CN107237820A - 一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承，包括轴承盖、轴承座、定子、定子隔磁环、转子隔磁环、转子导磁环和轴；轴承盖与定子过渡配合，轴承座与定子过渡配合；定子与定子隔磁环过盈配合；转子隔磁环与定子隔磁环为间隙配合；转子隔磁环与转子导磁环为过盈配合；转子导磁环与轴采用过盈配合。本发明能够集液体静压及电磁悬浮两支承系统的优势于一身，能够大幅度增加轴承的承载能力及刚度，无需单独配备辅助支承及循环冷却系统，无需复杂的电控系统，能够解除回液槽的设计限制，提高轴承系统的精度和刚度。

Description

一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承
所属领域
本发明涉及滑动轴承制造领域，特别涉及一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承，该轴承具有重载、中低速和大刚度的特点，特别适用于频繁启动场合的磁液双悬浮被动径向轴承。
背景技术
液体静压轴承具有径向刚度好、定位精度高、抗振性好等优点，因此得到普遍重视和广泛应用。随着全球工业的发展，在大功率、重载、高速运行的场合，液体静压轴承摩擦功率很大,易使轴承因温度过高而产生较大热变形。磁悬浮轴承是利用磁性的吸力和斥力来支承旋转的轴。它的优点是扭矩小、有利于高速回转,可在真空中使用,适用的温度范围广、噪音低、寿命长、无润滑引起的污染等；缺点是造价高，承载能力相对较低。所以，本发明将液体静压轴承与电磁轴承配合使用，集二者优点于一身，并对一些具体结构进行改进，研究开发一种能承受重载，大刚度，中低转速的轴承系统。
发明内容
本发明克服了上述现有技术存在的问题，提供一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承系统。本发明采用水静压轴承系统和电磁悬浮轴承系统相结合，构成新型磁液双悬浮轴承系统，该轴承系统具有高承载力及高刚度的特点。
为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承，包括轴承盖1、轴承座4、定子12、定子隔磁环13、转子隔磁环19、转子导磁环18和轴5；
所述轴承盖内侧为半圆结构，所述轴承盖1内侧与所述轴承座4内侧的径向截面构成一个完整的圆；所述轴承盖1内侧结构与所述轴承座4内侧结构沿其接合面完全对称；所述轴承盖1及轴承座4上设有圆周均布的四个进液孔15，轴承盖1上设有总回液孔22；在所述轴承盖1内侧的弧面上沿径向中心位置设有回液槽23，沿径向在所述回液槽23两侧对称设有四道密封圈槽24，在密封圈槽24内嵌有O型圈11，在两道密封圈槽24中间沿径向均设有两个进液腔20；所述四个进液孔15与所述四个进液腔20分别相连通；
所述定子12圆周上的轴向中心位置处沿圆周设有阵列排布的第一径向通孔25，在第一径向通孔25两侧沿圆周设有阵列排布的第二径向通孔26，第一径向通孔25与第二径向通孔26相互交错；在所述定子12内侧圆周上沿圆周设有并列的两组单极磁极组28；每组单极磁极组28有n个单极磁极，n为大于等于4的自然数，每个单极磁极上绕有第一线圈27；
所述定子隔磁环13圆周上沿轴向设有均匀分布的三组第一回液圆孔30，每组第一回液圆孔30沿周向阵列均匀分布；沿轴向在每两组第一回液圆孔30之间沿圆周分别设有一组阵列排布的矩形槽29，每组矩形槽29有n个矩形槽，且每个矩形槽29的位置与所述定子12内侧圆周上的单极磁极组28的每个单极磁极相对应；
所述转子隔磁环19圆周上在轴向中心位置处沿圆周设有阵列排布的第二回液圆孔31；
