專利名稱：近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)及其電激勵方式的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種懸浮軸承，具體涉及一種近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)及其電激勵方式。
背景技術：
軸承是機械產(chǎn)品中不可或缺的重要零部件，在機械產(chǎn)品設計中占有重要地位，并 且已被廣泛地應用于生產(chǎn)實踐中的各個領域。目前的軸承主要分為兩大類，滾動軸承和滑 動軸承。從潤滑方式上講，可分為液體、半液體、固體和氣體幾大類，此外還有磁懸浮等一些 特殊類型的軸承。這些軸承都各具特點，應用在不同的領域當中。以超聲振動利用為特征的壓電超聲技術近年來得到快速發(fā)展，超聲波的生成與轉 換變得容易且結構簡單，而聲懸浮技術和聲懸浮理論在不斷完善，超聲波振動具有減摩與 懸浮的能力，這已經(jīng)被研究所證實?，F(xiàn)有技術唐方圓.凹柱面支撐超聲波懸浮軸承設計與 實驗研究，吉林大學碩士學位論文[D].吉林2009年6月.此篇文獻中采用了兩個夾心 式換能器，一個用于對軸系的徑向懸浮支撐，另一個用于軸系的單向軸向定位，從而實現(xiàn)對 軸系的懸浮支撐。不足之處，當軸轉速達到一定值后出現(xiàn)力或力偶的不平衡使軸發(fā)生抖動 而失穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種結構簡單的近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)及其電激勵方式。一種近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)，安裝于轉軸上，其特征在于該系統(tǒng)由第一環(huán)形 壓電陶瓷片、第一碗形定子、軸承、皮帶、傳動電機、第二環(huán)形壓電陶瓷片、第二碗形定子、 皮帶輪組成；其中皮帶輪安裝于轉軸中間，并與第一球形結構、第二球形結構、皮帶、傳 動電機構成皮帶輪傳動系統(tǒng)；轉軸兩端分別固連有第一球型結構、第二球形結構；第一 碗形定子和第二碗形定子分別固連在轉軸兩端的球型結構上，第一環(huán)形壓電陶瓷片和 第二環(huán)形壓電陶瓷片分別粘貼在第一碗形定子和第二碗形定子的表面；上述第一環(huán)形 壓電陶瓷片和第二環(huán)形壓電陶瓷片結構相同，分成10個分區(qū)，弧長及極化方向依次為
>2+、M -、M+、 Α -、Λ4未極化、X+、H -、Λ4未極化、'M+、%未極化，其中第
一至第四分區(qū)構成A相極化區(qū)，第六、七分區(qū)構成B相極化區(qū)，第九分區(qū)構成用來提供頻率 自動跟蹤控制反饋信號的孤級區(qū)。上述近場超聲懸浮軸承的電激勵方式，其特征在于驅動方式分為兩種第一種方 式，在陶瓷片的A相和B相極化區(qū)依次接入兩相同相位的電壓信號，激勵碗形定子產(chǎn)生沿內(nèi) 表面的駐波，此驅動方式只為軸承提供徑向和軸向懸浮力，使其沿徑向和軸向懸浮和定位； 第二種方式，在陶瓷片的A相和B相極化區(qū)依次接入兩相相位相差90度的電壓信號，激勵 碗形定子產(chǎn)生沿內(nèi)表面的行波，此驅動方式除了為軸承提供徑向和軸向懸浮力，而且還可以為軸承提供旋轉的驅動力。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明結構更加緊湊，加工和裝配都易于實現(xiàn)較高的精 度，且提高了軸承抗動平衡能力，同時更便于安裝和應用。此軸承與外界沒有任何機械接 觸，不存在傳統(tǒng)的接觸式軸承產(chǎn)生的固體間的摩擦力，有效避免摩擦帶來的軸承損耗，軸承 壽命得到大幅度提高。


圖1是超聲懸浮軸承的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明超聲懸浮軸承的結構示意圖； 圖3是碗形定子B (0，4)模態(tài)權利要求
一種近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)，安裝于轉軸(3)上，其特征在于該系統(tǒng)由第一環(huán)形壓電陶瓷片(1)、第一碗形定子(2)、軸承(3)、皮帶(4)、傳動電機(5)、第二環(huán)形壓電陶瓷片(6)、第二碗形定子(7)、皮帶輪(9)組成；其中皮帶輪(9)安裝于轉軸(3)中間，并與第一球形結構(10)、第二球形結構(8)、皮帶(4)、傳動電機(5)構成皮帶輪傳動系統(tǒng)；轉軸兩端分別固連有第一球型結構(10)、第二球形結構(8)；第一碗形定子(2)和第二碗形定子(7)分別固連在轉軸兩端的球型結構上，第一環(huán)形壓電陶瓷片(1)和第二環(huán)形壓電陶瓷片(6)分別粘貼在第一碗形定子(2)和第二碗形定子(7)的表面；上述第一環(huán)形壓電陶瓷片(1)和第二環(huán)形壓電陶瓷片(6) 結構相同，分成10個分區(qū)，弧長及極化方向依次為+、 、+、 、未極化、+、 、未極化、+、未極化，其中第一至第四分區(qū)構成A相極化區(qū)，第六、七分區(qū)構成B相極化區(qū)，第九分區(qū)構成用來提供頻率自動跟蹤控制反饋信號的孤級區(qū)。
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2.根據(jù)權利要求1所述的近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)的電激勵方式，其特征在于驅動方 式分為兩種第一種方式，在陶瓷片的A相和B相極化區(qū)依次接入兩相同相位的電壓信號，激勵碗形 定子產(chǎn)生沿內(nèi)表面的駐波，此驅動方式只為軸承提供徑向和軸向懸浮力，使其沿徑向和軸 向懸浮和定位；第二種方式，在陶瓷片的A相和B相極化區(qū)依次接入兩相相位相差90度的電壓信號， 激勵碗形定子產(chǎn)生沿內(nèi)表面的行波，此驅動方式除了為軸承提供徑向和軸向懸浮力，而且 還可以為軸承提供旋轉的驅動力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近場超聲懸浮軸承系統(tǒng)及其電激勵方式，該近場超聲懸浮軸承包括環(huán)形陶瓷片、碗形定子、轉軸、皮帶輪以及傳動電機，轉軸位于碗形定子內(nèi)部，在碗形定子低端設置有環(huán)形陶瓷片。在環(huán)形陶瓷片上施加兩相異相位電壓可激發(fā)出碗形定子內(nèi)表面的行波，轉軸在此行波的作用下與碗形定子保持非接觸狀態(tài)且可高速旋轉，可作為驅動源；在環(huán)形陶瓷片上施加兩相且同相位電壓或單相電壓，可激發(fā)出碗形定子內(nèi)表面的駐波，此激勵狀態(tài)下，碗形定子只為軸承提供徑向及軸向懸浮力，不提供旋轉的動力。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明結構更加緊湊，摩擦干擾力矩小，大幅減小軸承磨損，同時增加軸承使用壽命等優(yōu)點。
文檔編號H02N15/00GK101976990SQ20101051691
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權日2010年10月25日
發(fā)明者李繁, 陳超 申請人:南京航空航天大學