Способ настройки газовой вибро-опоры c пьезокерамическим вибратором
О П И С А Н И Е 8ЗООЗ4
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.07.79 (21) 2796!55)25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приорите1 (51) Я К.н 3 ! F !6 С 32/04
Государственный комитет
Опубликовано 15.05.81. Бюллетейь №! 8 (53) УДК 621.822.
5 (088 8 оо делам изобретений
Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (7I) Заявитель (54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ ГАЗОВОЙ ВИБРООПОРЫ.
С ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИМ ВИБРАТОРОМ
Изобретение относится к приборо- и ма шиностроению, 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 ингегральных 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, воздей-ствий внешних полей и т.д. Зто ведет к необходимости для каждой виброопоры из серии изготовлять генераторы электрических колебаний на различные частоты генерации и большие выходные мощности, менять размеры виброопор с целью обеспечения требуемых значений эксплуатационных характеристик.
Цель изобретения -- повышение" эксплуатационных характеристик.
Поставленная цель достигается тем, что при настройке газовой виброопоры с пьезо: керамическим вибратором, включающей из-! о менение частоты напряжения питания до
: совпадения с частотой собственных колебаний одного из элементов виброопоры, допо нительно изменяют величину предварительного механического напряжения пьезо: керамического вибратора с последующей подстройкой частоты питания до получения максимального значения несущей способности опоры или изменяют величину постоянной составляющей напряжения питания на пьезокерамически и вибратор.
На фиг. 1 представлен вид газовой виброопоры с пьезокерамическим вибратором; на фиг. 2 — то же, поперечное сечение; на фиг. 3 — зависимость несущей способ830034 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
Н = 2ФЕЕ tg3, где t — частота колебаний;
Š— диэлектрическая проницаемость;
Š— напряженность диэлектрического поля;
tg8 — тангенс угла диэлектрических потерь
Зависимость емкости С вибратора от величины предварительного механического напряжения пьезокерамики показана на фиг. 2, откуда следует, что в районе 0,6 кг/мм существует минимум, аналогично изменяется и величина tg 8. 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
5
lO
l5
2О
25 зо
4О (так как частота собственных колебаний неподвижного элемента при этом меняется) можно достичь наибольшего значения несущей способности P 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 — 5О/О), 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 /о ув личить 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.
Формула изобретения
1. Способ настройки газовой виброопоры с пьезокерамическим вибратором, включающий изменение частоты напряжения питания до совпадения с частотой собственных колебаний одного из элементов виброопоры, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик, дополнительно изменяют величину предварительного механического напряжения пьезокцрамического вибратора с последующей подстройкой частоты напряжения питания до достижения максимального значения несущей способности.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно изменяют постоянную составляющую напряжения питания пьезокерамического вибратора..830034
Р (нг)
@ив 3
Составитель И. Яковлев:
Редактор И. Персиянпева Техред А< Бойкас Корректор О. Билак
Заказ 3498/63 Тираж 860 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела и изобретений н открытий
i l 3035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5 .<лиал ППП «Патент». г. Ужгсрод, ул. Проектная, 4
