一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其包括：軸承密封件，安裝基座（6），調(diào)整環(huán)（8）和壓電陶瓷執(zhí)行器（7），其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器包括：安裝底座（702），壓電陶瓷堆定位圈（701），壓電陶瓷堆（708），輸出軸（707），彈性變形體（706），每個(gè)軸承沿圓周方向均勻布置若干個(gè)執(zhí)行器，分別控制軸承上該若干位置的預(yù)緊力，工作過(guò)程中，對(duì)軸承圓周方向上幾個(gè)位置的預(yù)緊力進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量值分別控制相應(yīng)位置的壓電陶瓷執(zhí)行器，輸出合適的位移和力對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊。本裝置實(shí)現(xiàn)了軸承預(yù)緊力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，滿足了在不同工況下旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)軸承旋轉(zhuǎn)精度、剛度和壽命的要求。
【專利說(shuō)明】一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中軸承預(yù)緊力的自調(diào)節(jié)裝置，屬機(jī)械與控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中一般使用滾動(dòng)軸承作為旋轉(zhuǎn)軸的支承。對(duì)于角接觸球軸承的使用，其必須在有預(yù)緊力的情況下才能正常工作。預(yù)緊力不僅可以消除軸承的軸向間隙，降低噪聲和振動(dòng)，還可以提高軸承的剛度，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有較好的回轉(zhuǎn)精度、剛性、熱特性等，從而提高其使用壽命。
[0003]一般地，預(yù)緊力越大，提高旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的剛度和旋轉(zhuǎn)精度的效果越好；但是預(yù)緊力越大，鋼球?qū)L道的摩擦力也越大，溫升越高，可能會(huì)造成軸承的燒傷，從而引起旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行故障。以機(jī)床主軸為例，軸承預(yù)緊力的大小對(duì)主軸運(yùn)行精度、剛性和壽命有很大影響。在主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，主軸剛度等性能在不同工況下的要求不一，根據(jù)機(jī)床的加工工況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)軸承的預(yù)緊力，使主軸達(dá)到較好的綜合性能，具有重大意義。
[0004]目前，關(guān)于預(yù)緊力的控制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了一定的理論探討和實(shí)驗(yàn)研究。按照控制形式來(lái)分一般為兩類。第一類是從改變軸承結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā)設(shè)計(jì)一種特種軸承，但特種軸承的制造復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度不高。而當(dāng)軸承在工作過(guò)程中出現(xiàn)正常或非正常的磨損和疲勞破壞時(shí)，更換軸承勢(shì)必要重新調(diào)整整個(gè)機(jī)械與控制系統(tǒng)，給維修帶來(lái)了不必要的麻煩，因而很大程度上限制了特種軸承的使用。第二類是使用獨(dú)立的預(yù)緊力控制器實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力補(bǔ)償。一種簡(jiǎn)單的方式就是使用彈性的中間環(huán)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性環(huán)，例如，浙江大學(xué)設(shè)計(jì)的一種預(yù)緊力控制器，其結(jié)構(gòu)為中空密閉的圓形構(gòu)件，通過(guò)調(diào)控空腔中流體的壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承預(yù)緊力的控制。