所述转子导磁环18的端面上沿圆周均匀加工有四个轴向通孔32；在转子导磁环18上绕有第二线圈33；
所述定子12置于轴承座4上，所述定子隔磁环13置于定子12内，且其上的单极磁极组28的每个单极磁极与定子隔磁环13上的每个矩形槽29位置相对；轴5套装在定子12内，转子导磁环18套装在轴5上，转子隔磁环19套装在转子导磁环18外；轴承盖1套装在定子12上固定在轴承座4上，在轴承盖1与轴承座4之间的轴5上套装有骨架密封17，在骨架密封17外侧由端盖6封装；轴承盖1与定子12过渡配合，轴承座4与定子12过渡配合；定子12与定子隔磁环13过盈配合；转子隔磁环19与定子隔磁环13为间隙配合；转子隔磁环19与转子导磁环18为过盈配合；转子导磁环18与轴5采用过盈配合。
由于采用上述技术方案，本发明提供的一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承系统，与现有技术相比具有这样的有益效果：
本发明能够集液体静压及电磁悬浮两支承系统的优势于一身，能够大幅度增加轴承的承载能力及刚度，无需单独配备辅助支承及循环冷却系统，无需复杂的电控系统，能够解除回液槽的设计限制，提高轴承系统的精度和刚度。
附图说明
图1为本发明电磁水静压双重悬浮被动径向轴承的总体示意图；
图2为本发明电磁水静压双重悬浮被动径向轴承的内部结构示意图；
图3为电磁水静压双重悬浮轴承系统剖视图；
图4为轴承盖内部结构示意图；
图5为定子结构示意图；
图6为定子隔磁环结构示意图；
图7为转子隔磁环结构示意图；
图8为转子导磁环结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明的一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承，如图1-2所示，所述轴承包括轴承盖1、轴承座4、定子12、定子隔磁环13、转子隔磁环19、转子导磁环18和轴5；
如图3、4所示，所述轴承盖内侧为半圆结构，所述轴承盖1内侧与所述轴承座4内侧的径向截面构成一个完整的圆；所述轴承盖1内侧结构与所述轴承座4内侧结构沿其接合面完全对称；在所述轴承盖1及轴承座4上沿圆周均布设有四个进液孔15，在所述轴承盖1及轴承座4的侧部设有进液口接头3；在所述轴承盖1及轴承座4上沿圆周均布有数个螺堵2用于堵住工艺加工孔；轴承座4上设有一个总回液孔22，总回液孔22处加工有平台9，用于安装管接头10；在所述轴承盖1内侧的弧面上沿径向中心位置设有回液槽23，沿径向在所述回液槽23两侧对称设有四道密封圈槽24，在密封圈槽24内嵌有O型圈11，在两道密封圈槽24中间沿径向均设有两个进液腔20；所述四个进液孔15与所述四个进液腔20分别相连通；
如图5所示，所述定子12圆周上的轴向中心位置处沿圆周设有阵列排布的第一径向通孔25，在第一径向通孔25两侧沿圆周设有阵列排布的第二径向通孔26，第一径向通孔25与第二径向通孔26相互交错；在所述定子12内侧圆周上沿圆周设有并列的两组单极磁极组28；每组单极磁极组28有八个单极磁极，每个单极磁极上绕有第一线圈27；
如图6所示，所述定子隔磁环13圆周上沿轴向设有均匀分布的三组第一回液圆孔30，每组第一回液圆孔30沿周向阵列均匀分布；沿轴向在每两组第一回液圆孔30之间沿圆周分别设有一组阵列排布的矩形槽29，每组矩形槽29有八个矩形槽，且每个矩形槽29的位置与所述定子12内侧圆周上的单极磁极组28的每个单极磁极相对应；
如图7所示，所述转子隔磁环19圆周上在轴向中心位置处沿圆周设有阵列排布的第二回液圆孔31；
如图8所示，所述转子导磁环18的端面上沿圆周均匀加工有四个轴向通孔32；在转子导磁环18上绕有第二线圈33；
