磁力轴承特点和应用

时间：2011-01-04

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