專利名稱：超聲波軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型軸承，具體地說是利用超聲振動(dòng)形成軸瓦對(duì)軸頸的懸浮支撐并改善潤滑以構(gòu)造滑動(dòng)軸承。
背景技術(shù)：
超聲波振動(dòng)表面所具有的懸浮支撐與減摩能力，多年前即被研究證實(shí)并獲得了實(shí)際應(yīng)用，如美國航空航天部門采用超聲波振動(dòng)減少了航天器輔助支點(diǎn)的摩擦阻力，ThomasSkare等人利用超聲波的聲懸浮與擠壓氣膜成功地使液滴在介質(zhì)中自由懸浮，熊田明生教授認(rèn)為超聲波可使摩擦阻力降低至原有的1/10至1/30左右，上羽貞行教授證實(shí)以40KHz頻率2μm振幅振動(dòng)的平板，其表面動(dòng)壓力可達(dá)0.75MPa。
傳統(tǒng)滑動(dòng)軸承的工作過程，如圖4所示當(dāng)軸承靜止時(shí)(圖中a所示)，軸頸與軸瓦之間接觸，軸承間隙充滿潤滑油；軸承開始工作時(shí)(圖中b所示)，軸頸轉(zhuǎn)速還比較小，軸頸沿軸瓦內(nèi)壁慢慢向右爬升，將潤滑油帶入油楔，由于帶入軸承間中的潤滑油還沒有形成完整潤滑油膜，軸頸與軸瓦之間存在嚴(yán)重的摩擦與磨損，這一現(xiàn)象稱為混合摩擦狀態(tài)；隨著軸頸速度ω的提高，油楔中的潤滑油漸漸增多并逐漸形成完整潤滑油膜，軸頸向左偏移并穩(wěn)定在一定偏心位置(圖中c所示)。由此過程可以看出，軸頸與軸瓦之間摩擦和磨損主要集中在軸承開始工作時(shí)(軸承停止工作的過程中也同樣存在，其過程與此類似，要解決軸承的摩擦和磨損問題，提高軸承的工作壽命和工作性能，就是要盡量避免軸瓦與軸頸在工作過程中相互接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種超聲波軸承，它是利用超聲振動(dòng)表面所具有的懸浮支撐與形成改善潤滑的能力來構(gòu)成的軸承，可避免軸承在工作時(shí)軸頸與軸瓦接觸，達(dá)到提高軸承工作壽命和工作性能的目的。
本實(shí)用新型的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合附圖1、2說明如下本實(shí)用新型的一種徑向超聲波軸承，是由超聲波發(fā)生器1、超聲換能器18、變幅桿5、軸瓦7組成，超聲換能器18通過變幅桿5固定連接在軸瓦7的外徑上，其軸心線與軸瓦7的軸心線垂直相交，超聲換能器18的兩電極與超聲波發(fā)生器1的輸出端電連接，在軸瓦7的內(nèi)徑上設(shè)有軸向儲(chǔ)油腔8，儲(chǔ)油腔8與設(shè)置在軸瓦7壁上的供油孔13相連通。
所述的超聲換能器18為郎之萬振子結(jié)構(gòu)，它由前蓋板4壓電陶瓷3和后蓋板2用螺釘緊固而成，在壓電陶瓷晶片之間夾上銅片作電極，其節(jié)面17設(shè)于前蓋板4與壓電陶瓷3的界面上。也可以為壓電疊堆、雙晶片振子。
超聲波軸承工作原理是由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻信號(hào)給超聲換能器，使超聲換能器處于諧振狀態(tài)，產(chǎn)生高頻小振幅(μm級(jí))振動(dòng)，由變幅桿將振幅放大并傳遞給軸瓦，使軸瓦內(nèi)表面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)，由于超聲振動(dòng)表面所具有的懸浮支撐與動(dòng)壓潤滑能力，軸頸就被懸浮在中心位置并在軸承間隙中形成穩(wěn)定的動(dòng)壓潤滑油膜。
超聲波軸承的工作過程如圖5所示當(dāng)軸承靜止時(shí)(如圖5中d所示)，軸頸與軸瓦處于接觸狀態(tài)，軸承間隙中充滿潤滑油；當(dāng)軸承工作時(shí)(如圖5中e所示)，先使軸瓦表面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)下，利用軸瓦振動(dòng)表面所具有的懸浮能力將軸頸懸浮起來，由于超聲波的作用，在軸承間內(nèi)形成穩(wěn)定的動(dòng)壓潤滑油膜；軸承工作時(shí)(如圖5中f所示)，超聲波軸承工作時(shí)，避免了軸頸與軸瓦之間的摩擦和磨損，不存在混合摩擦狀態(tài)，從而提高了軸承的工作壽命和工作性能。


