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磁力轴承的应用

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发表于 2011-7-12 22:19:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  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。7 [" z8 s  i9 ]' f: W8 }
  一、特点与分类- }, P+ X; Z& w) j- c0 ?) {
  1.特点3 K. H5 h; o" D; [+ w
  ①摩擦小,功耗低,可实现超高速运转。
  Q: [) v; _- E" g0 F. Q  ②支承精度高,工作稳定,可靠。3 O1 ?9 v+ a5 T; @9 H; Z3 U! W. N
  ③可在高温、深冷及真空环境下运转。
( R. E2 b0 b. @  V  ④结构复杂,要求条件苛刻,对环境有磁干扰,但无其他污染。( P3 x1 O8 `9 L: D0 t
  2.分类
' c9 |1 J5 x; V9 B  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。. b5 q8 y9 X# ]5 S! T; H3 U
  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。  7 `0 p3 t- n9 q: a2 u) z7 b/ o
  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。0 r+ q6 E9 g% h% w
  ②直流激励型轴承只能是有源型(主动型)。
) B9 N9 s& Q# }  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。
6 f6 ]5 ^% \8 ~8 g" @7 C% j8 c) f  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。8 x$ o5 k" Y9 W
  二、几种典型的磁力轴承9 s/ X. Y2 A$ w
  1.永磁型磁力轴承5 P; T7 H' u, V' D5 T, P) u
  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。
( N) K2 |1 f6 G5 I( \) |  经验证明,增加磁铁厚度和采用软磁钢极靴结构,对提高轴承的承载能力是有效的。值得特别注意的是,永磁轴承无论取哪种永磁材料和任何结构形式,都有一最大尺寸限制,一旦超过该尺寸,轴承就不能支承其自身的重量。所以,永磁轴承不能设计得过大。% `: p1 t' _0 a
  2.被动式交流激励型磁力轴承+ r. p/ S9 L) \! F; y1 h- Z
   (1)推力轴承3 U+ J' J, X2 T, f
  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。4 {/ {2 b8 w1 U: b5 m
  三、磁力轴承的应用实例+ a4 ?6 h4 V! S3 @+ m3 g
  磁力轴承目前还处于研究开发阶段,其应用多半是实验性的,未形成批量生产,也未商品化。* e0 c" r' d7 Z4 A, }
  1.机床中的应用 在机床主轴中的应用有限,属试用性质。
1 Q5 ?; H" `5 X6 s5 p  (1)精密机床主轴8 `2 M$ y7 O% S! K( O% W
  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。
. V4 r4 o* y! \1 j) \% H  (2)超精透镜车床
) H2 y; I* C9 v  q8 U  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。
$ t, Z6 f, E4 j; r: [! j* d  2.精密仪器中的应用( {- N6 _/ B; w! C3 A- m# L' u4 l
  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。0 E: e7 x+ E. e- K
  3.泵类中的应用6 }- m: q6 v; C1 C5 K: k4 J
  (1)血液泵
  T  [: d. z; v; K5 X  z4 q( v  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。
! U+ M  h4 |$ s+ c  (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。' I. f7 n+ `1 }. L
  4.空间技术中的应用- P% X6 C  e; ]
  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。
4 m) d( ^9 e0 x. H& L8 `" U7 k2 A  5.物理实验中的应用$ T: w3 U. Z2 H7 ^2 R! A
   (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。& a9 q( e- {! U+ f9 G2 F
  (2)中子选择器
% z3 a5 b" N6 U5 x) l/ @  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。# F5 r( u! u. b! E. t3 j
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