Стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала

Стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к точному машиностроению , в частности к конструкциям шарикоподшипниковых опор подвесок валов с низкой виброактивностью, Цель изобретения - повышение точности базирования вала в опорах путем уменьшения радиального зазора в подшипниках, снижение виброактивности вала. Шарикоподшипниковая подвеска вала содержит приводной вал 1 смонтированный в корпусе 3 на двух шарикоподшипниках 2, сопряженныхспьезовибраторами , 4135 6 подключенными к генератору 10 электрических колебаний через систему управления. Каждая подшипниковая опора снабжена двумя коаксиально направленными и расположенными с противоположных торцов подшипника 2 кольцевыми пьезоэлементами 4, 5. Один из пьезоэлементов сопряжен с внутренним ,а другой с наружным кольцом шарикоподшипника 2. Система управления дополнительно снабжена, источником 9 постоянного напряжения и двумя коммутирующими устройствами 7, 8 через которые на все пьезоэлементы 4, 5 подано постояное и переменное напряжение. Величина постоянного напряжения поставлена в прямопропорциональную зависимость от величины виброактивности вала 1, При таком выполнении подвески вала 1 обеспечивается управление радиальными зазорами в его опорах, т.е. управление его угловой жесткостью , и управление направлением действия возмущений в шарикоподшипниках 2. Т.е. обеспечивается возможность взаимокомпенсации этих возмущений, что в сумме приводит к снижению виброактивности вала. 1 ил. 6 S 2 4 сл с VI го § VI k

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5! ) 5 G 01 M 13/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬЭ

I ("ф

С> 4 ! (61) 920434 (21) 4802119/27 (22) 14.03.90 (46) 23.04.92. Бюл. М 15 (71) Каунасский политехнический институт (72) В.И,Алексеенко, Ю, Ю, Гяцявичюс и

Д, В.Даукшис (53) 621.822.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 920434, кл. G 01 M 13/04, 1982. (54) СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ШАРИКОПОДШИПНИКОВАЯ ОПОРА ВАЛА (57) Изобретение относится к точному машиностроению; в частности к конструкциям шарикоподшипниковых опор подвесок валов с низкой виброактивностью, Цель изобретения — повышение точности базирования вала в опорах путем уменьшения радиального зазора в подшипниках, снижение виброактивности вала. Шарикоподшипниковая подвеска вала содержит приводной вал 1 смонтированный в корпусе 3 на двух шарикоподшипниках 2, сопряженных с пьезовибраторами, Ф 255

„„БЫ„„1728707 А2 подключенными к генератору 10 электрических колебаний через систему управления.

Каждая подшипниковая опора. снабжена двумя коаксиально направленными и расположенными с противоположных торцов подшипника 2 кольцевыми пьезоэлементами 4, 5. Один из пьезоэлементов сопряжен с внутренним,а другой с наружным кольцом шарикоподшипника 2. Система управления дополнительно снабжена. источником 9 постоянного напряжения и двумя коммутирующими устройствами 7, 8 через которые на все пьезоэлементы 4, 5 подано постояное и переменное напряжение. Величина постоянного напряжения поставлена в прямопропорциональную зависимость от величины виброактивности вала 1, При таком выполнении подвески вала 1 обеспечивается управление радиальными зазорами в его опорах, т,е. управление его угловой жесткостью, и управление направлением действия возмущений в шарикоподшипниках 2. Т.е, обеспечивается возможность взаимокомпенсации этих возмущений, что в сумме приводит к снижению виброактивности вала, 1 ил.

6 5 2 Ф

1728707

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям шарикоподшипниковых опор валов с низкой виброактивностью, и является усовершенствованием устройства по авт.св. М 920434, Известная стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала содержит приводной вал, смонтированный в корпусе на двух шарикоподшипниках, неподвижные кольца которых сопряжены с пьезовибраторами, подключенными к блоку питания через систему управления.

