Способ стабилизации вращения вала и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в прецизионных устройствах для обеспечения точного вращательного движения.

Известен способ стабилизации вращения вала путем снижения виброактивности в опоре, заключающийся в уменьшении возмущающих усилий в ней с помощью упруго- демпферных опор и позволяющий снизить амплитуды колебаний при переходе через критические скорости и уменьшить передачу вибраций от опор вращения к корпусу роторной системы.

Недостатком способа следует считать то, что его эффективность тесно связана со снижением жесткости упругодемпферной опоры, а неограниченное снижение жесткости невозможно из-за необходимости сохранения достаточной величины конструктивных зазоров, учета прочности и ударостойкости опор.

Известна опора скольжения, содержащая втулку, вал и корпус, в котброй профильную поверхность имеет втулка, напрессованная на вал и вращающаяся вместе с ним.

Недостатком упомянутой опоры является то, что неточности изготовления внутренней поверхности корпуса опоры будут оказываться на стабильность вращения вала, снижая ее.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ снижения виброактивности опоры, заключающийся в уменьшении возмущающего усилия в ней путем совмещения главной центральной оси инерции вращающихся масс и их осью вращения.

Наиболее близким к изобретению является газовый подшипник, содержащий установленный в кольцевой проточке корпуса и охватывающий цапфу вала пьезокерамиче- ский вкладыш с нанесенными на его внут(Л

с

х| СЛ

ся о о

реннюьо и внешнюю цилиндрические поверхности электродами для соединения с источником электрических сигналов, причем электроды выполнены в форме секторов, размещенных вдоль поперечной оси вкладыша, а вкладыш установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении. Воздействие возмущающего усилия уменьшается путем коррекции формы вкладыша.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обес- печивают достаточной устойчивости и точности стабилизации вращения вала. Это объясняется тем, что возникают дополнительные периодические силы, частота которых превышает частоту вращения. При использовании способа затруднено определение мест расположения и установки урэв- новешивающих грузов, в большинстве случаев несовпадает центр масс всей роторной системы в собранном виде с осью вращения неуравновешенных масс, Снижающим точность стабилизации вращения вала фактором является также то, что наличие электродов на внутренней поверхности вкладыша влияет на распределение давления в газовом слое, что способствует возникновению возмущающих усилий.

Кроме того, возникают и эксплуатационные трудности, особенно в режиме пуска и установки. Существуют и определенные трудности при получении особо точной внутренней поверхности вкладыша, особенно при обеспечении очень малого зазора.

Целью изобретения является повышение устойчивости и точности стабилизации вращения вала аз счет снижения виброактивности в подшипнике.

Это достигается тем, что в способе стабилизации вращения вала, заключающиеся в центрировании вала путем деформации вкладыша подшипника в радиальном направлении по его двум диаметрально п роти- воположным сторонам, вкладыш деформируют на величину б , меньшую величины радиального зазора, при этом величина деформации д определяется из соотношения

(1-a),

где К 0,05-0,5 - коэффициент, учитывающий величину деформации:

h - радиальный зазор между вкладышем подшипника и валом;

а 0,01-0,02 - коэффициент, учитывающий упругую деформацию корпуса и вкладыша.

Это достигается также тем, что в устройстве для стабилизации вращения вала, содержащем охватывающий цапфу вала вкладыш подшипника, установленный в

корпусе, источник электрических сигналов постоянного напряжения, соединенный с электродами, устройство снабжено пьезо- керамическими элементами, соединенными с электродами и размещенными в корпусе

диаметрал ьно противоположно друг другу с. контактом с наружной поверхностью вкладыша подшипника, причем каждый пьезоке- рамический элемент выполнен в виде столбиков из набора пластин.

