CN102434586B

CN102434586B - 陀螺电机用气磁混合轴承

Info

Publication number: CN102434586B
Application number: CN 201110278269
Authority: CN
Inventors: 董磊; 忽敏学; 潘龙飞; 张俊; 马本富
Original assignee: 707th Research Institute of CSIC
Current assignee: 707th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN102434586A

Abstract

本发明涉及一种陀螺电机用气磁混合轴承，包括轴套、轴、止推板、内磁环、外磁环和螺母，轴同轴穿装在轴套内，轴的两端均同轴安装一止推板，通过螺母进行紧固，轴与轴套之间和轴套与止推板之间均具有微小间隙；轴套的内表面同轴安装一组外磁环，轴的外表面同轴安装一组与外磁环位置相对应的内磁环，该外磁环的内圆面和内磁环的外圆面为同种极性，能够实现永磁轴承的功能。本发明是一种结构简单、设计科学、安全可靠、实用性强的陀螺电机用气磁混合轴承，本轴承综合气体动压轴承和永磁轴承的优点，既克服了在电机的启动、停止过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题，又解决了永磁轴承系统稳定性差、刚度小的问题。

Description

陀螺电机用气磁混合轴承

技术领域

本发明涉及高速轴承领域，尤其是一种陀螺电机用气磁混合轴承。

背景技术

轴承是陀螺电机的核心部件，陀螺电机的精度和寿命取决于高速旋转的轴承。要实现陀螺电机的高速可靠运转，必须解决高速转子的支撑问题。目前能够实现无接触支撑的轴承主要有以下几种：气体轴承、电磁悬浮轴承和永磁轴承。目前比较常用的这几种轴承应用于陀螺电机均存在不同程度的缺陷，如下：1、气体轴承又可分为气体静压轴承、气体动压轴承和挤压膜轴承，气体静压轴承和挤压膜轴承都需要外加设备，结构复杂，不适用于陀螺电机。2、气体动压轴承目前已经应用于陀螺电机，但该类轴承在转速低的情况下承载力很小，特别在电机起停过程中会产生干摩擦，这种摩擦会破坏轴承表面精度，带来污染物，影响其性能和寿命。针对这个问题，已经采取了各种措施：在轴承表面镀膜，采用更耐磨的材料等，这些措施只是被动的减弱干摩擦的影响，并不能从根本上解决问题。3、电磁悬浮轴承需要专门的控制电路，结构复杂，不适用于陀螺电机。4、永磁轴承结构简单，能够在任意时刻实现非接触状态，但受限于目前的永磁材料的性能，永磁轴承系统稳定性差，刚度小，不能满足陀螺电机的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种设计合理，结构简单，既可以克服在电机的启动、停止过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题，又能解决永磁轴承系统稳定性差、刚度小的问题的适用于陀螺电机的气磁混合轴承。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种陀螺电机用气磁混合轴承，包括轴套、轴、止推板和螺母，轴同轴穿装在轴套内，轴的两端均同轴安装一止推板，通过螺母进行紧固，其特征在于：轴套的内表面同轴安装一组外磁环，轴的外表面同轴安装一组与外磁环位置相对应的内磁环，该外磁环的内圆面和内磁环的外圆面为同种极性。

而且，所述的外磁环粘接在轴套的内表面上，内磁环粘接在轴的外表面上。

而且，所述的内磁环和外磁环均采用径向充磁。

而且，所述的外磁环和内磁环均为两个，两个外磁环同轴安装在轴套的两端，两个内磁环同轴安装在轴上并与外磁环错落设置。

而且，所述的轴与轴套之间和轴套与止推板之间均具有间隙。

本发明的优点和积极效果是：

1、本气磁混合轴承在气体动压轴承的基础上，安装两对完全相同的内、外磁环，其分别置于轴和轴套的两端，轴和内磁环做成一个整体，轴套和外磁环做成一个整体；内、外磁环均采用永磁材料且径向充磁，使内磁环的外圆面和外磁环的内圆面具有相同的极性，内、外磁环在轴向方向错落放置，这样内、外磁环在产生径向力的同时还产生轴向力，由于轴承结构完全对称，轴和轴套会在两对磁环产生的径向力和轴向力的作用下达到平衡位置，即轴和轴套处于无接触状态，从根本上克服了电机在启动、停止过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题，有效地延长了轴承的使用寿命。

2、本气磁混合轴承在正常工作过程中，轴承高速旋转，具备气体动压轴承的功能，相当于永磁轴承和气体动压轴承同时工作，提高了轴承的轴向和径向承载能力，弥补了永磁轴承系统稳定性差、刚度小的缺陷。