Пьезовибраторы воздействуют на наружные (неподвижные) кольца шарикоподшипников и, изменяя силы трения качения в них, управляют скоростью вращения их сепараторов. При таком вращении сепараторов, оба конца вала, находящиеся в шарикиподшипниках, совершают противофазные и синхронные колебания, которые взаимокомпенсируются в серединной точке ротора.

Недостатком известного устройства является то, что для достижения малой виброактивности серединной части вала осуществляется управление только силами трения качения в шарикоподшипниках концов вала. Однако в силу того, что силы трения качения в шарикоподшипниках не являются интегральной характеристикой

его точности, а значит, и малой виброактивности, в известном устройстве стабильное управление возможно лишь для шарикоподшипников с малыми радиальными зазорами (несколько микрометров), т.е, для высокоточных шарикоподшипников, Радиальный зазор является одним из критериев точности шарикоподшипниковой опоры. Величина радиального зазора в опорах концов вала в совокупности с дисбалансом вращающихся частей и определяет виброактивность концов вала, Это обусловлено тем, что виброактивность вала напрямую зависит от его угловой жесткости, которая в свою очередь определяется величиной радиальных зазоров в его onopax.

На эффективную взаимокомпенсацию возмущений шарикоподшипников, т.е. на снижение виброактивности вала, существенную роль играет одинаковость радиальных зазоров в опорах на противоположных концах вала, В известном техническом решении одинаковость радиальных зазоров обеспечивается только за счет подбора одинаковых подшипников. Здесь нет возможности управлять этими зазорами и компенсировать их изменение за счет температурных деформаций, возникающих в процессе работы. Величины радиальных зазоров влияют на точность базирования вала

30

45 вала.

Стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала содержит вал 1, концы которого расположены в шарикоподшипниках 2, базирующихся наружными кольцами

50 в корпусе 3. Наружное кольцо каждого шарикоподшипника 2 жестко сопряжено (приклеено) с кольцевым пьезоэлементом 4; а

5

40 в опорах и на его угловую жесткость,.сказываются при возможных перекосах и на силах трения качения в подшипниках, Таким образом, отсутствие возможности совместного управления радиальными зазорами и силами трения качения в опорах вала не позволяет достичь высокой угловой жесткости вала и его низкой виброактивности для более широкой области значений параметров шарикоподшипников (т.е. для более грубых шарикоподшипников).

Дополнительно к этому способствует То обстоятельство, что в известном устройстве вибрационное воздействие осуществляется только на наружное кольцо шарикоподшипника. Поэтому эффективность снижения сил трения качения на внутреннем кольце подшипника ниже, нежели на наружном, что ограничивает возможности управления силами трения качения в подшипнике.

Целью изобретения является повышение точности базирования вала путем уменьшения радиального зазора в подшипниках и снижения виброактивности.

Указанная цель достигается тем, что стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала, содержащая приводной вал, смонтированный в корпусе на двух шарикоподшипниках, неподвижные кольца которых сопряжены с пьезовибраторами, подключенными к блоку питания через системууправления, снабженадополнительными кольцевыми пьезоэлементами, сопряженными с подвижными кольцами подшипников и расположенными со стороны, противоположной расположению основных пьезоэлеметов, дополнительным источником постоянного тока и двумя коммутирующими устройствами, с помощью одного из которых пьезоэлементы соединены с упомянутым источником постоянного тока, а другого — с блоком питания.

