一种集成压电节流器的高频响可控静压轴承

本发明涉及轴承和节流器，具体地，涉及到一种集成了压电节流器的可控静压轴承。

背景技术：

1、滑动轴承可用于支承滑动，旋转，摆动或往复运动。与滚动轴承相比，滑动轴承的承载能力和减振能力更好，因而在航空航天设备、精密重载机械等领域有很多应用。

2、随着对速度和精度的要求越来越高，人们现在对滑动轴承的需求不仅仅是用来承载转子(轴)的运动，还希望能够更好的抑制转子在转动过程中产生的振动，甚至通过控制得到期望的轴心轨迹。许多新结构被提出来，使得某些新型滑动轴承开始具备了调节轴承特性、控制转子径向运动或形成期望轴心轨迹的能力，即所谓可控轴承。然而，大多数可控轴承的性能并不理想，其主要原因是：执行装置动作速度不够快，油路、非线性阻尼等滞后效应显著，控制系统的响应特性不够好，难以及时补偿误差实现快速而精确的控制。

3、目前，已经有多种类型的可控轴承被用于控制转子的径向运动。中国发明专利：一种智能可控轴承及控制转子振动的方法，申请号:cn201610352948.2。该专利将磁流变液润滑运用到了滑动轴承上，并且采用了浮环式轴承，可以使轴承适应更高转速的场合。但是该专利为了使用的励磁系会使得整个系统结构复杂，并且由于磁滞作用的影响，会使得系统的快速响应性能变差。

4、中国实用新型专利：一种可控阻尼的圆锥动静压滑动轴承、转动系统，申请号：cn202120684177.3。该专利提出了通过改变滑动轴承中阻尼环的形状达到调节系统阻尼为转子减振的效果。此类技术采用的控制方法属于间接控制，让阻尼环发生变形并不能精确控制转子的径向位置，而只能大致调整转子的运动轨迹，而且响应速度不够快，无法及时补偿每一圈内转子径向位置的快速变化。所以此类技术的控制精度和响应速度很难保证。

5、中国发明专利：一种主动控制滑动轴承，申请号:cn201110442454.0。该专利将压电小孔节流阀安装在滑动轴承的外圈，省去了节流阀到油腔这一段的管路，可以在一定程度上减少滞后，提高响应速度。但嵌入在轴承中的小孔节流阀的节流块行程一般在毫米级，对于压电致动器来说这是一个较大的行程，会导致压电陶瓷的体积较大、系统响应速度变慢。同时，此发明虽然消除了节流器与轴承之间的管路，避免了由此带来的滞后效应，但并未消除节流器之前的管路影响，而最新的研究表明，这种影响在流量高频变化时会使可控轴承几乎失去控制能力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种集成压电节流器的高频响可控静压轴承，本发明将响应速度优异的压电式节流器与传统静压轴承集成在一起，消除了中间油路，显著降低了系统的延迟；并在轴承中设计了内嵌微型弹性储油器，抑制了高频工作时前端油路对于入口压力的影响，保证了可控轴承的控制效果；所设计的新型高频响可控静压轴承整体结构简单、功能可靠，可为更好的抑制转子振动，以及控制形成期望的轴心轨迹提供支持。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明的实施例提供了一种集成压电节流器的高频响可控静压轴承，包括静压轴承，在静压轴承周向均布多个油腔，在每个油腔的一侧设置储油腔，相对的另一侧设置进油口；并每个油腔内相应的嵌入有压电节流器，所述的压电节流器包括上阀体、下阀体，在上阀体内设置有与上阀体内壁密封连接的活塞顶杆，活塞顶杆的顶部设置压电陶瓷，压电陶瓷固定在端盖上，在所述上阀体的侧壁上设有通孔ⅰ和通孔ⅱ；所述的通孔ⅰ与进油口连通，通孔ⅱ与储油腔连通；所述下阀体中心设置出油口；下阀体与活塞顶杆之间的环形节流间隙与出油口联通。

