[发明专利]一种基于声波悬浮的能量收集装置及其能量回收方法

说明书

本发明涉及一种基于声波悬浮的能量收集装置及其能量回收方法，属于超精密制造领域。本发明包括：主体装置、供气系统、传感系统、辅助支承系统，经过供气系统净化过滤的气体供入主体部分的气浮轴承内，实现主体部分的悬浮；水平支架限制悬浮系统的水平方向的位移；检测系统中的传感器粘接在气浮轴承上表面，通过LMS检测系统与计算机相联接。本发明集气浮支承与声波悬浮于一体，通过变幅杆收集并放大气浮轴承工作时的高频振动，为声波悬浮提供悬浮时所需的高频振动能量，不仅不会破坏气浮轴承的工作，而且回收并重新利用气浮轴承工作时不可避免浪费掉的振动能量，达到能量回收的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于声波悬浮的能量收集装置及其能量回收方法，属于精密制造领域。

背景技术

声波的本质也是一种振动。声波悬浮是一种利用高频振动产生辐射压力，在辐射端面与悬浮物之间形成挤压气膜来实现悬浮的一项技术。声波悬浮的特点是悬浮物与辐射端面依靠气膜承载无接触，所以无磨损，也无需供气系统和润滑。此外声波悬浮的气膜厚度达到微米级，轴承精度高。声波悬浮的悬浮力与气膜厚度可以通过调节压电振子的振动频率、振幅来调控；还可以通过改变变幅杆的参数来调节振幅放大倍数进而调节悬浮力的大小。

普通的声波悬浮装置是利用压电振子的压电效应将电能转换成高频振动，在辐射端面与悬浮物之间形成挤压气膜提供悬浮支承。气浮轴承的振动也是一种能量，在单纯的气浮支承中，振动的能量只会白白消耗。而声波悬浮也需要借助压电振子来产生振动，需要激励振源。

本发明由以下两个基金资助：①国家自然科学基金项目 《空气静压轴承非线性微振动形成机理和耦合特性研究》（51766006）； ②清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金重点资助项目《稀微尺度下平板间润滑微摩擦特性的测试》（SKLTKF16B02）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于声波悬浮的能量收集装置及其能量回收方法，来实现回收再利用气浮轴承工作时不可避免产生的高频振动，用来提供声波悬浮所需的高频振动，解决气浮轴承的能量浪费问题。

本发明采用的技术方案是：一种基于声波悬浮的能量回收装置，包括主体装置、供气系统、传感系统、辅助支承系统；主体装置包括声波悬浮物9，变幅杆10，气浮轴承11，大理石平台12；供气系统包括气源1，截止阀2，过滤器3，除油器4，分水过滤器5，气罐6，溢流阀7，减压阀8；传感系统包括PCB加速传感器13、计算机15，LMS动态监测系统16；辅助支承系统包括水平支架14；大理石平台12放置在桌面上；

所述的声波悬浮物9悬浮在变幅杆10上，变幅杆10连接紧固在气浮轴承11上，气浮轴承11悬浮在大理石平台12上；气源1的气体依次经过截止阀2、过滤器3、除油器4、分水过滤器5进入气罐6，气罐6出气口流出的气体经过减压阀8供入气浮轴承11中，气罐6出气口处同时并联溢流阀7，PCB加速传感器13通过数据线与LMS动态监测系统16连接，LMS动态监测系统16通过数据线与计算机15连接，两水平支架14固定在桌面上且位于大理石平台12的两侧，四个水平支架14分别通过弹簧与变幅杆10的四端连接。

优选地，所述的水平支架14通过螺纹连接与桌面进行固定。

优选地，所述的变幅杆10通过螺纹连接紧固在气浮轴承11上。

优选地，所述的PCB加速传感器13粘接在气浮轴承11上表面边缘。

一种所述的基于声波悬浮的能量收集装置的能量回收方法：包括如下步骤：

Step1：未供气时，气浮轴承11静止在大理石平台12的上表面；

Step2：供气时，气源1的气体依次经过截止阀2、过滤器3、除油器4和分水分离器5后进入气罐6之中，气罐6流出的气体经过减压阀8减小压力之后供入气浮轴承11中；