一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件制造技术

本发明专利技术涉及一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件。技术方案为：包括壳体、内圈、柱形压电陶瓷、驱动电源、导向环、微型压力传感器、数据采集卡和控制系统，内圈的底端与壳体的底壁固定连接，内圈与壳体之间形成环腔，多个柱形压电陶瓷均匀设置在环腔内，柱形压电陶瓷的底端与壳体的底壁连接；导向环的底面设有多个微型压力传感器，导向环位于内圈与壳体之间，柱形压电陶瓷与微型压力传感器同轴布置；驱动电源和微型压力传感器与数据采集卡相连，数据采集卡与控制系统相连，驱动电源用于驱动柱形压电陶瓷。本发明专利技术利用压电陶瓷的精密位移与力输出特性，对主轴轴承在转速范围内的运行状态进行实时监测和预紧力的智能调控。状态进行实时监测和预紧力的智能调控。状态进行实时监测和预紧力的智能调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件


[0001]本专利技术属于机械
，具体涉及一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件。

技术介绍

[0002]压电陶瓷具有输出功率大、控制精度高和响应速度快等优点，既可以实现精密位移输出，又能够准确输出力。作为一种新型的位移驱动器，其在精密机械、光学、半导体微元件和数字储存等领域已经得到广泛应用。
[0003]预紧力作为轴承系统的重要参数，对电主轴、电机等转子系统的性能产生直接影响。目前，传统的轴承预紧力的施加方式，主要是由轴承生产商根据主轴的转速、切削载荷、驱动方式、润滑及冷却方式等的推荐预紧值直接决定的，该方式凭借经验来选取，缺乏精确的标准，且不能根据主轴的实际工况，对轴承的运行状态进行实时调节，所以在不同工况下主轴不能发挥最优的性能，不能保证主轴系统在整个转速范围内的动、热态特性兼优；若在主轴上集成预紧力主动控制单元，对轴承的预紧力实施智能调节，就可以使同一主轴适应不同工况，对主轴转子系统实时施加该工况下的最佳预紧力，可有效抑制主轴振动，降低工作温度，提高主轴刚度和使用寿命，发挥轴承在不同工况下的最优性能，具有非常重要的工程意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，利用压电陶瓷的精密位移与力输出特性，对主轴轴承在转速范围内的运行状态进行实时监测和预紧力的智能调控，能够完成不同工况下预紧力对轴承性能的影响分析，为提升电主轴系统的加工精度和智能化主轴的研发提供理论依据。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，包括壳体、内圈、柱形压电陶瓷、驱动电源、导向环、微型压力传感器、数据采集卡和控制系统，所述内圈的底端与所述壳体的底壁固定连接，所述内圈与所述壳体之间形成环腔，多个柱形压电陶瓷均匀设置在所述环腔内，柱形压电陶瓷的底端与所述壳体的底壁连接；所述导向环的底面设有多个微型压力传感器，所述导向环位于所述内圈与所述壳体之间，柱形压电陶瓷与微型压力传感器一一对应同轴布置，微型压力传感器用于实时监测轴承的预紧力；所述驱动电源和微型压力传感器与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡与所述控制系统相连，所述驱动电源用于驱动柱形压电陶瓷。
[0007]进一步地，所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，所述导向环由三个导向块连接组成，所述导向块的底面设有位置孔；柱形压电陶瓷和微型压力传感器的数量为三个，微型压力传感器放置在所述位置孔内。
[0008]进一步地，所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，所述柱形压电陶瓷
的底端设有调节螺栓，所述壳体的底壁设有螺纹通孔，所述调节螺栓拧入所述螺纹通孔中。
[0009]进一步地，所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，所述导向环与所述壳体间隙配合；所述内圈的顶端外部设有环形卡边，所述环形卡边对所述导向环实施轴向限位。
[0010]进一步地，所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，设有电涡流式位移传感器，所述壳体的底壁设有螺纹孔一，所述导向环设有探测孔一，电涡流式位移传感器的底端设有外螺纹拧入螺纹孔一中，电涡流式位移传感器的顶端放置在探测孔一中；电涡流式位移传感器通过导线与所述数据采集卡相连，用于实时监测轴承外圈的位移。
[0011]进一步地，所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，设有非接触式红外测温仪，所述壳体的底壁设有螺纹孔二，所述导向环设有探测孔二，非接触式红外测温仪的底端设有外螺纹拧入螺纹孔二中，非接触式红外测温仪的顶端放置在探测孔二中；非接触式红外测温仪通过导线与所述数据采集卡相连，用于实时监测轴承外圈的温度。
