超声振动在对轴支承中的悬浮与减摩作用研究

【摘要】：对轴进行支承的零部件就是轴承,其功用是支撑轴及轴上零件使之传递运动或动力。轴承对轴支承过程中的摩擦造成能量损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移,直接影响着整个轴系的旋转精度及整部机器的性能。利用超声振动来减小对轴支承中的摩擦是一种全新的设想。本文对利用压电换能器振子进行超声振动悬浮与减摩的机理作了分析,论证了依靠螺栓紧固型压电换能器构造悬浮轴承的可行性。设计制造出超声振动对轴支承结构,并对其进行了相关的实验测试与分析。 具体研究内容如下: 1.超声波悬浮的物理基础从最基本的压电理论入手,系统地阐述关于压电效应、压电陶瓷、压电方程的建立以及压电振子等相关知识。 2.压电换能器的设计制作及性能分析对形成超声振动与减摩的关键部件——压电换能器的性能进行了大量理论分析和实验研究。建立压电换能器的振动方程,根据相应的边界条件确定超声振动对轴支承用压电换能器的尺寸;设计、制作了超声振动对轴支承用压电换能器并对换能器的基本振动参数如换能器阻抗、谐振频率等进行测试;通过实验分析了预应力的大小对振子性能的影响;对超声换能器进行阻抗匹配实验研究。 3.利用有限元软件对压电换能器进行模态分析和谐响应分析用有限元法对三种结构的换能器的振动模态进行分析,确定形成最佳超声振动减摩与悬浮的效果的压电换能器的振动参数;利用有限元分析振子前盖板的长度对振动频率的影响;在模态分析的基础上,对三种结构的振子进行谐响应分析。 4.超声振动对轴支承的结构设计及测试分析设计制造超声振动对轴径向支承机构并对其的基本悬浮与减摩性能进行试验分析,测试了超声振动状态下换能器辐射端面与其他构件形成摩擦副时的悬浮间隙;超声振动对轴径向支承结构支撑端面的动摩擦力矩的测量。