磁軸承

一種新型高性能軸承。與傳統滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機械接觸，轉子可以達到很高的運轉速度，具有機械磨損小、能耗低、雜訊小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優點，特別適用高速、真空、超凈等特殊環境。可廣泛用於機械加工、渦輪機械、航空航天、真空技術、轉子動力學特性辨識與測試等領域，被公認為極有前途的新型軸承。

我國對磁軸承的研究始於50年代末，后因各種原因進展不快，近十年才引起科研單位的足夠重視。清華大學工程物理系的趙鴻賓教授從1988年致力於此項研究，趙教授介紹說，磁軸承屬機電一體化產品，是控制理論、電子電力、電磁學、轉子動力學及計算機科學等學科交叉的結晶，進行這項研究，有很強的學科意義。同時，磁軸承具有的高速、高精度、長壽命等突出優點，將逐漸帶領機電行業走向一個沒有摩擦、沒有損耗、沒有限速的嶄新境界。

衡量磁軸承質量的關鍵是看它的轉速、迴旋精度和支承剛度。趙鴻賓教授所在機電與控制實驗室1994年研製的卧式五自由度磁軸承系統，轉速高達每分鐘53200轉；1997年成功進行了內圓磨削實驗；今年實現了數控高速磁轉速每分鐘近5萬轉軸承，迴轉精度1μm，這些成績均屬國內首創。

與國外磁軸承相比，我們在水平上還存在著一定差距，但國外磁軸承的價格十分昂貴，而且出於技術上保密的原因，國外磁軸承公司不對中國進行小批量磁軸承的出售。磁軸承能否產業化，其發展速度和水平關係著民族工業的前途，其市場潛力也是非常巨大的。

利用電場力、磁場力使軸懸浮的滑動軸承。用電場力懸浮的為靜電軸承，用磁場力懸浮的為磁力軸承（見圖），用電場力和磁場力共同懸浮的為組合式軸承。后一種軸承既有電極又有磁極，在電路連接上使電容和電感相互對應調諧，其剛度比前兩者要高得多，而最大力所對應的位移卻很小。電磁軸承因軸與軸承無直接接觸，不需潤滑，能在真空中和很寬的溫度範圍內工作，摩擦阻力小，不受速度限制（有的轉速高達2300萬轉/分，線速度高達3倍音速）,使用壽命長，結構可多樣化。靜電軸承需要很大的電場強度，應用受到限制，只能在少數儀錶中使用。磁力軸承具有較大的承載能力和剛度，已用於超高速列車、超高速離心機、水輪發電機、空間飛行器的角動量飛輪、流量計、密度計、功率表、真空泵、精密穩流器和陀螺儀等。隨著磁性材料和電子技術的發展，電磁軸承的應用正日益擴大。

電場力與電場強度、電位移和電極面積成正比，磁場力與磁場強度、磁感應強度和磁極面積成正比。適當選擇電場或磁場參數和幾何尺寸，可得到一定的軸承承載能力和剛度。靜電吸力或磁引力與物體間距離的平方成反比，根據安爾休定理，這種靜力學系統是靜不定的，所以除採用抗磁體或超導體的軸承外，在靜電場或靜磁場下工作的軸承是不穩定的。為使電磁軸承能穩定工作，必須採用伺服裝置或調整電路參數等方法進行控制。實際使用的電磁軸承一般由徑向軸承、推力軸承、伺服控制迴路、阻尼器、速度感測器或位置感測器等組成。

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