該方法通過(guò)液壓系統(tǒng)在軸承的整個(gè)外圈上施加均勻的預(yù)緊力，實(shí)際應(yīng)用中，由于存在軸承加工誤差、基座安裝孔加工誤差、軸承安裝誤差等問(wèn)題，上述方法將使得軸承中每個(gè)滾珠受到的預(yù)緊力大小不一。不均勻的預(yù)緊力將降低軸承的壽命和剛性,而且,加工大直徑的中間圓環(huán)比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的、可在軸承圓周方向若干個(gè)點(diǎn)獨(dú)立施加預(yù)緊力的、結(jié)構(gòu)緊湊合理的軸承預(yù)緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軸承不同區(qū)域施加不同的預(yù)緊力，使軸承中滾珠受力均勻，提高軸承綜合性能。
[0006]本發(fā)明能夠解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，它包括:軸承密封件，安裝基座，調(diào)整環(huán)和壓電陶瓷執(zhí)行器，其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器包括:安裝底座，壓電陶瓷堆定位圈，壓電陶瓷堆，輸出軸，彈性變形體。
[0008]其中，所述軸承密封件包括迷宮密封外圈和迷宮密封內(nèi)圈，所述迷宮密封外圈固定在主軸上，和主軸上的軸肩共同固定角接觸球軸承的內(nèi)圈，所述迷宮密封內(nèi)圈和壓電陶瓷執(zhí)行器共同固定角接觸球軸承的外圈，所述調(diào)整環(huán)可在軸承的安裝過(guò)程中對(duì)軸承預(yù)緊力進(jìn)行初步的調(diào)節(jié)，所述壓電陶瓷執(zhí)行器安裝在安裝基座的內(nèi)孔中，所述輸出軸直接作用在軸承的外圈上。
[0009]其中，所述的壓電陶瓷堆安裝在執(zhí)行器安裝底座的內(nèi)孔中，所述的壓電陶瓷定位圈對(duì)壓電陶瓷堆定位，同時(shí)對(duì)壓電陶瓷堆位移輸出軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)壓電陶瓷堆施加不同的電壓，執(zhí)行器能夠輸出不同的位移，以調(diào)整對(duì)軸承的預(yù)緊力。
[0010]其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器使用圓形膜片式微位移傳遞結(jié)構(gòu)。
[0011]其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器中通過(guò)使用電阻應(yīng)變片對(duì)圓形膜片的變形進(jìn)行測(cè)量，從而能夠得出執(zhí)行器輸出位移的大小。
[0012]其中，在第一個(gè)軸承的外圈均勻分布安裝有4個(gè)壓電陶瓷執(zhí)行器，在另一個(gè)軸承的外圈均勻分布安裝有4個(gè)壓電陶瓷執(zhí)行器，與第一個(gè)軸承上的執(zhí)行器在圓周方向上相差45°交錯(cuò)。
[0013]其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器還包括內(nèi)六角螺釘，彈簧墊圈和電阻應(yīng)變片。
[0014]所述的壓電陶瓷執(zhí)行器中，輸出軸直接由壓電陶瓷堆驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生微位移。
[0015]所述的壓電陶瓷執(zhí)行器中，通過(guò)調(diào)節(jié)壓電陶瓷的輸入電壓，壓電陶瓷執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)不同位移的輸出以滿足軸承不同位置預(yù)緊力的需要。
[0016]本發(fā)明取得了以下的技術(shù)效果:
[0017]1.本發(fā)明中涉及的壓電陶瓷執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軸承上若干個(gè)點(diǎn)施加預(yù)緊力，能夠針對(duì)軸承不同點(diǎn)施加合適的預(yù)緊力補(bǔ)償；
[0018]2.本發(fā)明中涉及的壓電陶瓷執(zhí)行器通過(guò)使用圓形膜片的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微位移的測(cè)量，可以控制對(duì)壓電陶瓷執(zhí)行器的位移輸出。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為機(jī)床主軸裝配圖；
[0020]圖2為軸承壓電陶瓷執(zhí)行器的安裝示意圖；
[0021]圖3為壓電陶瓷執(zhí)行器裝置；
[0022]圖4為圖3所示壓電陶瓷執(zhí)行器的剖視圖
[0023]圖中標(biāo)記:
