SU830034A1 - Способ настройки газовой вибро-ОпОРы C пьЕзОКЕРАМичЕСКиМ ВибРАТОРОМ - Google Patents

Description

Изобретение относится к приборо- и машиностроению, а именно к способам настройки газовых вибронесущих опор для восприятия нагрузки и может быть использовано в навигационной технике космических аппаратов, авиации, флота.

Известен способ настройки газовой виброопоры с пьезокерамическим вибратором, включающий изменение частоты напряжения питания до совпадения с частотой собственных колебаний одного из элементов виброопоры.

Недостатком данного способа является то, что не удается получить максимально возможные значения КПД виброопор и интегральных характеристик “(несущая способность, жесткость), у разных образцов серии одинаковых виброопор эксплуатационные характеристики (частота собственных колебаний, коэффициент электромеханической связи, интегральные характеристики и др.) всегда различны, так как всегда существуют различия в упругих свойствах используемых материалов, происходит демоляризация пьезокерамики в результате старения, воздействий внешних полей и т.д. Это ведет к необходимости для каждой виброопоры из се2 рии изготовлять генераторы электрических колебаний на различные частоты генерации и большие выходные мощности, менять размеры виброопор с целью обеспечения требуемых значений эксплуатационных характе5 ристик.

Цель изобретения --- повышение эксплуатационных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что при настройке газовой виброопоры с пьезо> керамическим вибратором, включающей из10 менение. частоты напряжения питания до совпадения с частотой собственных колебаний одного из элементов виброопоры, дополнительно изменяют величину предварительного механического напряжения пьезокерамического вибратора с последующей под¹⁵ стройкой частоты питания до получения максимального значения несущей способности опоры или изменяют величину постоянной составляющей напряжения питания на пьезокерамический вибратор.

На фиг. 1 представлен вид газовой виб; роопоры с пьезокерамическим вибратором; на фиг. 2 — то же, поперечное сечение; на фиг. 3 — зависимость несущей способ ности от механического напряжения вибратора.

Пример осуществления предлагаемого способа.

Радиальная газовая вибронесущая опора содержит подвижный элемент 1 в виде цилиндрического вала, неподвижный элемент 2 с закрепленным на нем с помощью болта 3 и прижимной шайбой 4 пьезокерамическим вибратором 5, на цилиндрических поверхностях которого нанесены электроды 6, Неподвижный элемент 2 закреплен в корпусе 7 с помощью специальной скобы 8 и четырех пар кулачков 9. С целью уменьшения демпфирующего влияния корпуса.7 на колебания неподвижного элемента 2 кулачки расположены в узловых линиях этого элемента, причем в этих же местах сделаны канавки 10 с целью предотвращения смещения неподвижного элемента 2.

При подаче напряжения на электроды 6 вибратора 5 последний начинает совершать колебания с частотой напряжения питания. Изменяя частоту питания так, чтобы она совпала с частотой собственных колебаний неподвижного элемента, можно получить изгибание колебания опорной поверхности неподвижного элемента — втулки, при которых в зазоре между опорными поверхностями возникает смазочный слой газа. Подвижный элемент 1 всплывает, и опора несет полезную нагрузку. Вращением болта 3 осуществляется изменение величины механического напряжения вибратора 5 в осевом направлении. При этом происходит изменение диэлектрической проницаемости, емкости, тангенса угла диэлектрических потерь, на электродах 6 изменяется величина электрического статического заряда, а следовательно, и электрического поля в материале пьезокерамики. Как известно, потери мощности на нагревание пьезокерамического элемента составляют

H = 2stf£E²tg$, где f — частота колебаний;

£ — диэлектрическая проницаемость;

Е — напряженность диэлектрического поля;

tg8—тангенс угла диэлектрических потерь

Зависимость емкости С вибратора от величины предварительного механического на^: пряжения пьезокерамики показана на фиг. 2, откуда следует, что в районе 0,6 кг/мм² существует минимум, аналогично изменяется и величина tg δ. Следовательно, с увеличением механического напряжения уменьшаются потери мощности, а значит увеличивается коэффициент электромеханической связи и КПД. Возрастание величины электрического поля также ведет к дополнительной поляризации вещества (некоторые типы пьезокерамических материалов работают только при наличии внешнего постоянного электрического поля). Подстраивая после каждого изменения величины механического напряжения частоту напряжения питания (так как частота собственных колебаний неподвижного элемента при этом меняется) можно достичь наибольшего значения несущей способности Р виброопоры (фиг. 2). Таким образом, изменяя величину механического напряжения вибратора, можно значительно увеличить (в 2—3 раза) несущую способность опоры, а также менять частоту собственных колебаний неподвижного элемента (в пределах 4—5%), что при достаточном запасе по несущей способности позволяет получать желаемую частоту собственных колебаний.

Изменяя постоянную составляющую напряжения питания, можно менять величину статической деформации и механического напряжения вибратора 5 (обратный пьезоэффект), при этом зависимость емкости и несущей способности опоры от электрического напряжения аналогична представленным на фиг. 2 (зависимость между постоянной составляющей напряжения питания и механического напряжения линейна до полей порядка (6—8 кв/см). Электрическое поле в материале вибратора, как и в предыдущем случае, вызывает его дополнительную поляризацию, что ведет к улучшению пьезоэффекта. Измеряя несущую способность опоры (например путем нагружения вала) после каждого изменения величины постоянной сос тавляющей напряжения питания и подстройки частоты можно получить максимальное значение несущей способности опоры, жесткость и КПД.