На чертеже представлена схема стабилизирующей шарикоподшипниковой опоры внутреннее кольцо — с кольцевым пьезоэлеметом 5. При этом кольцевые пьезоэлементы 4 и 5 расположены коаксиально, но с противоположных торцов шарикоподшипника 2, Электроды каждого пьезоэлемента

5, сопряженного с внутренним кольцом шарикоподшипника 2, через коллекторы 6 подсоединены к выходам коммутирующих

1728707

15

25

35

55 устройств 7 и 8, а электроды каждого пьезоэлемента 4, сопряженного с наружным кольцом шарикоподшипника 2, подсоединены напрямую к выходам коммутирующих устройств 7 и 8. Два входа коммутирующего устройства 7 подключены к двум выходам источника 9 постоянного напряжения, адва входа коммутирующего устройства 8 подключены к двум выходам генератора 10 электрических колебаний. Система управления стабилизирующей шарикоподшипниковой опорой вала состоит из датчика 11 радиальных колебаний вала 1, расположенного в серединной зоне последнего и подключенного к преобразователю 12, выход которого подключен к регулятору 13 величины и частотного соотношения сигналов, подаваемых на пьезоэлементы 4 и 5. При этом один выход устройства 13 подключен к входу источника 9 постоянного напряжения, а другой выход регулятора 13 подключен к входу генератора 10 электрических колебаний.

Стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала работает следующим образом.

При вращении вала 1 его концы, расположенные в шарикоподшипниках 2, совершают радиальные колебания, обусловленные виброактивностью шарикоподшипников, что вызывает радиальные колебания по всей длине вала между опорами.

Эти радиальные колебания обусловлены наличием радиальных зазоров и сил трения качения в шарикоподшипниках 2. Радиальные зазоры в шарикоподшипниках вала 1 влияют на его угловую жесткость и в сочетании с дебалансными силами вращающихся сепараторов, влияющих на силы трения качения в этих подшипниках, обуславливают виброактивность вала 1. Виброактивность вала 1 воспринимается датчиком 11 колебаний, сигнал которого преобразуется преобразователем 12 и подается в регулятор 13 величины и частотного соотношения сигналов, подаваемых на пьезоэлементы 4 и 5, По величине радиальных колебаний в любой точке между опорами вала 1 регулятор 13 устанавливает величину постоянного напряжения источника 9, подаваемого через коммутирующее устройство 7 на пьезоэлементы 4 и 5 раздельно для каждой опоры.

Одновременно с этим регулятор 13 устанавливает соотношение частот переменных напряжений, подаваемых из генератора 10 электрических колебаний посредством коммутирующего устройства 8 на пьезоэлементы 4 и 5 раздельно для каждой опоры.

Постоянное и переменное напряжения на пьезоэлементы 5 подаются через коллекторы 6. При этом величина постоянного напряжения, подаваемая на пару пьезоэлеметов

4 и 5 каждой опоры, поставлена в прямо пропорциональную зависимость от величины радиального биения вала у этой опоры.

При подаче постоянного напряжения на пьезоэлементы 4 и 5 они по обратному пьезоэффекту удлиняются и сдвигают наружное и внутреннее кольцо шарикоподшипника 2 относительно друг друга, уменьшая тем самым радиальный зазор в шарикоподшипнике 2, Это повышает угловую жесткость вала 1 и снижает его виброактивность. Подбор величины постоянного напряжения для каждой пары пьезоэлементов 4 и 5 позволяет управлять величиной радиального зазора в каждом подшипнике, т,е. обеспечивает его равенство в разных подшпиниках.

Вместе с постоянным напряжением на пьезоэлементы 4 и 5 через коммутирующее устройство 8 подается переменное напряжение генератора 10, При этом в пьезоэлеметах 4 и 5 по обратному пьезоэффекту возбуждаются высокочастотные механические колебания направленные по касательной к зоне контакта шарика с наружным и внутренним кольцом каждого шарикоподшипника 2. Такое воздействие высокочастотных колебаний на зону контакта шарика с опорными поверхностями как наружного, так и внутреннего колец вызывает проскальзывание шариков в режиме гидродинамического контакта, что снижает силу трения качения в шарикоподшипниках и изменяет скорость вращения сепараторов шарикоподшипников. Управляя посредством регулятора 13 соотношением частот напряжений, подаваемых на пары пьезоэлементов 4 и 5 разных шарикоподшипников 2, обеспечивается синхронное и противофазное вращение сепараторов шарикоподшипников 2 в разных опорах. Это приводит к тому, что при таком вращении сепараторов их дебалансные воздействия вызывают синхронные и противофазные колебания концов вала 1, которые в серединной зоне вала

1 взаимокомпенсируются.

