[发明专利]一种高刚度大承载超声波挤压悬浮轴承

说明书

本发明公开了一种高刚度大承载超声波挤压悬浮轴承，属于超声和流体润滑领域；包括支撑架、固定台以及通过固定台一起连接在支撑架上的振子；振子由前盖板、陶瓷片和后盖板中部通过预紧螺栓紧固连接在一起组成，前盖板的上端连接多孔质块，多孔质块的上端悬浮悬浮板；振子带动多孔质块高频振动，进而产生挤压效应，同时气源流经多孔质块产生静压效应，轴承工作时，挤压效应与静压效应相互耦合，可通过调节驱动电压和供气压力来改变挤压效应和静压效应，从而实现高刚度大承载的支承气膜。本发明可实现超声波挤压悬浮高刚度大承载的悬浮特性，能够克服装配误差及加工质量对挤压悬浮特性的影响，具有精度高、稳定性好及结构紧凑的优点。

技术领域

本发明涉及一种超声悬浮轴承，具体涉及一种高刚度大承载超声波挤压悬浮轴承，属于超声及流体润滑技术领域。

背景技术

高频超声振动挤压振子辐射面与被悬浮物体间隙中的气体，以周期内高于环境气压的平均气压而使物体悬浮。超声悬浮技术具有精度高、稳定性好及结构紧凑等优点，在气体润滑轴承、非接触超声马达及非接触传输系统中表现出较优越的应用前景。

目前超声悬浮系统仅能实现很小的悬浮承载力。此外，由于超声悬浮间隙较小，悬浮系统装配误差及装置表面质量对挤压悬浮力造成不可避免的影响，导致超声悬浮系统单位面积的承载力进一步下降。

针对采用超声悬浮技术实现非接触支承的需求，亟需研究一种支承气膜刚度高，单位面积承载力大，且能够克服装配误差及加工质量的超声波挤压悬浮轴承装置和方法。

发明内容

本发明的目的是：解决现有技术中超声波挤压悬浮轴承承载力低、刚度小的问题，提供一种高刚度大承载超声波挤压悬浮轴承，采用超声振动引起的挤压效应和气体流经多孔材料引起的静压效应，两者相互耦合产生承载气膜，耦合作用下的气膜具有正向作用，从而实现支承气膜高刚度、大承载的能力。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种高刚度大承载超声波挤压悬浮轴承，包括支撑架、固定台以及通过固定台一起连接在支撑架上的振子；所述振子由前盖板、陶瓷片和后盖板中部通过预紧螺栓紧固连接在一起组成，其中陶瓷片连接在前盖板和后盖板之间，前盖板的上端连接多孔质块，多孔质块的上端悬浮有悬浮板；所述前盖板的上端面内设置有环型供气槽，多孔质块的下端设置有阶梯圆台，多孔质块通过阶梯圆台配合连接在前盖板上的环型供气槽内；所述环型供气槽的内底面上设置出气口，前盖板的侧壁上设置供气口，前盖板的内部设置有连通出气口和供气口的供气通道，供气口的外部连接气管接口。

所述气管接口与供气系统的气源连接，所述悬浮板的上端设置激光位移传感器，所述振子上连接有功率放大器；所述供气系统、激光位移传感器、功率放大器以及连接在激光位移传感器和功率放大器之间的信号采集系统、PID控制器一起组成PID控制系统。

所述信号采集系统将激光位移传感器采集的悬浮板的悬浮高度反馈给PID控制器，PID控制器将测量值与期望值进行对比后产生的信号传输给功率放大器，功率放大器将新的激励信号作用于振子中的陶瓷片上，进而改变振子的振动幅值，调整挤压效应强弱，使悬浮板的悬浮高度达到期望值。

所述支撑架为可拆卸型支撑框架，所述固定台通过螺栓紧固在支撑架上，所述振子通过螺栓固定连接在固定台上。

所述陶瓷片设置有多片，每两片陶瓷片之间通过电极片连接。

所述陶瓷片与前盖板和后盖板之间采用预紧螺栓预紧连接。

所述前盖板上端面内的环型供气槽的内环中部设置有支撑台，支撑台的高度低于环型供气槽的深度；所述多孔质块下端的阶梯圆台配合连接在环型供气槽内，且阶梯圆台的下端面与支撑台接触连接。

所述多孔质块的端面上设置有能够改善润滑特性的凹槽或表面微织构。

所述多孔质块采用环氧树脂粘贴连接在所述前盖板的上端面上。