[0024]1-主軸，2-迷宮密封外圈固定用內(nèi)六角螺釘，3-迷宮密封外圈，4-迷宮密封內(nèi)圈，5-迷宮密封內(nèi)圈固定用內(nèi)六角螺釘，6-安裝基座，7-壓電陶瓷執(zhí)行器，8-調(diào)整環(huán)，9-主軸軸承，701-壓電陶瓷堆定位圈，702-固定底座，703-彈性變形體固定用內(nèi)六角螺釘，704-彈簧墊圈，705-電阻應(yīng)變片，706-彈性變形體，707-輸出軸，708-壓電陶瓷堆。
[0025]具體實(shí)施方法
[0026]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方法。
[0027]如圖1所示，主軸I采用中空設(shè)計(jì)，零件和夾具體安裝在主軸的空腔內(nèi)，使用一個(gè)直徑比較大的角接觸球軸承9作為支承，主軸I的密封采用迷宮密封的方式。迷宮密封的外圈3通過(guò)內(nèi)六角螺釘2固定在主軸I上，迷宮密封的外圈隨著主軸一起旋轉(zhuǎn)。迷宮密封的外圈3和主軸I的軸肩對(duì)軸承的內(nèi)圈進(jìn)行固定。迷宮密封的內(nèi)圈4通過(guò)內(nèi)六角螺釘5固定在安裝基座6上，其與壓電陶瓷執(zhí)行器7共同固定軸承的外圈，并且在安裝的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)整環(huán)8來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承預(yù)緊力的初步調(diào)節(jié)。壓電陶瓷執(zhí)行器7通過(guò)內(nèi)六角螺釘可以安裝在安裝基座6的內(nèi)孔中，內(nèi)孔中加工凹槽以方便壓電陶瓷執(zhí)行器的安裝。
[0028]圖2顯示壓電陶瓷執(zhí)行器在軸承圓周方向上的安裝布置方式，執(zhí)行器分為兩組:1組和2組，每組對(duì)一個(gè)軸承施加作用，對(duì)單個(gè)軸承均勻布置4個(gè)壓電陶瓷執(zhí)行器。另一個(gè)軸承則使用同樣的方式安裝壓電陶瓷執(zhí)行器，不同的是壓電陶瓷執(zhí)行器與前一個(gè)軸承的執(zhí)行器在圓周方向上相差45°。
[0029]圖3示出壓電陶瓷執(zhí)行器的示意圖，圖4為壓電陶瓷執(zhí)行器的剖視圖。該壓電陶瓷執(zhí)行器為一種基于壓電陶瓷材料的微位移執(zhí)行器，包括:安裝底座702，壓電陶瓷堆定位圈701，壓電陶瓷堆708，輸出軸707，彈性變形體706，內(nèi)六角螺釘703，彈簧墊圈704和電阻應(yīng)變片705。
[0030]壓電陶瓷執(zhí)行器使用圓形膜片式微位移傳遞結(jié)構(gòu)。圓形膜片式柔性結(jié)構(gòu)不僅具有集中式柔性結(jié)構(gòu)的零件少，無(wú)摩擦、磨損及傳動(dòng)間隙，自身具有回程反力的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有柔性部分在變形時(shí)無(wú)應(yīng)力集中、疲勞強(qiáng)度高、制造較為容易等優(yōu)點(diǎn)。在圓形膜片上貼有4個(gè)電阻應(yīng)變片，圓形膜片的一側(cè)粘貼2個(gè)電阻應(yīng)變片，分布在直徑方向上。在圓形膜片另一側(cè)的對(duì)稱位置同樣粘貼兩個(gè)電阻應(yīng)變片，能夠測(cè)量出圓形膜片的應(yīng)變，以計(jì)算得知壓電陶瓷執(zhí)行器輸出軸707的位移輸出值的大小。
[0031]上述安裝在軸承上的8個(gè)壓電陶瓷執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立控制，根據(jù)軸承不同測(cè)量點(diǎn)的預(yù)緊力大小，可以給軸承不同位置施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力補(bǔ)償。
[0032]本發(fā)明的組裝以及工作過(guò)程如下:
[0033]I)將組裝好的壓電陶瓷執(zhí)行器7分別按照要求安裝在安裝基座6的空腔中；
[0034]2)將一側(cè)的角接觸球軸承的外圈安裝到基座的孔中，然后將主軸通過(guò)吊裝機(jī)器放置到合適的安裝位置。再將同側(cè)軸承的內(nèi)圈安裝在主軸上，同時(shí)將軸承的內(nèi)圈和外圈安裝到合適位置；
[0035]3)主軸另一側(cè)的軸承內(nèi)外圈按照步驟2)中的方法進(jìn)行安裝；
[0036]4)安裝一側(cè)的迷宮密封內(nèi)圈，通過(guò)內(nèi)六角螺釘5固定在機(jī)床的基座上，同時(shí)使用調(diào)整環(huán)8初步調(diào)整軸承的預(yù)緊力。然后將這一側(cè)的迷宮密封的外圈安裝好，通過(guò)內(nèi)六角螺釘2固定在主軸上。
[0037]5)另一側(cè)迷宮密封裝置的安裝同步驟4)；
[0038]6)對(duì)機(jī)床進(jìn)行試運(yùn)行，測(cè)試機(jī)床。使用測(cè)試的結(jié)果來(lái)調(diào)整調(diào)整墊片的厚度，以對(duì)軸承初始預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整；