Экспериментально исследуют шарикоподшипниковую стабилизирующую опору вала, в которой применяют шарикоподшипники 200 с размерами: внутренний диаметр внутреннего (подвижного) кольца d = 10 мм, наружный диаметр наружного (неподвижного) кольца D =30 мм, рабочий радиальный зазор в левом подшипнике составляет 9 мкм, в правом — 14 мкм, диаметр вала по всей длине между опорами 18 мм, В качестве пьезоэлементов 4 и 5 применяют пьезокерамические втулки из пьезокерамики ЦТС

1728707

50

Составитель В. Алексеенко

Редактор С. Пекарь Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 1401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 —. 19 с размерами: длина L=20 мм, наружный диаметр D< = 28 мм, внутренний диаметр d=

= 23 мм, В качестве блоков 9 и 10 применяют стандартный источник постоянного напряжения Б5 — 48 и стандартный генератор электрических колебаний Г334, При подаче постоянного напряжения величиной 40 и 50

В на пьезоэлементы 4 и 5 левой и правой опоры соответственно каждый пьезоэлемент 4 и 5 левой опоры удлиняется на 2 мкм, что уменьшает осевую игру левого шарикоподшипника 2 на 4 мкм, а каждый пьезоэлемент 4 и 5 правой опоры удлиняется на 3 мкм, что уменьшает осевую игру правого шарикоподшипника 2 на 6 мкм. Это приводит к снижению радиального зазора в каждой опоре и повышает угловую жесткость вала. Номинальная резонансная частота f<> переменного напряжения, подаваемого из блока 10 на пьезоэлементы 4 и 5, составляет

79,3 кГц. Изменение соотношения частот fp для разных опор вала в пределах 800 Гц вызывает изменение сил трения качения в подшипниках 2, а следовательно, и изменение скоростей вращения сепараторов этих подшипников 2. При этом реализовывается режим самосинхронизации скоростей вращения сепараторов шарикоподшипников, в котором вращение сепараторов становится синхронным и противофазным. В этом режиме виброактивность шарикоподшипников 2 на противоположных концах вала 1 взаимокомпенсируется, что приводит к снижению виброактивности вала в серединной

его зоне с 17 до 1,5 мкм.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в том, что снабжение каждого шарикоподшипника вала дополнительным кольцевым пьезоэлементом, расположенным со. стороны, противоположной основному пьезоэлементу, и сопряженным с

5 подвижным кольцом подшипника, а также подключение всех пьезоэлементов к источникам постоянного и переменного напряжений позволяет снизить радиальный зазор в каждой опоре, что повышает точность ба10 зирования на 60%, и, обеспечивая управление силами трения качения в каждом шарикоподшипнике, позволяет достичь управляемого режима самосинхронизации для шарикоподшипников с увеличенными и

15 неодинаковыми радиальными зазорами. при котором за счет взаимокомпенсации возмущений подшипников виброактивность вала в его серединной точке снижается более чем в 10 раз, 20 Формула изобретения

Стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала по авт.св. N 920434, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности базирования вала путем

25 уменьшения радиального зазора в подшипниках и снижения виброактивности, она снабжена дополнительными кольцевыми пьезоэлементами, сопряженными с подвижными кольцами подшипников и распо30 ложенными со стороны противоположной расположению основных пьезоэлементов, дополнительным источником постоянного тока и двумя коммутирующими устройствами, с помощью одного из которых пьезоэле35 менты соединены с упомянутым источником постоянного тока, а другого — с блоком питания,