磁力軸承

磁力軸承

磁力軸承是靠磁場力支承載荷或懸浮轉子的一種支承形式。近年來,這種軸承發展很快,特別在高速、低摩阻、高(低)溫及真空環境下的應用。磁力軸承與其他支承形式相比有其獨特的優越性,很有發展前景。

磁力軸承概念


磁力軸承
磁力軸承

幾種典型的磁力軸承


1. 永磁型磁力軸承
永磁型磁力軸承是由永久磁鐵製成的,可做成各種形狀。軸承的承載能力和剛度決定於永磁材料的種類,磁極的形狀、面積、厚度和配置方式,軸承間隙,以及軟磁鋼部分的尺寸。這種軸承的理論計算十分困難,常採用“實驗相似法”進行結構設計。即用實驗方法確定幾種典型軸承結構,測出其承載能力、剛度值。新設計軸承只要取相同的材料,結構形式與尺寸按比例確定,其性能即可按比例求出,如承載能力與軸承特徵尺寸的平方成比例等。
2. 被動式交流激勵型磁力軸承
推力軸承通常都是成對組合式,每個軸承就是一個電磁鐵。鐵心幾何形狀一般為E形、U形或圓環形。調諧方式分串聯和並聯兩種。
一、特點與分類
1.特點
1.摩擦小,功耗低,可實現超高速運轉。
2.支承精度高,工作穩定,可靠。
3.可在高溫、深冷及真空環境下運轉。
4.結構複雜,要求條件苛刻,對環境有磁干擾,但無其他污染。
5.完全消除磨損,理論壽命是無限的
6.轉速只受軸承材料限制
7.精度高可達微米級
8.功耗為普通軸承的10%
9.阻尼、剛度可控,便於智能控制
10.轉子的運轉特性可以監控和控制
11.無潤滑、密封裝置,沒有環境污染
2.分類
磁力軸承根據其控制方式、磁能來源、結構形式等分類。此外,還可以按磁場類型劃分為永久磁鐵型、電磁鐵型和永久磁鐵—電磁鐵混合型。也可按軸承懸浮力類型劃分為吸力型和斥力型。超導磁力軸承還分為低溫超導和高溫超導兩種。
以上各種分類中不同類型之間還存在一些特殊限制,應特別注意。
①永磁型軸承只能是無源型(被動型),而無源型軸承不可能在3個方向上都穩定,至少有1個方嚮應採用有源型。
②直流激勵型軸承只能是有源型(主動型)。
③純電磁鐵型軸承只能是5自由度控制型軸承,其體積、質量和功耗都比較大。
④斥力型磁力軸承,由於磁力利用率低,結構較吸力型複雜,一般很少採用。
二、磁力軸承的應用實例
1.機床中的應用 在機床主軸中的應用有限,屬試用性質。
(1)精密機床主軸
法國S2M公司製造了採用5自由度控制磁力軸承支承的精密主軸,其徑向軸承的dn值為4X106mm·r/min,軸頸線速度為200m/s,推力軸承的dn值為8X106mm·r/min,止推軸頸線速度為400m/s。
(2)超精透鏡車床
法國S2M公司由主動磁力軸承支承的超精透鏡車床主軸,轉速2000r/min,功率lkW,加工精度0.05ttm。
2.精密儀器中的應用
英國國家物理實驗室研製了採用磁浮導軌的自動分辨測量儀,在lkHz的頻帶內,支承剛度為175N/gm,解析度達0.1nm。
3.泵類中的應用
(1)血液泵
日本東京大學與NTN公司合作研製的磁力軸承血液泵。主軸由5自由度主動控制型磁力軸承支承,進口徑向軸承的承載能力為18N,出口軸承徑向承載能力為22N,推力軸承的承載能力為9.2N。
(2)循環泵 法國SEP公司採用S2M公司的主動型磁力軸承研製開發出火箭發動機用液氧、液氫循環泵。
4.空間技術中的應用
日本NAL&MELCO和NAL&TOSIBA公司用主動型磁力軸承支承空間姿態控制慣量輪。
5.物理實驗中的應用
(1)高精密粒子束變換器 德國Uranit公司推出了三種用磁力軸承支承轉子的粒子束變換器。
(2)中子選擇器
德國KFA公司製造的中子選擇器,採用單自由度被動型磁力軸承支承轉子,轉速為36000r/min