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制成的，可做成各種形狀。軸承的承載能力和剛度決定于永磁材料的種類，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，常采用"實(shí)驗相似法"進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。即用實(shí)驗方法確定幾種典型軸承結(jié)構(gòu)，測出其承載能力、剛度值。新設(shè)計軸承只要取相同的材料，結(jié)構(gòu)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征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(huán)形。調(diào)諧方式分串聯(lián)和并聯(lián)兩種。

一、特點(diǎn)與分類

1.特點(diǎn)

1.摩擦小，功耗低，可實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.支承精度高，工作穩(wěn)定，可靠。

3.可在高溫、深冷及真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求條件苛刻，對環(huán)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(zhuǎn)速只受軸承材料限制

7.精度高可達(dá)微米級

8.功耗為普通軸承的10%

9.阻尼、剛度可控，便于智能控制

10.轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)特性可以監(jiān)控和控制

11.無潤滑、密封裝置，沒有環(huán)境污染

2.分類

磁力軸承根據(jù)其控制方式、磁能來源、結(jié)構(gòu)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(dǎo)磁力軸承還分為低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)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(yīng)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(wěn)定，至少有1個方向應(yīng)采用有源型。

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(zhì)量和功耗都比較大。

④斥力型磁力軸承，由于磁力利用率低，結(jié)構(gòu)較吸力型復(fù)雜，一般很少采用。

二、磁力軸承的應(yīng)用實(shí)例

1.機(jī)床中的應(yīng)用 在機(jī)床主軸中的應(yīng)用有限，屬試用性質(zhì)。

(1)精密機(jī)床主軸

法國S2M公司制造了采用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(zhuǎn)速2000r/min，功率lkW，加工精度0.05ttm。

2.精密儀器中的應(yīng)用

英國國家物理實(shí)驗室研制了采用磁浮導(dǎo)軌的自動分辨測量儀，在lkHz的頻帶內(nèi)，支承剛度為175N/gm，分辨率達(dá)0.1nm。

3.泵類中的應(yīng)用

(1)血液泵

日本東京大學(xué)與NTN公司合作研制的磁力軸承血液泵。主軸由5自由度主動控制型磁力軸承支承，進(jìn)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(huán)泵 法國SEP公司采用S2M公司的主動型磁力軸承研制開發(fā)出火箭發(fā)動機(jī)用液氧、液氫循環(huán)泵。

4.空間技術(shù)中的應(yīng)用

日本NAL&MELCO和NAL&TOSIBA公司用主動型磁力軸承支承空間姿態(tài)控制慣量輪。

5.物理實(shí)驗中的應(yīng)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(zhuǎn)子的粒子束變換器。

(2)中子選擇器

德國KFA公司制造的中子選擇器，采用單自由度被動型磁力軸承支承轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為36000r/min

用電場力懸浮的為靜電軸承，用磁場力懸浮的為磁力軸承,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(yīng)調(diào)諧，其剛度比前兩者要高得多，而最大力所對應(yīng)的位移卻很小。