[实用新型]基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴

说明书

技术领域

本实用新型属于高速主轴滚动轴承的性能调控应用领域，涉及一种基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴。 

背景技术

滚动轴承作为高速主轴内部旋转支撑元件，其服役性能直接影响高速主轴动力学性能，尤其是在主轴系统复杂的服役条件下，例如主轴在高速轻载、低速重载更替的工况下，要求主轴轴承在不同情况下服役性能可控以适应主轴动力学性能要求，从而保证高速加工的高精度与高可靠性。因此，如何实时调控滚动轴承刚度、温度、旋转精度等服役性能以适应主轴系统的复杂工况至关重要。相关研究表明，合理的滚动轴承预紧力可使高速主轴刚度提高65％；而应用预紧力控制技术可使轴承高速状态下温度降低41.6％，从而使得主轴转速提高54.5％。轴承预紧力调控技术已是轴承服役性能调整最有效的方法之一。 

传统轴承预紧技术多采用定位或定压恒值预紧方式，预紧力取值大都依据经验或实验数据确定，这种恒定预紧技术已无法满足复杂工况下高速主轴对于轴承服役性能调整的要求。为此，国内外诸多研究与学术机构就轴承预紧可控技术开展了大量的研究，并取得一定的成果。在预紧力作用机理方面，主要提出基于测量反馈闭环主动控制方式的预紧力自调节和基于轴系转速效应或材料热效应的预紧力调节方式；在预紧控制机构方面，有基于压电致动器、液压装置、电磁装置及电致伸缩材料等主动式预紧力调整机构。这些预紧力调控装置都是对滚动轴承施加轴向均匀分布的预紧力。而滚动轴承作为高速主轴的关键精密部件，结构尺寸、装配、工作载荷的细微变化都将对其在复杂工况下的服 役性能产生重大影响。单纯地对轴承施加均匀分布的轴向预紧力，不能有效地消除轴向和径向游隙的非均匀分布性，也不能满足高速主轴在某些特定工况下工作载荷非均匀分布的要求，这势必要求从更为精细的角度出发探索滚动轴承预紧力的施加方式和大小，使滚动轴承的服役性能能够实现“精益求精”。因此，根据特殊工况或游隙的要求，研究非均匀分布预紧力及其施加装置显得尤为迫切。 

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴，通过对主轴支承轴承的非均匀分布预紧力的在线调控，以获得在不同工况下高性能的高速主轴。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴，该主轴外圈安装有预紧套圈，预紧套圈开设有安装孔，该安装孔内安装有调节主轴预紧力的施力装置，在主轴预紧调控点附近安装有检测其温度的温度传感器，在所述施力装置和温度传感器之间设置有信号处理单元，施力装置通过温度传感器检测的温度信号并借由信号处理单元调节其施加在主轴上的预紧力。 

作为本实用新型的优选实施例，所述施力装置为压电致动器； 

作为本实用新型的优选实施例，所述温度传感器安装在主轴外圈的轴承支座上； 

作为本实用新型的优选实施例，所述预紧套圈的安装孔为盲孔； 

作为本实用新型的优选实施例，所述压电致动器的压电致动器控制线穿过安装孔与信号处理单元的输出端相连； 

作为本实用新型的优选实施例，所述信号处理单元包括与温度传感器相连 的调理电路，该调理电路的输出端通过A/D转换器与单片机相连，所述单片机的输出端通过D/A转换器与多路开关相连，该多路开关的输出端与功率放大电路的输入端相连，该功率放大电路的输出端与施力装置相连； 

作为本实用新型的优选实施例，所述预紧套圈位于轴承的后端，轴承的前端安装有圆螺母； 

本实用新型基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴至少具有以下优点：本实用新型突破传统均匀分布预紧力作用，对不同温度下轴承外圈不同调控点进行预紧力精确调控，实现高速化、高刚度、低温升、长寿命等技术突破。通过对主轴支承轴承的非均匀分布预紧力的在线调控，以获得在不同工况下高性能的高速主轴。 

附图说明

图1是本实用新型基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴的整体结构示意图； 

图2是图1的局部放大图； 

图3是本实用新型预紧套圈的结构示意图； 

图4是开有温度传感器放置孔的轴承支座示意图(以8个温度传感器为例)。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴作具体介绍：