4、作为进一步的技术方案，所述的储油腔的刚度可调。

5、作为进一步的技术方案，储油腔靠近静压轴承外圈的位置设置有由金属弹性薄膜和安全盖围成的腔体。

6、作为进一步的技术方案，所述由金属弹性薄膜和安全盖围成的腔体一部分位于静压轴承内，一部分位于静压轴承外。

7、作为进一步的技术方案，所述上阀体底部安装在下阀体的外沿上。

8、作为进一步的技术方案，所述的压电陶瓷的顶部设置垫片i,预紧螺钉穿过端盖端部与垫片i相连。

9、作为进一步的技术方案，所述的压电陶瓷的底部与活塞顶杆的顶部之间设置垫片ⅱ。

10、作为进一步的技术方案，所述的上阀体内部设置凸台，凸台顶部设置垫片ⅲ，且凸台位于活塞顶杆顶部的外沿下方。

11、作为进一步的技术方案，所述的上阀体和下阀体之间通过螺纹配合。

12、作为进一步的技术方案，在静压轴承的轴向均匀布置四个油腔。

13、作为进一步的技术方案，在下阀体上部的内径与外径差为毫米级。

14、本发明的工作原理:

15、在压电陶瓷上施加不同的电压，压电陶瓷的变形通过活塞传递，会导致节流环面上的缝隙高度发生变化，从而改变压电节流器液阻，实现对于压电节流器出口流量和压力的控制，同时，储油腔用于抑制压电节流器入口压力的波动，同时避免轴承油腔压力变化幅度的衰减，这两个作用是统一的；储油腔在系统中的功能，类似与电路中功率器件的电源端口附近的滤波电容，用以抑制供电电压的波动。当压电节流器高频动作，导致系统中流量快速变化时，压电节流器入口处的压力由于前端管路的时滞性，会发生较大波动；即：流量突然上升时入口压力下降，流量突然下降时，入口压力上升。而突然增大流量的目的通常是为了快速提高轴承油腔压力，但此时入口压力的下降使这一目的难以实现；同样，突然减小流量的目的通常是为了快速降低轴承油腔压力，但此时入口压力的上升也使这一目的难以实现。储油腔位于压电节流器入口附近，可容纳一定体积的油液，且储油腔靠近静压轴承外圈的位置设置有由金属弹性薄膜和安全盖围成的腔体，该腔体作为储油腔的腔壁具有弹性。这使得系统中流量快速变化时，储油腔释放或吸收部分油液，节流器入口处的压力基本保持不变，从而避免轴承油腔压力变化幅度的衰减。

16、上述本发明的实施例的有益效果如下：

17、1.本发明将压电节流阀与静压轴承集成在一起，去掉了两者间的管路，从而显著降低系统延迟，提高可控静压轴承在控制轴心轨迹时的响应速度，同时并本发明在轴承中设计了内嵌微型弹性储油器，抑制了高频工作时前端油路对于入口压力的影响，保证了可控轴承的控制效果；通过弹性储油器与压电节流阀共同作用，使得高频响可控静压轴承可更好的抑制转子振动，以及控制形成期望的轴心轨迹提供支持。

18、2.本发明提出的嵌入静压轴承的是一种压电式环面缝隙节流阀，微小行程即可产生液阻的巨大变化，响应速度极快，且体积小易于集成，整体结构简单、功能可靠。

19、3、由于前端供油管路也会在一定程度上减弱可控轴承的控制效果，高频工作时尤其如此，因此本发明设计了带有弹性薄膜的内置储油腔，可吸收油液流量高频变化时节流器入口处的压力波动，且该油腔刚度可调，能够保持不同工作频率下可控轴承的控制效果不会减弱。

20、4、本发明提出的嵌入静压轴承的四个节流阀，是一种压电陶瓷驱动的活塞式环面缝隙节流阀，油液从下阀体的环面外缘向下阀体的中心内部流入，环面半径大且下阀体上部分内外径差别很小(毫米级)，因此，相比于小孔节流，最大流量可以大很多倍；同时，其节流原理是：压电陶瓷驱动的活塞直接改变活塞底面与下阀体顶部的环面间缝隙(缝隙高度通常是几十微米的量级)，而非遮挡孔或环的有效通过面积，因此，微小行程即可产生液阻的巨大变化，响应速度极快。且这种节流器体积小易于集成，整体结构简单、功能可靠。综上，所嵌入的特殊设计的节流器，正与可控轴承的要求相匹配。