Способ стабилизации вращения вала и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01M13/04 

О ч|

4 Ю О

Изобретение относится к точному машиностроению, в частности к методам достижения малой виброактизнссти вэла, вращающегося в шарикоподшипниковых опорах.

Известны способы снижения виброактивности вала, заключающиеся в устранении подшипниковых вибраций как путем подбора подшипников более высоких классов точности, так и путем создания предварительной осевой нагрузки на наружное кольцо шарикоподшипника.Известна стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала, содержащая приводной вал, смонтированный в корпусе на двух шарикоподшипниках. 8 этом устройстве стабилизация вращения вала достигается путем взаимной компенсации возмущения шарикоподшипников, для чего сепараторы шарикоподшипников выполняют динамически неуравновешенными, а подшипники -подбирают с равной скоростью вращения сепараторов.

Недостатком известных способов и устройств является то. что для обеспечения нужной виброактивности вращающегося вала подбирают подшипники высокой точности, обладающие одинаковыми радиальными биениями и обеспечивающие одинаковые скорости вращения сепараторов, т.е. идут технологическим путем, учиты- вающим только повышение точности подшипников, а не управление их парамет- рами.Технологический путь дорог и труднореализуем, так как с течением времени параметры подшипников меняются из-за температурных деформаций, износа и т.д.

Известен способ стабилизации сращения вала, заключающийся в том, что на на- ружные кольца шарикоподшипников воздействуют вибрацией и, управляя силами трения в шарикоподшипниках, обеспечивают синхронное вращение их сепараторов. При таком вращении сепараторов ПОДШИПНИКОВ ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ КОНЦОВ вала происходит взаимная компенсация возмущений этих подшипников, что позволяет достичь в зоне посередине между опорами вибрсактионости, близкой к нулю.

Известная стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала, выбранная в качестве прототипа, содержит приводной вал, смонтированнчй в cjpnyce нэ шарикоподшипник /, .г,г;ух ;-п /нг:-; Г и кольцами с двумя пьезозибрзтсрг.и, v. генератор электрических колебаний. Однако известные способ и устройство не обеспечивают снижение еиброактивности вала по всей его длине, а лишь в узкой зоне посередине длины вала между опорами. Это обусловлено тем. что снижение виброактивности вала достигается не путем снижения виброактивности самих шарикоподшипников, а путем компенсации вибрационных возмущений одного подшипника на одном конце вала вибрационными возмущениями другого подшипника, .расположенного на другом конце вала. Эти вибрационные воз0 мущения направлены в противоположные стороны и поэтому в средней зоне вала между опорами достигается их взаимокомпенсация. Этим путем невозможно достичь снижения виброактивности вала по всей его

5 длине.

Цель изобретения состоит в снижении . виброактивности вала по всей его длине.

Поставленная цель достигается тем, что при способе стабилизации вращения вала, включающем вибрационное воздействие на

0 наружные кольца шарикоподшипников, эти

шарикоподшипники подбирают с четным

числом шариков и деформируют наружное

кольцо каждого шарикоподшипника в двух

.диаметрально противоположных точках.

5 Обеспечивают овальность наружного кольца.

В устройстве стабилизации вращения сала, содержащем приводной вал, смонтированный в- корпусе на шармкоподшмпни

0 ках, сопряженных наружными кольцами с двумя пьезовибраторами, и генератор электрических колебаний, пьезовибраторы выполнены в виде пьезокерамических столбиков, расположенных диаметрально

5 противоположно вокруг наружного кольца каждого шарикоподшипника, при этом устройство дополнительно снабжено источником постоянного напряжения и коммутирующим устройством, один вход ко0 торого подсоединен к генератору электрических колебаний, второй вход подсоединен к источнику постоянного напряжения, выходы подключены к электродам пьезокерамических столбиков, а деформация

5 пьезокерамических столбиков от воздействия Постоянного напряжения не превышает величины радиального зазора шарикоподшипника, при этом шарикоподшипники по- добраны с четным числом шариков.

0 П р и м е р. В шарикоподшипниковой подвеске вала, в которой в качестве опор применялись радиальные однорядные шарикоподшипники 200 ГОСТ 8338-75 с наружным д иамзтг.о:- D 30 мм и знутренгчн

5 диаметром d --- О -м. рз;;из. зазор с- левой опоре 17 мкм. в правой опоре 19 мкм, диаметр вала по всей длине между опорами 20 мм, а расстояние между опорами 50 г-;м, была достигнута стабилизация вращения

вала согласно предлагаемому способу, по которому на наружные кольца шарикоподшипников воздействовали вибрацией частотой 17,5 кГц с амплитудой, колебаний 1,2 мкм, а наружные кольца шарикоподшипников были деформированы в двух диаметрально противоположных точках с достижением овальности этих колец. Величина деформации наружного кольца левого подшипника 6 мкм, а правого 7 мкм. Для деформирования наружных коле,ц и вибрационного воздействия ма них применялись пьезокерамическиестолбики длиной 70 мм, склеенные из пьезокерамических дисков диаметром 0,15 и толщиной 1 мм. При подаче на эти столбики постоянного напряжения они по обратному пьезоэффекту удлинялись, тем самым деформируя нзрухсные кольца шарикоподшипников до опальной формы. При одновременной подаче на пье- зостолбики переменного напряжения осуществлялось вибрационное воздействие. снижающее силы трения качения в опорах. При овальной форме наружных колец шарикоподшипников, т.е. их деформации в двух диаметрально противоположных точках, и при условие., что число шариков в шарикоподшипнике четное обеспечивается условие взаиг окомпенсации. возмущающих усилий, возникающих п каждой опоре при вращении вала, приводящее к центрированию вала в этих спорах. При центрировании вала EI каждой опоре снижается его вибро- активность по всей его длине. Взаимокомпенсация возмущающих усилий в шарикоподшипнике объясняется тем, что в любой момент времени в любом предельном сечении шарикоподшипника при наружном кольце, имеющем овальную форму, радиальные зазоры в диаметрально противоположных точках одинаковы, что и опре- дел.яет равные, но противоположно направленною возмущающие усилия, равнодействующая которых близка к 0. При вращении вала со скоростью л 500 об/мин без обеспечения овальности наружных колец и без вибрационного воздействия цели- чина биения левого конца вала 17 мкм, правого 19 мкм. При подключении пьезо- столбиков к питанию и обеспечении овальности наружных колец и вибрационного воздействия величина биения левого конца вала 0,8 мкм, а правого 1,1 мкм.