Именно расположение пьезокерамиче- ских элементов в двух диаметрально противоположных сторонах вкладыша обеспечивают создание овальности внутренней поверхности вкладыша до величины

деформации д , меньшей величины радиального зазора

На фиг 1 изображена обща-я схема устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Устройство для стабилизации вращения

вала содержит вкладыш 1, установленный в корпусе 2 и охватывающий цапфу вала 3. В двух диаметрально противоположных сторонах друг другу корпуса 2 установлены пье- зокерамические элементы 4 с контактом с

наружной поверхностью вкладыша подшипника, причем электроды, соединенные с элементами, подключены к источнику 5 электрических сигналов постоянного напряжения. Каждый пьезокерамический элемент

4 выполнен в виде столбиков из набора пластин.

Устройство работает и способ осуществляется следующим образом.

При вращении вала 3 во вкладыше 1

включается источник электрических сигналов постоянного напряжения, соединенный с электродами пьезокерамических элементов 4, которые ув еличивают свой объем и давят на наружную поверхность вкладыша,

деформируя ее. Величина деформации определятся зависимостью

(1-a)

Величина деформации д регулируется подбором соответствующего количества

пластин пьезокерамики. При вращении вала силы давления смазки на двух диаметрально противоположных сторонах цапфы уравновешиваются, однако только при четном числе волн внутренней поверхности

вкладыша равнодействующая сил давления

становится равной нулю. А при нечетном

числе волн обязательно возникает возмуща(1щее усилие, влияющее на виброактивность и на точность стабилизации вращения вала.

Использование предлагаемого способа стабилизации вращения вала и устройство для его осуществления позволяет резко снизить возмущающее усилие в подшипнике за счет уравновешивания сил давления смазки и тем самым снижения его виброактивности, что повышает точность стабилизации вращения вала на 30-40%. Одновременно предлагаемые изобретения позволяют улучшить и эксплуатацию за счет предупреждения сухого трения вала, также отпадает проблема изготовления особо точной внутренней поверхности вкладыша. Формула изобретения 1. Способ стабилизации вращения вала, заключающийся в центрировании вала путем деформации вкладыша подшипника в радиальном направлении по его двум диа- метрально противоположным сторонам, о т личающийся тем, что, с целью повышения устойчивости и точности стабилизации вращения вала за счет снижения виброактивности в подшипнике, вкладыш деформи- руют на величину д , меньшую величины радиального зазора, при этом величина деформации д определяется из соотношения

б -K h(1-a)

где К 0,05-0,5 - коэффициент, учитывающий величину деформации;

h - радиальный зазор между вкладышем подшипника и валом;

а 0,01-0,02 - коэффициент, учитывающий упругую деформацию корпуса и вкладыша.

2. Устройство для стабилизации вращения вала, содержащее охватывающий цапфу вала вкладыш подшипника, установленный в корпусе, источник электрических сигналов постоянного напряжения, соединенный с электродами, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости стабилизации вращения вала за счет снижения виброактивности в подшипнике, оно снабжено пьезокерамически- ми элементами, соединенными с электродами и размещенными в корпусе диаметрально противоположно друг другу с контактом с наружной поверхностью вкладыша подшипника. (

3 Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что каждый пьезокерамический элемент выполнен в виде столбиков из набора

пластин.

Использование: прецизионные опоры. Сущность изобретения: в корпусе размещен вкладыш подшипника, охватывающий цапфу вала. В корпусе диаметрально противоположно, с контактом с наружной поверхностью вкладыша подшипника размещены пьезокерамические элементы, соединенные с электродами и источником электрических сигналов постоянного напряжения. Подают напряжение на пьезокерамические элементы, которые деформируют вкладыш на величинуд , меньшую величины радиального зазора Величина деформации д выбирается из соотношения д К h (1-а), где К 0,05-0,5 - коэффициент, учитывающий величину деформации; h - радиальный зазор между вкладышем подшипника и валом; а 0,01-0,02 - коэффициент, учитывающий упругую деформацию корпуса и вкладыша. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил

r-J

cpur.i

S//Y//

Фмг2

А-А

/////