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磁力轴承特点和应用

作者:天津兹维克    发布时间:2016-03-11   浏览次数:206

  磁力轴承是靠磁场力支承载荷或悬浮转子的一种支承形式。这种轴承近年来发展很快,特别在高速、低摩阻、高(低)温及真空环境下的应用。磁力轴承与其他支承形式相比有其独特的优越性,很有发展前景。  几种典型的磁力轴承  1.永磁型磁力轴承  永磁型磁力轴承是由永久磁铁制成的,可做成各种形状。轴承的承载能力和刚度决定于永磁材料的种类,磁极的形状、面积、厚度和配置方式,轴承间隙,以及软磁钢部分的尺寸。这种轴承的理论计算十分困难,常采用“实验相似法”进行结构设计。即用实验方法确定几种典型轴承结构,测出其承载能力、刚度值。新设计轴承只要取相同的材料,结构形式与尺寸按比例确定,其性能即可按比例求出,如承载能力与轴承特征尺寸的平方成比例等。  2.被动式交流激励型磁力轴承  推力轴承通常都是成对组合式,每个轴承就是一个电磁铁。铁心几何形状一般为E形、U形或圆环形。调谐方式分串联和并联两种。  一、特点与分类  1.特点  ①摩擦小,功耗低,可实现超高速运转。  ②支承精度高,工作稳定,可靠。  ③可在高温、深冷及真空环境下运转。  ④结构复杂,要求条件苛刻,对环境有磁干扰,但无其他污染。  2.分类  磁力轴承根据其控制方式、磁能来源、结构形式等分类。此外,还可以按磁场类型划分为永久磁铁型、电磁铁型和永久磁铁—电磁铁混合型。也可按轴承悬浮力类型划分为吸力型和斥力型。超导磁力轴承还分为低温超导和高温超导两种。  以上各种分类中不同类型之间还存在一些特殊限制,应特别注意。    ①永磁型轴承只能是无源型(被动型),而无源型轴承不可能在3个方向上都稳定,至少有1个方向应采用有源型。  ②直流激励型轴承只能是有源型(主动型)。  ③纯电磁铁型轴承只能是5自由度控制型轴承,其体积、质量和功耗都比较大。  ④斥力型磁力轴承,由于磁力利用率低,结构较吸力型复杂,一般很少采用。  二、磁力轴承的应用实例  1.机床中的应用 在机床主轴中的应用有限,属试用性质。  (1)精密机床主轴  法国S2M公司制造了采用5自由度控制磁力轴承支承的精密主轴,其径向轴承的dn值为4X106mm·r/min,轴颈线速度为200m/s,推力轴承的dn值为8X106mm·r/min,止推轴颈线速度为400m/s。  (2)超精透镜车床  法国S2M公司由主动磁力轴承支承的超精透镜车床主轴,转速2000r/min,功率lkW,加工精度0.05ttm。  2.精密仪器中的应用  英国国家物理实验室研制了采用磁浮导轨的自动分辨测量仪,在lkHz的频带内,支承刚度为175N/gm,分辨率达0.1nm。  3.泵类中的应用  (1)血液泵  日本东京大学与NTN公司合作研制的磁力轴承血液泵。主轴由5自由度主动控制型磁力轴承支承,进口径向轴承的承载能力为18N,出口轴承径向承载能力为22N,推力轴承的承载能力为9.2N。  (2)循环泵 法国SEP公司采用S2M公司的主动型磁力轴承研制开发出火箭发动机用液氧、液氢循环泵。  4.空间技术中的应用  日本NAL&MELCO和NAL&TOSIBA公司用主动型磁力轴承支承空间姿态控制惯量轮。  5.物理实验中的应用  (1)高精密粒子束变换器 德国Uranit公司推出了三种用磁力轴承支承转子的粒子束变换器。  (2)中子选择器  德国KFA公司制造的中子选择器,采用单自由度被动型磁力轴承支承转子,转速为36000r/min

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