如图1-3所示，所述定子12置于轴承座4上，所述定子隔磁环13置于定子12内，且其上的单极磁极组28的每个单极磁极与定子隔磁环13上的每个矩形槽29位置相对；轴5套装在定子12内，转子导磁环18套装在轴5上，转子隔磁环19套装在转子导磁环18外；轴承盖1套装在定子12上固定在轴承座4上，在轴承盖1与轴承座4之间的轴5上套装有骨架密封17，在骨架密封17外侧由端盖6封装，采用第一螺钉7将端盖6固定在轴承盖1和轴承座4上的螺纹孔16处；如图1-2和图4所示，轴承座4设有4个第一螺纹孔14，轴承盖1上与轴承座4对应位置设有4个第二螺纹孔21，采用第二螺钉8连接第一螺纹孔14和第二螺纹孔21，将轴承盖1固定在轴承座4上；轴承座1和轴承盖4两侧均布有螺纹孔16，采用螺钉将端盖6固定在轴承座1和轴承盖4上；
轴承盖1与定子12过渡配合，轴承座4与定子12过渡配合；定子12与定子隔磁环13过盈配合；转子隔磁环19与定子隔磁环13为间隙配合；转子隔磁环19与转子导磁环18为过盈配合，所述转子隔磁环19与所述定子隔磁环13之间的配合间隙为10μm；转子导磁环18与轴5采用过盈配合。
本发明包括电磁悬浮支承系统及水静压支承系统两套支承系统，能够实现轴的磁液双重耦合悬浮支承。
所述电磁悬浮支承系统由定子12、定子隔磁环13、转子隔磁环19、转子导磁环18、轴5、第一线圈27组成。定子12、转子导磁环18采用电工软铁进行镀锌处理，其上绕有第一线圈27。第一线圈27通电后定子12和转子导磁环18均形成磁动势，二者之间的磁极方向相同，产生电磁斥力，从而使得轴5无机械摩擦、无需润滑地处于悬浮状态。
所述水静压支承系统主要由轴承盖1、轴承座4、定子12、定子隔磁环13、转子隔磁环19、转子导磁环18组成。定子12内部加工有第一径向通孔25和第二径向通孔26。定子隔磁环13上加工有矩形阵列分布的第一回液圆孔30。水由进液孔15流入，从定子隔磁环13及转子隔磁环19的间隙流过，从定子隔磁环13及转子隔磁环19上的第一回液圆孔30流出。水对定子12及转子导磁环上的第二线圈33进行冷却润滑，降低温升及热变形后，从总回液孔22流出轴承。水在定子隔磁环13和转子隔磁环19之间形成静压支承。
水的流经通道为：进液孔15→进液腔20→第二径向通孔26→矩形槽29→第一第一回液圆孔30(或第二回液圆孔31→轴向通孔32)→第一径向通孔25→回液槽23→总回液孔22。
所述的电磁轴承系统由定子12、定子隔磁环13、转子隔磁环19、转子导磁环18、第一线圈27、第二线圈33和轴5组成。
第一线圈27及第二线圈33通电后，定子12上的单极磁极组28间形成轴向磁回路，转子导磁环18内形成轴向磁回路；定子12上的磁极极性与转子导磁环18上的磁极极性对应相同，因此产生斥力。
所述磁液双悬浮轴承系统还包括：O型圈11、骨架密封17、端盖6、进液孔接头3、总回液孔管接头10、第一螺钉7、第二螺钉8和油口螺堵2。
实施案例：
作为一种优选方案，轴5的直径为50mm；定子12的直径114mm，厚度10mm，单极磁极组28的单极磁极长度18mm、宽度10mm、高度14.5mm，阵列数为8，第一径向通孔25直径6mm，阵列数为8；第二径向通孔26直径6mm；定子隔磁环13外径85mm，内径83mm，长70mm，第一回液圆孔30直径为4mm，阵列数为24，矩形槽29的投影矩形长16mm、宽8mm；转子隔磁环19外径82mm，内径80mm，长70mm，第二回液圆孔31直径为4mm，阵列数为24；定子18的外径80mm、内径50mm，长度50mm；轴向通孔32直径8mm，阵列数为4。