圖1為徑向超聲波軸承主視剖面圖。
圖2為圖1所示A-A向剖視圖。
圖3為止推超聲波軸承主視剖面示意圖。
圖4為傳統(tǒng)滑動(dòng)軸承工作過程示意圖。
圖5為徑向超聲波軸承工作過程示意圖。
具體實(shí)施方式
如上所述，本實(shí)用新型是利用超聲波振動(dòng)構(gòu)造軸承，其形式多種多樣，一般來說，超聲波軸承主要由超聲換能器、超聲波發(fā)生器、變幅桿、軸瓦等組成。按照本實(shí)用新型思想可以構(gòu)造出我們所需要的軸承，這里主要以徑向超聲波軸承和止推超聲波軸承為例加以說明。
實(shí)施例1徑向超聲波軸承參照?qǐng)D1、圖2，徑向超聲波軸承由由超聲波發(fā)生器1、超聲換能器18、變幅桿5、軸瓦7組成，超聲換能器18的前蓋板4通過變幅桿5固定連接在軸瓦7的外徑上，其軸心線與軸瓦7的軸心線垂直相交，超聲換能器18的兩電極與超聲波發(fā)生器1的輸出端電連接，在軸瓦7的內(nèi)徑上設(shè)有軸向儲(chǔ)油腔8，儲(chǔ)油腔8與設(shè)置在軸瓦7上的供油孔13相連通。
超聲換能器18為郎之萬振子結(jié)構(gòu)，它由前蓋板4、壓電陶瓷堆3和后蓋板2用螺釘緊固而成，在組成壓電陶瓷晶堆3的壓電陶瓷晶片之間夾上銅片作電極，在前蓋板4與壓電陶瓷堆3相接的端面上具有凸緣，即為換能器18的節(jié)面17。
該徑向超聲波軸承是在軸瓦7的外徑上均勻?qū)ΨQ的固定連接4個(gè)超聲換能器18，換能器18的節(jié)面17用螺釘15固定連接在殼體9、10上，殼體9、10通過螺栓11連接固定。
殼體10上設(shè)有導(dǎo)油孔12和與軸瓦7上的供油孔13相連通的環(huán)形槽14。圖2中6為軸頸。使用時(shí)，將軸承殼體固定于軸承座上。
本實(shí)施方式中，變幅桿5與超聲換能器18的前蓋板4之間用螺柱緊固連接起來，變幅桿5的作用是將機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或振速放大，另外還可以匹配超聲換能器18與軸瓦7之間的阻抗，使能量很好地傳遞到負(fù)載上；變幅桿5與軸瓦7之間用螺柱固定連接。超聲換能器18、變幅桿5、軸瓦7一起構(gòu)成了超聲波軸承的振動(dòng)系統(tǒng)，它們將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并將質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移放大，傳遞給軸瓦7，使軸瓦7表面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)。
由于超聲換能器18和變幅桿5安裝位置處于軸瓦7軸向的中間位置，為保證潤滑油不泄漏并能及時(shí)暢通地充滿儲(chǔ)油腔8，軸瓦7上的供油孔13不能位于軸瓦7軸向的中間位置；同時(shí)由于超聲波軸承結(jié)構(gòu)的特殊性，環(huán)形槽14開在第二軸承殼體部分10上，以保證潤滑油從導(dǎo)油孔12進(jìn)入后能通過環(huán)形槽14無泄漏地從各個(gè)供油孔13充滿儲(chǔ)油腔8。軸承的儲(chǔ)油腔8中充滿潤滑油，保證軸承工作中潤滑充分。由于軸瓦7的工作表面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)，能夠主動(dòng)形成動(dòng)壓潤滑油膜，實(shí)驗(yàn)表明，超聲換能器產(chǎn)生振動(dòng)后，潤滑油能沿軸瓦與軸頸表面展開并形成具有一定壓力的油膜，從而保證動(dòng)壓油膜的穩(wěn)定，這與傳統(tǒng)滑動(dòng)軸承工作時(shí)動(dòng)壓油膜的形成是有區(qū)別的。超聲波軸承動(dòng)壓油膜的形成能力與軸頸的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，而與軸瓦表面的振動(dòng)情況有關(guān)。