[0012]进一步地，所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，设有非接触式振动传感器，所述壳体的侧壁设有螺纹孔三，所述内圈设有探测孔三，非接触式振动传感器的底端设有外螺纹拧入螺纹孔三中，非接触式振动传感器的顶端穿过探测孔三；非接触式振动传感器通过导线与所述数据采集卡相连，用于实时监测主轴的振动情况。
[0013]工作状态下，壳体与轴承座固定安装在一起，导向环顶在轴承外圈上。当控制系统监测到主轴工况需要较大预紧力时，控制驱动电源增大输出电压至柱形压电陶瓷，柱形压电陶瓷收到脉冲信号伸长，推动导向环，导向环沿壳体和内圈之间向前滑动，将柱形压电陶瓷输出的力传递至轴承外圈，减小轴承游隙，进而提高主轴预紧力；当控制系统监测到主轴工况需要较小的预紧力时，控制驱动电源减小输出电压至柱形压电陶瓷，柱形压电陶瓷收到脉冲信号缩短，导向环后退，轴承外圈放松，轴承游隙增大，主轴预紧力降低。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]1、本专利技术能够完成在不同工况条件下，预紧力对轴承性能的影响分析，方便轴承预紧力、轴向位移量和温度的实时监测，为设计高效、稳定、快速响应的轴承预紧力控制系统提供技术支持，为提升电主轴系统的加工精度和智能化主轴的研发提供理论依据。
[0016]2、调节螺栓连接柱形压电陶瓷和壳体，能够对柱形压电陶瓷的安装过程进行细微调节，以确保三支柱形压电陶瓷对导向环均匀加载；
[0017]3、微型压力传感器、非接触式振动传感器、非接触式红外测温仪和电涡流式位移传感器实时监测轴承运行情况，控制系统能够根据实际工况改变自适应调整输出至轴承外圈的力。
附图说明
[0018]图1为基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件示意图；
[0019]图2为基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件内部结构示意图；
[0020]图3为基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件(壳体未示出)截面图；
[0021]图4为基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件的使用状态示意图。
具体实施方式
[0022]如图1
‑
4所示，一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，包括壳体1、内圈2、柱形压电陶瓷4、驱动电源15、导向环7、微型压力传感器5、非接触式振动传感器9、非接触式红外测温仪6、电涡流式位移传感器8、数据采集卡16和控制系统14，所述内圈2的底端与所述壳体1的底壁固定连接，所述内圈2与所述壳体1之间形成环腔，三个柱形压电陶瓷4均匀设置在所述环腔内，所述柱形压电陶瓷4的底端设有调节螺栓3，所述壳体1的底壁设有螺纹通孔，所述调节螺栓3拧入所述螺纹通孔中；所述导向环7由三个导向块连接组成，构成便于拆卸的圆环结构；每个导向块的底面设有位置孔，微型压力传感器5放置在所述位置孔内；所述导向环7位于所述内圈2与所述壳体1之间，所述导向环7与所述壳体1间隙配合，所述导向环7能够沿所述壳体1的轴向进行直线移动；所述内圈2的顶端外部设有环形卡边，所述环形卡边对所述导向环7实施轴向限位；柱形压电陶瓷4与微型压力传感器5一一对应同轴布置，微型压力传感器5用于实时监测轴承18的预紧力；所述驱动电源15和微型压力传感器5与所述数据采集卡16相连，所述数据采集卡16与所述控制系统14相连，所述驱动电源15用于驱动柱形压电陶瓷4。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，其特征在于，包括壳体、内圈、柱形压电陶瓷、驱动电源、导向环、微型压力传感器、数据采集卡和控制系统，所述内圈的底端与所述壳体的底壁固定连接，所述内圈与所述壳体之间形成环腔，多个柱形压电陶瓷均匀设置在所述环腔内，柱形压电陶瓷的底端与所述壳体的底壁连接；所述导向环的底面设有多个微型压力传感器，所述导向环位于所述内圈与所述壳体之间，柱形压电陶瓷与微型压力传感器一一对应同轴布置；所述驱动电源和微型压力传感器与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡与所述控制系统相连，所述驱动电源用于驱动柱形压电陶瓷。2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，其特征在于，所述导向环由三个导向块连接组成，所述导向块的底面设有位置孔；柱形压电陶瓷和微型压力传感器的数量为三个，微型压力传感器放置在所述位置孔内。3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，其特征在于，所述柱形压电陶瓷的底端设有调节螺栓，所述壳体的底壁设有螺纹通孔，所述调节螺栓拧入所述螺纹通孔中。4.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的轴承预紧力智能调控组件，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颂华，王永华，高鹏，王伟楠，安冬，夏忠贤，魏超，赵梓辰，王子男，裴家兴，郇杰，葛自强，关自旺，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：