磁力軸承的特點(diǎn)及其應(yīng)用
磁力軸承是靠磁場(chǎng)力支承載荷或懸浮轉(zhuǎn)子的一種支承形式。這種軸承近年來(lái)發(fā)展很快,特別在高速、低摩阻、高(低)溫及真空環(huán)境下的應(yīng)用。磁力軸承與其他支承形式相比有其獨(dú)特的優(yōu)越性,很有發(fā)展前景。
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(jì)算十分困難,常采用“實(shí)驗(yàn)相似法”進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。即用實(shí)驗(yàn)方法確定幾種典型軸承結(jié)構(gòu),測(cè)出其承載能力、剛度值。新設(shè)計(jì)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(dòng)式交流激勵(lì)型磁力軸承
推力軸承通常都是成對(duì)組合式,每個(gè)軸承就是一個(gè)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(duì)環(huán)境有磁干擾,但無(wú)其他污染。
2.分類
磁力軸承根據(jù)其控制方式、磁能來(lái)源、結(jié)構(gòu)形式等分類。此外,還可以按磁場(chǎng)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(wú)源型(被動(dòng)型),而無(wú)源型軸承不可能在3個(gè)方向上都穩(wěn)定,至少有1個(gè)方向應(yīng)采用有源型。
②直流激勵(lì)型軸承只能是有源型(主動(dòng)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(guó)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(guó)S2M公司由主動(dòng)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(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室研制了采用磁浮導(dǎo)軌的自動(dòng)分辨測(cè)量?jī)x,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(dòng)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(guó)SEP公司采用S2M公司的主動(dòng)型磁力軸承研制開發(fā)出火箭發(fā)動(dòng)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(dòng)型磁力軸承支承空間姿態(tài)控制慣量輪。
5.物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
(1)高精密粒子束變換器 德國(guó)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(guó)KFA公司制造的中子選擇器,采用單自由度被動(dòng)型磁力軸承支承轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為36000r/min。