Предлагаемый способ настройки позволяет на 30—40% увеличить КПД газовых вибронесущих опор с пьезокерамическим вибратором, увеличить при этом несущую способность и жесткость в 1,5—2 раза. Увеличение амплитуды колебаний на опорной поверхности позволяет снизить требования к микро- и макрогеометрии виброопор, что ведет к их удешевлению. В случае серийного производства этот способ может использоваться для управления эксплуатационными характеристиками и их сглаживания.

Claims (2)

1. (54) СП.ОСОБ НАСТРОЙКИ ГАЗОВОЙ ВИБРООПОРЫ С ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИМ ВИБРАТОРОМ ности от механического напр жени  вибратора . Пример осуществлени  предлагаемого способа. Радиальна  газова  вибронесуща  опора содержит подвижный элемент 1 в виде цилиндрического вала, неподвижный элемент 2 с закрепленным на нем с помощью болта 3 и прижимной щайбой 4 пьезокерамическим вибратором 5, на цилиндрических поверхност х которого нанесены электроды 6, Неподвижный элемент 2 закреплен в корпусе 7 с помощью специальной скобы 8 и четырех пар кулачков 9. С целью уменьщени  демпфирующего вли ни  корпуса.7 на колебани  неподвижного элемента 2 кулачки расположены в узловых лини х этого элемента причем в этих же местах сделаны канавки 10 с целью предотвращени  смещени  неподвижного элемента 2. При подаче напр жени  на электроды 6 вибратора 5 последний начинает совершать колебани  с частотой напр жени  питани . Измен   частоту питани  так, чтобы она совпала с частотой собственных колебаний неподвижного элемента, можно получить изгибание колебани  опорной поверхности неподвижного элемента - втулки, при которых в зазоре между опорными поверхност ми возникает смазочный слой газа. Подвижный элемент 1 всплывает, и опора несет полезную нагрузку. Вращением болта 3 осуществл етс  изменение величины механического напр жени  вибратора 5 в осевом направлении. При этом происходит изменение диэлектрической проницаемости, емкости, тангенса угла диэлектрических потерь, на электродах 6 измен етс  величина электрического статического зар да, а следовательно, и электрического пол  3 материале пьезокерамики. Как известно , потери мощности на нагревание пьезокерамического элемента составл ют H 2sJf E2tg§, где f - частота колебаний; - диэлектрическа  проницаемость; Е - напр женность диэлектрического пол ; tgo-тангенс угла диэлектрических потерь Зависимость емкости С вибратора от величины предварительного механического напр жени  пьезокерамики показана на фиг. 2, откуда следует, что в районе 0,6 кг/мм существует минимум, аналогично измен етс  и величина tg S. Следовательно, с увеличением механического напр жени  уменьшаютс  потери мощности, а значит увеличиваетс  коэффициент электромеханической св зи и КПД. Возрастание величины электрического пол  также ведет к дополнительной пол ризации вещества (некоторые типы пьезокерамических материалов работают только при наличии внешнего посто нного электрического пол ). Подстраива  после каждого изменени  величины механического напр жени  частоту напр жени  питани  ( так как частота собственных колебаний неподвижного элемента при этом мен етс ) можно достичь наибольшего значени  несущей способности Р виброопоры (фиг. 2). Таким образом, измен   величину механического напр жени  вибратора, можно значительно увеличить (в 2-3 раза) несущую способность опоры, а также мен ть частоту собственных колебаний неподвижного элемента (в пределах 4-5%), что при достаточном запасе по несущей способности позвол ет получать желаемую частоту собственных колебаний. Измен   посто нную составл ющую напр жени  питани , можно мен ть величину статической деформации и механического напр жени  вибратора 5 (обратный пьезоэффект ), при этом зависимость емкости и несущей способности опоры от электрического напр жени  аналогична представленным на фиг. 2 (зависимость между посто нной составл ющей напр жени  питани  и механического напр жени  линейна до полей пор дка (6-8 KB/CM). Электрическое поле в материале вибратора, как и в предыдущем случае, вызывает его дополнительную пол ризацию , что ведет к улучщению пьезоэффекта . Измер   несущую способность опоры (например путем нагружени  вала) после каждого изменени  величины посто нной сое тавл ющей напр жени  питани  и подстройки частоты можно получить максимальное значение несущей способности опоры, жесткость и КПД. Предлагаемый способ настройки позвол ет на 30-40% увеличить КПД газовых вибронесущих опор с пьезокерамическим вибратором , увеличить при этом несущую способность и жесткость в 1,5-2 раза. Увеличение амплитуды колебаний на опорной поверхности позвол ет снизить требовани  к микро- и макрогеометрии виброопор, что ведет к их удешевлению. В случае серийного роизводства этот способ может использоатьс  дл  управлени  эксплуатационными арактеристиками и их сглаживани . Формула изобретени  1. Способ настройки газовой виброопоры с пьезокерамическим вибратором, включающий изменение частоты напр жени  питани  до совпадени  с частотой собственных колебаний одного из элементов внброопоры, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эксплуатационных характеристик, дополнительно измен ют величину предварительного механического напр жени  пьезокорамического вибратора с последующей подстройкой частоты напр жени  питани  до достижени  максимального значени  несущей способности .
2. 2. Способ по п. , отличающийс  тем, что дополнительно измен ют посто нную составл ющую напр жени  питани  пьезокерамического вибратора.

   1

   е

   W//////////.

   % //////л

   10