[0039]7)通過(guò)步驟6)的調(diào)節(jié)，機(jī)床的軸承工作較穩(wěn)定。在機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量軸承各測(cè)量點(diǎn)的預(yù)緊力大小，結(jié)合機(jī)床的工作狀況對(duì)軸承相應(yīng)點(diǎn)獨(dú)立地施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。使軸承具有較好的工作性能，提高機(jī)床的使用性能。
[0040]綜上，在有軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中，首先要對(duì)軸承的預(yù)緊力進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。預(yù)緊力的測(cè)量點(diǎn)可以分布在軸承圓周方向的若干個(gè)點(diǎn)，從而可以依據(jù)不同位置測(cè)量的軸承預(yù)緊力大小，利用壓電陶瓷執(zhí)行器在軸承的幾個(gè)作用點(diǎn)上施加不同的預(yù)緊力，以使軸承滾珠受力均勻，能夠提高軸承的剛度以及主軸的旋轉(zhuǎn)精度等特性。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明保護(hù)的范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，它包括:軸承密封件，安裝基座(6)，調(diào)整環(huán)(8)和壓電陶瓷執(zhí)行器(7)，其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器包括:安裝底座(702)，壓電陶瓷堆定位圈(701)，壓電陶瓷堆(708)，輸出軸(707)，彈性變形體(706)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其中，所述軸承密封件包括迷宮密封外圈(3 )和迷宮密封內(nèi)圈(4)，所述迷宮密封外圈(3 )固定在主軸(I)上,和主軸(I)上的軸肩共同固定角接觸球軸承的內(nèi)圈,所述迷宮密封內(nèi)圈(4)和壓電陶瓷執(zhí)行器(7)共同固定角接觸球軸承的外圈，所述調(diào)整環(huán)(8)可在軸承的安裝過(guò)程中對(duì)軸承預(yù)緊力進(jìn)行初步的調(diào)節(jié)，所述壓電陶瓷執(zhí)行器(7)安裝在安裝基座(6)的內(nèi)孔中，所述輸出軸直接作用在軸承的外圈上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其中，所述的壓電陶瓷堆(708)安裝在執(zhí)行器安裝底座(702)的內(nèi)孔中，所述的壓電陶瓷定位圈(701)對(duì)壓電陶瓷堆(708)定位，同時(shí)對(duì)壓電陶瓷堆(708)位移輸出軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)壓電陶瓷堆(708)施加不同的電壓，執(zhí)行器能夠輸出不同的位移，以調(diào)整對(duì)軸承的預(yù)緊力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器使用圓形膜片式微位移傳遞結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器中通過(guò)使用電阻應(yīng)變片對(duì)圓形膜片的變形進(jìn)行測(cè)量，從而能夠得出執(zhí)行器輸出位移的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其中在第一個(gè)軸承的外圈均勻分布安裝有4個(gè)壓電陶瓷執(zhí)行器，在另一個(gè)軸承的外圈均勻分布安裝有4個(gè)壓電陶瓷執(zhí)行器，與第一個(gè)軸承上的執(zhí)行器在圓周方向上相差45°交錯(cuò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電陶瓷執(zhí)行器的軸承預(yù)緊力自調(diào)節(jié)裝置，其中，所述壓電陶瓷執(zhí)行器還包括內(nèi)六角螺釘(703)，彈簧墊圈(704)和電阻應(yīng)變片(705)。
【文檔編號(hào)】F16H57/022GK103573979SQ201310487292
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】孫容磊, 汪正國(guó) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)