На фиг. 1 пописана uDiL;.:bi схем- устройства; На СОИ. 2 - OArlc) HJ , МППСРО -.НЫЛ

разрез.

Устройство состоит из вала 1, расположенного в шарикоподшипниках 2 с четным числом шариков, установленных в корпусе 3. К 1 ллцну кзжлого шаоикоподшипника 2 в диаметрально противоположных точках поджаты два пьезокерэмических столбика 4, склеенних из дисковых nt-сзоэ- лемеитов. Пьсзокерпмические столбики 4 подключены к выходам коммутмпуюшегоустройства 5, один из входов которого подсоединен к выходу генератора б электрических колебаний, а другой - к змхо- ду источника 7 постоянного напряжения. Устройство работает следующим obpa0 зом.

При подаче постоянного иапрягхеяия источника 7 на пьезоксрямичсские столбики 4 последние под дспсггпе: . fjprm oro пьезоэффекта удлиняются и сформируют

5 нарухсиое кольцо шарикоподшипника 2 (фиг. 2). При такой деформации наружное кольцо принимает овальную форму, при которой радиальные зазоры в диаметрально противоположных точках ргпму мажду сг

0 бой. Л так как число шариков подшипника 2 подобрано четным, то силы, действующие на вал 1 в диаметрально противоположных точках, взаимно уравновешиваются, что приводит к центрированию гзал.ч 1 в каждой

5 опоре. При одновременном подключении коммутирующим устройством 5 пьезостол- бикси 4 к генератору G электрических колебаний в них возбуждаются механические колебания чястоть, передающийся

0 на шарикоподшипники 2 и снижающее силы трения в опорах.

Одновременное цептрирослнпе салз и снижение сил трения качения в шарикоподшипниках снижают виброактисность в кэж5 дои опоре более чем на поргдск (п легюП опоре с 17 до 0,8 мкм, в правей с 1Э до 1,1 мкм}.

Использование предлагаемого способа стабилизации вращения зялз и устройства

0 для его осуществления лозроьяет снизить виброактивность пала более чем на порядок по всей его длине, а не только я срединной части вала, что важно при разработке шарикоподшипниковых подвесок высокоточных

5 взлов. Одновременно снижается себестоимость достижения низкой виброактионости вала, так как известные способы основаны на использовании шарикоподшипников высокой точности, цена которых резко возра0 стает в зависимости от их точности.

Формула изобретения

1. Способ стабилизйции рр.гшдепия гзяла nyieM . нп IT.г-у .:... . 5 рикоподшипнико .., с т г: .: : ; о I..1- и и с я тем, что, с целью снижения вмброах- тисности вала по всей длине, подбиря-от подшипники с четным числом ш-мрик-ов. деформируют наружные кольца в двух диз Н Трзльно противоположных точках для получения овальности наружного кольца.

2. Устройство стабилизации вращения вала, содержащее приводной вал. установленный в корпусе на шарикоподшипниках, наружные кольца которых соединены с двумя пьезовибраторами, генератор электрических колебаний,отличающееся тем, что оно снабжено источником постоянного

0

напряжения и коммутирующим устройством, подшипники выполнены с четным числом шариков, а льезовибраторы выполнены в виде диаметрально противоположно расположенных пьезокерамических столбиков, соединенных с упомянутым коммутирующим устройством, вход и выход которого соединены соответственно с генератором и источником постоянного-напряжения,

Изобретение относится к точному машиностроению, в частности к метода достижения малой виброактмвности вала, вращающегося в шарикоподшипниковых опорах. Цель изобретение - снижение виброактивности ьэла по всей его длине. Указанная цель достигается тем, что подбирают подшипники 2 с четным числом шариков, деформируют наружное кольцо каждого шарикоподшипника 2 в двух диаметрально протисоположных точках, обеспечивают овальность наружного кольца. Устройство стабилизации вращения вата содержит прк- водной вал, смонтированный в корпусе 3 на шарикоподшипниках 2. сопряженных наружными кольцами с двумя пьеэовибрато- рами 4, генератор электрических колебакш, 6. Пьезовибраторы 4 выполнены ь виде пьс- зоксрпмических столбиков, расположенных дилмсмрзлыю вокруг наружного кольца ша- рикоподиь-пника 2. Устройство тельмо снабхсено источником постоянного напряжения 7 и коммутирующим устройством 5. Один вход последнего подсоединен к генератору электрических колебаний 6. другой вход - к источнику постоянного напряжения 7. Выходы подключены к электродам п эсзокерамическмх столбиког. 4, общая деформация которых, от воздействия постоянного напряжения не превышает величины радиального зазора шарикоподшипника. 2 с.п. ф-лы. 2 ил. f) W Г