初始工作时，第一线圈27及第二线圈33通电，定子磁极组28形成磁通回路，转子导磁环18两端形成磁通回路。定子12和转子导磁环18对应磁极极性相同，产生斥力，从而使得轴5无机械摩擦、无需润滑的悬浮；水通过进液孔15流入进液腔20，经过第二径向通孔26流入矩形槽29，产生静压力；电磁力及静压力相互作用，使得轴5在液体静压力作用下悬浮支承。
工作时，水从矩形槽29流入第一回液圆孔30(或第二回液圆孔31)，而后单向流经并冷却单极磁极组28(或转子导磁套环18)及第一线圈27(或第二线圈33)，流入回液槽23，从总回液孔122流出。

Claims (2)

1.一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承，其特征在于：所述轴承包括轴承盖(1)、轴承座(4)、定子(12)、定子隔磁环(13)、转子隔磁环(19)、转子导磁环(18)和轴(5)；
所述轴承盖内侧为半圆结构，所述轴承盖(1)内侧与所述轴承座(4)内侧的径向截面构成一个完整的圆；所述轴承盖(1)内侧结构与所述轴承座(4)内侧结构沿其接合面完全对称；所述轴承盖(1)及轴承座(4)上设有圆周均布的四个进液孔(15)，轴承盖(1)上设有总回液孔(22)；在所述轴承盖(1)内侧的弧面上沿径向中心位置设有回液槽(23)，沿径向在所述回液槽(23)两侧对称设有四道密封圈槽(24)，在密封圈槽(24)内嵌有O型圈(11)，在两道密封圈槽(24)中间沿径向均设有两个进液腔(20)；所述四个进液孔(15)与所述四个进液腔(20)分别相连通；
所述定子(12)圆周上的轴向中心位置处沿圆周设有阵列排布的第一径向通孔(25)，在第一径向通孔(25)两侧沿圆周设有阵列排布的第二径向通孔(26)，第一径向通孔(25)与第二径向通孔(26)相互交错；在所述定子(12)内侧圆周上沿圆周设有并列的两组单极磁极组(28)；每组单极磁极组(28)有n个单极磁极，n为大于等于4的自然数，每个单极磁极上绕有第一线圈(27)；
所述定子隔磁环(13)圆周上沿轴向设有均匀分布的三组第一回液圆孔(30)，每组第一回液圆孔(30)沿周向阵列均匀分布；沿轴向在每两组第一回液圆孔(30)之间沿圆周分别设有一组阵列排布的矩形槽(29)，每组矩形槽(29)有n个矩形槽，且每个矩形槽(29)的位置与所述定子(12)内侧圆周上的单极磁极组(28)的每个单极磁极相对应；
所述转子隔磁环(19)圆周上在轴向中心位置处沿圆周设有阵列排布的第二回液圆孔(31)；
所述转子导磁环(18)的端面上沿圆周均匀加工有四个轴向通孔(32)；在转子导磁环(18)上绕有第二线圈(33)；
所述定子(12)置于轴承座(4)上，所述定子隔磁环(13)置于定子(12)内，且其上的单极磁极组(28)的每个单极磁极与定子隔磁环(13)上的每个矩形槽(29)位置相对；轴(5)套装在定子(12)内，转子导磁环(18)套装在轴(5)上，转子隔磁环(19)套装在转子导磁环(18)外；轴承盖(1)套装在定子(12)上固定在轴承座(4)上，在轴承盖(1)与轴承座(4)之间的轴(5)上套装有骨架密封(17)，在骨架密封(17)外侧由端盖(6)封装；轴承盖(1)与定子(12)过渡配合，轴承座(4)与定子(12)过渡配合；定子(12)与定子隔磁环(13)过盈配合；转子隔磁环(19)与定子隔磁环(13)为间隙配合；转子隔磁环(19)与转子导磁环(18)为过盈配合；转子导磁环(18)与轴(5)采用过盈配合。
2.根据权利要求1所述的一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承，其特征在于：所述转子隔磁环(19)与所述定子隔磁环(13)之间的配合间隙为10μm。
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