[发明专利]一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机构中轴承预紧力的自调节装置，属机械与控制领域。

背景技术

旋转机构中一般使用滚动轴承作为旋转轴的支承。对于角接触球轴承的使用，其必须在有预紧力的情况下才能正常工作。预紧力不仅可以消除轴承的轴向间隙，降低噪声和振动，还可以提高轴承的刚度，使旋转机构具有较好的回转精度、刚性、热特性等，从而提高其使用寿命。

一般地，预紧力越大，提高旋转机构的刚度和旋转精度的效果越好；但是预紧力越大，钢球对滚道的摩擦力也越大，温升越高，可能会造成轴承的烧伤，从而引起旋转机构的运行故障。以机床主轴为例，轴承预紧力的大小对主轴运行精度、刚性和寿命有很大影响。在主轴运转过程中，主轴刚度等性能在不同工况下的要求不一，根据机床的加工工况实时调节轴承的预紧力，使主轴达到较好的综合性能，具有重大意义。

目前,关于预紧力的控制,国内外学者已进行了一定的理论探讨和实验研究。按照控制形式来分一般为两类。第一类是从改变轴承结构的观点出发设计一种特种轴承，但特种轴承的制造复杂，标准化、通用化程度不高。而当轴承在工作过程中出现正常或非正常的磨损和疲劳破坏时，更换轴承势必要重新调整整个机械与控制系统，给维修带来了不必要的麻烦，因而很大程度上限制了特种轴承的使用。第二类是使用独立的预紧力控制器实现预紧力补偿。一种简单的方式就是使用弹性的中间环来代替传统的刚性环，例如，浙江大学设计的一种预紧力控制器，其结构为中空密闭的圆形构件，通过调控空腔中流体的压力，实现对轴承预紧力的控制。该方法通过液压系统在轴承的整个外圈上施加均匀的预紧力，实际应用中，由于存在轴承加工误差、基座安装孔加工误差、轴承安装误差等问题，上述方法将使得轴承中每个滚珠受到的预紧力大小不一。不均匀的预紧力将降低轴承的寿命和刚性，而且，加工大直径的中间圆环比较困难。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于压电陶瓷执行器的、可在轴承圆周方向若干个点独立施加预紧力的、结构紧凑合理的轴承预紧力自动调节装置，能够实现对轴承不同区域施加不同的预紧力，使轴承中滚珠受力均匀，提高轴承综合性能。

本发明能够解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置，它包括：轴承密封件，安装基座，调整环和压电陶瓷执行器，其中，所述压电陶瓷执行器包括：安装底座，压电陶瓷堆定位圈，压电陶瓷堆，输出轴，弹性变形体。

其中，所述轴承密封件包括迷宫密封外圈和迷宫密封内圈，所述迷宫密封外圈固定在主轴上，和主轴上的轴肩共同固定角接触球轴承的内圈，所述迷宫密封内圈和压电陶瓷执行器共同固定角接触球轴承的外圈，所述调整环可在轴承的安装过程中对轴承预紧力进行初步的调节，所述压电陶瓷执行器安装在安装基座的内孔中，所述输出轴直接作用在轴承的外圈上。

其中，所述的压电陶瓷堆安装在执行器安装底座的内孔中，所述的压电陶瓷定位圈对压电陶瓷堆定位，同时对压电陶瓷堆位移输出轴的运动进行导向，通过对压电陶瓷堆施加不同的电压，执行器能够输出不同的位移，以调整对轴承的预紧力。

其中，所述压电陶瓷执行器使用圆形膜片式微位移传递结构。

其中，所述压电陶瓷执行器中通过使用电阻应变片对圆形膜片的变形进行测量，从而能够得出执行器输出位移的大小。

其中，在第一个轴承的外圈均匀分布安装有4个压电陶瓷执行器，在另一个轴承的外圈均匀分布安装有4个压电陶瓷执行器，与第一个轴承上的执行器在圆周方向上相差45°交错。

其中，所述压电陶瓷执行器还包括内六角螺钉，弹簧垫圈和电阻应变片。

所述的压电陶瓷执行器中，输出轴直接由压电陶瓷堆驱动产生微位移。

所述的压电陶瓷执行器中，通过调节压电陶瓷的输入电压，压电陶瓷执行器可以实现不同位移的输出以满足轴承不同位置预紧力的需要。

本发明取得了以下的技术效果：

1.本发明中涉及的压电陶瓷执行器能够实现对轴承上若干个点施加预紧力，能够针对轴承不同点施加合适的预紧力补偿；

2.本发明中涉及的压电陶瓷执行器通过使用圆形膜片的设计能够实现对微位移的测量，可以控制对压电陶瓷执行器的位移输出。

附图说明

图1为机床主轴装配图；

图2为轴承压电陶瓷执行器的安装示意图；

图3为压电陶瓷执行器装置；

图4为图3所示压电陶瓷执行器的剖视图

图中标记：