瓷驱动器对轴承座施加一定力产生微小的径向位移，从而减小主轴振动，使得主轴运转更加平稳。
[0017]结合图1和图3，上述预紧力控制组件16在本实施例中为压电陶瓷驱动器和其右部的压电陶瓷片构成，安装于基座I内的预紧力控制组件安装槽102内，预紧力控制组件安装槽102设有连接外部的电器孔101，用于放置组件的电线。弹簧所施加的预紧力由压电陶瓷片进行监测，并通过一定的处理得出压电陶瓷驱动器的动作信号。若预紧力减小，压电陶瓷驱动器推动弹簧垫片向右，弹簧受压从而增大预紧力；若预紧力增大，压电陶瓷驱动器推动弹簧垫片向左，弹簧受压从而减小预紧力。这样就可以保证轴承预紧力适合，从而保证轴承处于良好的工作状态，延长轴承寿命，保证系统的可靠性。
【主权项】
1.一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，包括基座(1)、滚珠套筒(2)、套筒(3)、轴承座(4)、振动控制组件(7)、弹簧垫片(8)、弹簧(9)、弹簧座(10)、压紧螺母(13)、预紧力控制组件(16)，其特征在于:所述轴承座(4)上均布多组振动控制组件(7)，所述振动控制组件(7)由其外部的套筒(3)压紧，套筒(3)外装有滚珠套筒(2)，滚珠套筒(2)装于基座(I)内；所述基座(I)上均布多组预紧力控制组件(16)，所述预紧力控制组件(16)右端支承有弹簧垫片(8)，所述弹簧(9)安装于弹簧座(10)内并压紧弹簧垫片(8)，弹簧座(10)上设均布的多个弹簧安装孔，弹簧座(10)与轴承座(4)连接，轴承安装在轴承座(4)内，并由压紧螺母(13)压紧于转轴上。
2.根据权利要求1所述的主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，其特征在于:所述振动控制组件(7)由压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于振动控制组件安装槽(401)内，振动控制组件安装槽(401)开设在轴承座(4)外表面上，振动控制组件安装槽(401)设有连接外部的电器槽(402)。
3.根据权利要求1所述的主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，其特征在于:所述预紧力控制组件(16)为超磁致伸缩驱动器或压电陶瓷驱动器和压电陶瓷片构成，安装于基座(I)内的预紧力控制组件安装槽(102)上，预紧力控制组件安装槽(102)设有连接外部的电器孔(101)。
4.根据权利要求1所述的主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，其特征在于:所述滚珠套筒(2)为环形套筒，滚珠套筒(2)上开有多组滚珠孔，滚珠孔内嵌有滚珠。
【专利摘要】本发明公开了一种主动控制振动与预紧力的滚动轴承支承装置，轴承座上均布多组振动控制组件并由套筒压紧，套筒外装有滚珠套筒，滚珠套筒装于基座内；基座上均布多组与弹簧垫片接触的预紧力控制组件，弹簧座与轴承座连接，轴承安装在轴承座内，并由压紧螺母压紧于转轴上。振动控制组件能够测量轴承振动并输出径向位移，从而主动控制振动；预紧力控制组件能够测量弹簧力并调节弹簧力大小，从而保持合适的预紧力。本发明的装置结构紧凑、简单，能够同时主动控制振动和预紧力，保证旋转机械的精度并能延长其工作寿命。
【IPC分类】F16C39-06, F16C35-04
【公开号】CN104806646
【申请号】CN201510206837
【发明人】沈远, 李松生, 黄小泵, 赵翠莲
【申请人】上海大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月28日
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