本技术公开了一种基于压电分流阻尼的多孔质静压气体径向轴承,属于静压气体轴承技术领域;包括轴承壳体,沿轴向设置在轴承壳体内的轴承套筒和多孔质节流器,以及设置在轴承壳体和轴承套筒之间并通过挡圈轴向固定的压电分流阻尼模块,其中压电分流阻尼模块由力放大器、压电陶瓷叠堆、预紧压块、预紧螺钉、钢球和锁紧螺母连接组成;力放大器为由两个梯形连接头、四个薄壁梁和两个端板组成的轴对称结构。本发明在轴承内部设置压电分流阻尼模块,通过压电陶瓷叠堆将轴承套筒的振动机械能转换为电能,并通过外接的分流谐振电路消耗压电陶瓷叠堆产生的电能为轴承提供净阻尼,从而降低高转速下转子相对轴承的振幅,提高轴承的高速稳定性。
背景技术
轴承是旋转机械的关键部件,起着支承旋转轴、减小转轴表面的磨损和提高传动效率的作用,是传动系统的核心零件之一。随着旋转机械不断朝着高转速、高功率密度、高旋转精度和高效率的方向发展,要求轴承要具备无摩擦、高承载能力以及高精度和高速稳定性等优良特性。
静压气体轴承由外部气源供气,通过轴承表面的节流装置形成气膜,与动压气体轴承相比,静压气体轴承具有较大的承载能力且具有良好的起停特性。作为一种特殊的节流装置,多孔质材料的内部和表面均布有密集的微孔,在轴承间隙内形成微米级润滑气膜支承转子。由于多孔质气体轴承具有高精度、低摩擦、高承载能力和高转速等优良特性,使其在高速和高精密旋转机械领域得到广泛应用。
但是多孔质气体轴承在高转速下的气膜阻尼不足以吸收转子的振动,轴承-转子系统的高速稳定性较差,需要安装外部阻尼器来抑制气膜涡动。为了提高多孔质轴承的阻尼能力,最常用的方法是采用金属丝网、橡胶等阻尼材料吸收振动能量并以热能的形式将其耗散。例如,授权公告号为CN219888506U的一种带阻尼的气体静压轴承,其将阻尼套垫设置在轴承套和外壳之间,并通过径向设置的紧固结构压紧轴承套与阻尼套垫,利用阻尼套垫的阻尼特性,轴承套可以在阻尼套垫的作用下发生微小的位移,使阻尼套垫发挥阻尼作用提高轴承的高速稳定性。
目前,采用阻尼套垫的多孔质气体轴承还存在有以下问题:
1)金属丝网、橡胶等阻尼材料虽然具有一定的阻尼能力,但是材料的刚度较小,不能与钢制传动部件串联,否则会降低传动系统的固有频率,使轴承-转子系统的固有频率产生较大的改变,因此阻尼器的刚度必须大于轴承的刚度。
2)橡胶、金属丝网等阻尼材料依靠材料内部摩擦或库仑摩擦产生阻尼,所能提供的阻尼能力有限,无法满足高速轴承-转子系统的阻尼要求;当需要增加轴承需阻尼时,需要通过增加阻尼套垫的厚度来提高轴承的阻尼能力,轴承外径尺寸增大的同时也增加了轴承的附加质量。
3)金属丝网、橡胶等阻尼材料将吸收的振动能量转化为材料内部的热能,当产生的热能未能及时从轴承内散出将会导致轴承的温度升高,使轴承的工作环境恶化;此外,橡胶材料易老化,工作寿命短,而金属丝网则存在加工困难、加工精度难以保证的问题。
因此,亟需设计一种具有良好高速稳定性和整体性能的高阻尼多孔质气体轴承。
实现思路