徑向超聲波軸承結(jié)構(gòu)比靜壓軸承簡單，比動(dòng)壓軸承更能在低速下工作。因而超聲波軸承具有一定廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)施例2止推超聲波軸承參照?qǐng)D3，止推超聲波軸承由超聲波發(fā)生器1、超聲換能器18、變幅桿5、軸承端蓋22組成，變幅桿5通過螺柱固定連接在超聲換能器18的前蓋板4上，變幅桿5的端面設(shè)有錐形孔19，即作為軸瓦，在變幅桿錐形孔19的底角設(shè)置有環(huán)形儲(chǔ)油腔20，側(cè)壁設(shè)有供油孔21；變幅桿5上端通過螺釘24固定連接軸承端蓋22，軸承端蓋22的內(nèi)徑上嵌置有擋油環(huán)23；超聲換能器18的兩電極與超聲波發(fā)生器1的輸出端電連接。
所述的超聲換能器18為郎之萬振子結(jié)構(gòu)，它由前蓋板4壓電陶瓷堆3和后蓋板2用螺釘緊固而成，在壓電陶瓷晶片之間夾上銅片作電極，其節(jié)面17設(shè)于前蓋板4與壓電陶瓷3的界面上。圖中25為軸頸。使用時(shí)，將超聲換能器節(jié)面17固定于軸承座上。
超聲波發(fā)生器1產(chǎn)生高頻信號(hào)給超聲換能器18，使其處于諧振狀態(tài)時(shí)，變幅桿5傳遞振動(dòng)并將振幅放大，此時(shí)變幅桿的錐形孔表面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生聲懸浮能力和動(dòng)壓潤滑能力，將軸懸浮起來，同時(shí)儲(chǔ)油腔20中的潤滑油在超聲振動(dòng)作用下形成穩(wěn)定的動(dòng)壓油膜，達(dá)到潤滑效果，起到減摩降阻的作用，以達(dá)到提高軸承工作壽命和工作性能的目的。
止推超聲波軸承可以用來構(gòu)造中、小軸承，工作壽命長、轉(zhuǎn)速高。
權(quán)利要求1.一種徑向超聲波軸承，其特征在于是由超聲波發(fā)生器(1)、超聲換能器(18)、變幅桿(5)、軸瓦(7)組成，超聲換能器(18)的前蓋板(4)通過變幅桿(5)固定連接在軸瓦(7)的外徑上，其軸心線與軸瓦(7)的軸心線垂直相交，超聲換能器(18)的兩電極與超聲波發(fā)生器(1)的輸出端電連接，在軸瓦(7)的內(nèi)徑上設(shè)有軸向儲(chǔ)油腔(8)，儲(chǔ)油腔(8)與設(shè)置在軸瓦(7)上的供油孔(13)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種徑向超聲波軸承，其特征在于超聲換能器(18)為郎之萬振子結(jié)構(gòu)，它由前蓋板(4)、壓電陶瓷堆(3)和后蓋板(2)用螺釘緊固而成，在組成壓電陶瓷晶堆(3)的壓電陶瓷晶片之間夾上銅片作電極，在前蓋板(4)與壓電陶瓷堆3相接的端面上具有凸緣，即為換能器(18)的節(jié)面(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種徑向超聲波軸承，其特征在于在軸瓦(7)的外徑上均勻?qū)ΨQ的固定連接4個(gè)超聲換能器(18)，換能器(18)的節(jié)面(17)用螺釘(15)固定連接在殼體(9、10)上，殼體(9、10)通過螺栓11連接固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的一種徑向超聲波軸承，其特征在于所屬的殼體(10)上設(shè)有導(dǎo)油孔(12)和與軸瓦(7)上的供油孔(13)相連通的環(huán)形槽(14)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及超聲波軸承，它是由超聲波發(fā)生器(1)、超聲換能器(18)、變幅桿(5)、軸瓦(7)組成，超聲換能器(18)的前蓋板(4)通過變幅桿(5)固定連接在軸瓦(7)的外徑上，其軸心線與軸瓦(7)的軸心線垂直相交，超聲換能器(18)的兩電極與超聲波發(fā)生器(1)的輸出端電連接，在軸瓦(7)的內(nèi)徑上設(shè)有軸向儲(chǔ)油腔(8)，儲(chǔ)油腔(8)與設(shè)置在軸瓦(7)上的供油孔(13)相連通。它是利用超聲振動(dòng)表面所具有的懸浮支撐與形成改善潤滑的能力來構(gòu)成的軸承，可避免軸承在工作時(shí)軸頸與軸瓦接觸，達(dá)到提高軸承工作壽命和工作性能的目的。
文檔編號(hào)F16C32/06GK2658465SQ0321156
公開日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者楊志剛, 彭太江, 程光明 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)