3、本气磁混合轴承中的轴套、止推板、螺母以及轴均采用同种材料制成，如A1、Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni、40Cr，并采用对称结构，因此可以保证环境温度变化时质心稳定。

4、本发明是一种结构简单、设计科学、安全可靠、实用性强的陀螺电机用新型气磁混合轴承，本轴承综合气体动压轴承和永磁轴承的优点，既克服了在电机的启动、停止过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题，又解决了永磁轴承系统稳定性差、刚度小的问题。

附图说明

图1是本发明的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种陀螺电机用气磁混合轴承，包括轴套1、止推板2、螺母4和轴5，轴同轴穿装在轴套内，轴的两端均同轴安装一止推板，该止推板通过螺母紧固在轴上。轴与轴套之间和轴套与止推板之间均具有微小间隙，轴套在高速旋转的条件下能够实现气体动压轴承的功能。本发明的创新点在于：轴套的内表面同轴安装一组外磁环3，轴套和外磁环通过粘接方式做成一个整体。轴的外表面同轴安装一组与外磁环位置相对应的内磁环6，轴和内磁环通过粘接方式做成一个整体。

内磁环和外磁环均为两个，两个外磁环同轴安装在轴套的两端，两个内磁环同轴安装在轴上并与外磁环错落设置。内磁环和外磁环采用同种永磁材料制成，内磁环和外磁环均采用径向充磁，且外磁环的内圆面和内磁环的外圆面为同种极性，这就使轴和轴套之间一直保持斥力，在轴承停止时也处于无接触状态，解决了静止和低速下轴承的摩擦磨损问题。

当轴承处于高速运转时，除了外磁环和内磁环产生的永磁斥力，轴套和轴产生径向力，轴套和止推板产生轴向力，使轴承的承载能力得到有效的提高，能够满足使用要求。

本实施例中的轴套、止推板、螺母及轴采用同种材料制成，如A1、Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni、40Cr，并采用对称结构，其可以保证环境温度变化时质心稳定。

本发明的具体工作过程是：

当轴承静止时，外磁环和内磁环产生永磁斥力，在两对外磁环和内磁环永磁径向斥力作用下，轴套和轴处于相对稳定的隔离状态，由于外磁环和内磁环处于轴向方向错落放置，产生轴向斥力，在两对外磁环和内磁环产生的轴向斥力的作用下，轴套和止推板处于相对稳定的隔离状态，此时，外磁环完全处于悬浮状态，没有任何接触。

当电机启动时，轴承开始转动，在外磁环和内磁环作用下，轴套和轴之间没有接触摩擦，同时轴套和轴之间的气体薄膜压力升高，轴套和止推板之间气体薄膜压力也升高，气体动压轴承开始工作，在永磁轴承和气体动压轴承共同作用下，轴套相对于轴和止推板高速稳定无接触运转。

在电机停止过程中，轴承的状态与启动过程正好相反，先是永磁轴承和气体动压轴承共同作用，保证轴套相对于轴和止推板稳定高速无接触运转，渐渐停止，只剩下外磁环和内磁环产生永磁斥力保证外磁环完全处于悬浮状态，没有任何接触。

在整个启动和停止过程中，外磁环始终处于悬浮状态，没有任何接触，不存在摩擦磨损问题，在正常工作过程中，高速运转的气体轴承提供了必要的刚度，弥补了永磁轴承系统稳定性差、刚度小的缺陷。

Claims

1.一种陀螺电机用气磁混合轴承，包括轴套、轴、止推板和螺母，轴同轴穿装在轴套内，轴的两端均同轴安装一止推板，通过螺母进行紧固，其特征在于：轴套的内表面同轴安装一组外磁环，轴的外表面同轴安装一组与外磁环位置相对应的内磁环，该外磁环的内圆面和内磁环的外圆面为同种极性。

2.根据权利要求1所述的陀螺电机用气磁混合轴承，其特征在于：所述的外磁环粘接在轴套的内表面上，内磁环粘接在轴的外表面上。

3.根据权利要求1所述的陀螺电机用气磁混合轴承，其特征在于：所述的内磁环和外磁环均采用径向充磁。

4.根据权利要求1所述的陀螺电机用气磁混合轴承，其特征在于：所述的外磁环和内磁环均为两个，两个外磁环同轴安装在轴套的两端，两个内磁环同轴安装在轴上并与外磁环错落设置。

5.根据权利要求1所述的陀螺电机用气磁混合轴承，其特征在于：所述的轴与轴套之间和轴套与止推板之间均具有间隙。