CN108050157B - 一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承，所述轴承包括液体静压和电磁悬浮两套支承系统；所述轴承构成包括第一、二轴承外壳、转子轴、第一、二定子、第一、二导磁套、第一、二漆包线圈、轴承中段、第一、二骨架密封圈和第一、二轴承端盖。所述液体静压支承系统，液压油从两个定子的进油孔流入，分别作用于两个导磁套，在两个定子与两个导磁套之间形成锥形的气隙及油膜，实现轴承的轴向、径向双向支承；所述电磁悬浮支承系统，其实现方式是利用两个定子上八个磁极的分布方式呈现为NSSNNSSN布置，进而产生电磁吸力原理实现的。本发明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，提高轴承系统的调节能力及精度。

Description

一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承

技术领域

本发明涉及滑动轴承的设计领域，特别是涉及一种重载荷、高转速、大刚度和高控制精度磁液双悬浮支承分断式锥形轴承。

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。但是，随着全球工业的发展，在大功率、重载荷、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。所谓磁性轴承是利用磁性的吸力和斥力来支承旋转的轴承,也叫磁悬浮轴承。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。

发明内容

根据上述现有技术存在的问题，本发明提供一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承，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，该轴承与普通轴承相比有以下的特点：具有无接触、无润滑以及无磨损等特点；寿命相比普通轴承寿命更长；圆周运行速度高；油膜刚度高等，主要适用于大功率、重载荷、大刚度和高速运行的场合。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承，所述轴承包括液体静压和电磁悬浮两套支承系统；所述轴承构成包括第一轴承外壳、第二轴承外壳、转子轴、第一定子、第二定子、第一导磁套、第二导磁套、第一漆包线圈、第二漆包线圈、轴承中段、第一骨架密封圈、第二骨架密封圈、第一轴承端盖和第二轴承端盖；所述转子轴为中心径向断面呈对称结构，中部为大直径圆柱体结构，两端为小直径圆柱体结构，左侧由大直径圆柱体过渡到小直径圆柱体之间为第一锥体结构段；右侧由大直径圆柱体过渡到小直径圆柱体之间为第二锥体结构段；所述第一、二导磁套均为锥形结构，并分别套装在转子轴的第一锥体结构段和第二锥体结构段处，且与转子轴间采用过盈配合装配；所述第一定子沿其内圆周上向圆心向均布有八个内凸磁极，沿第一定子外圆周向圆心向加工有八个径向进油孔分别贯通每个磁极；每相邻磁极为一对；在每两个磁极对之间的定子圆周端面上加工有装配通孔；每个磁极上绕有第一漆包线圈；根据不同缠绕方式，结合特有设计的导磁套使得每相邻磁极为一对，形成磁通回路，从而八个磁极的分布方式呈现为NSSNNSSN布置，进而产生电磁吸力；所述第二定子其结构与第一定子结构完全相同，在第二定子的每个磁极上绕有第二漆包线圈；所述第一、二定子分别套装在第一、二导磁套上，第一定子磁极与第一导磁套以及第二定子磁极与第二导磁套均采用间隙配合装配，其间隙都为30μm；所述第一轴承外壳沿内圆周端面设有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽的外端面上设有装配通孔与第一定子上的装配通孔相对应；在第一轴承外壳壳体上设有回油孔和通线孔；所述第二轴承外壳结构与所述第一轴承外壳结构完全相同；所述轴承中段沿两侧圆周端面各设有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽外的端面上设有装配通孔与第一、二定子上的装配通孔相对应；所述轴承依次按照第一轴承外壳、第一定子、轴承中段、第二定子和第二轴承外壳的顺序装配，并通过装配通孔用螺栓紧固；转子轴两端通过第一、二骨架密封圈和第一、二轴承端盖密封固定。

所述磁液双悬浮支承分断式锥形轴承采用了液体静压支承和电磁悬浮支承相结合的新型磁液双支承锥形轴承，主要包括液体静压支承系统和电磁悬浮支承系统。

所述液体静压支承系统，其实现方式是液压油从两个定子的进油孔流入，分别作用于两个导磁套，作用后的油液经两个漆包线圈后从两侧的轴承外壳上的回油孔流出，在两个定子与两个导磁套之间形成锥形的气隙及油膜，实现轴承的轴向、径向双向支承；进而冷却电磁轴承，降低温升及热变形。

所述电磁悬浮支承系统，其实现方式是利用两两通有电流的漆包线圈之间形成磁通回路，产生电磁吸引力的物理原理，迫使转轴得以悬浮支撑，即两个定子上绕有通有电流的漆包线圈，每个定子上形成均布的八个磁极，且八个磁极采用NSSNNSSN方式布置，每相邻磁极为一对，从而实现轴承的轴向、径向双向支承。

与现有技术相比，本发明所述的磁液双悬浮支承轴承系统能够集液体静压及电磁悬浮两种支承系统的优势与一身，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，能够解除回油槽的设计限制，提高轴承系统的调节能力及精度。本发明的轴承外壳、定子及轴承中段均为圆盘结构，通过双头螺柱固定连接，结构简单、方便加工，降低装配误差。本发明与普通轴承相比具有无接触、无润滑以及无磨损等特点；寿命相比普通轴承寿命更长；圆周运行速度高；油膜刚度高等，主要适用于大功率、重载荷、大刚度和高速运行的场合。

附图说明

图1是磁液双悬浮支承分断式锥形轴承总体示意图；

图2是磁液双悬浮支承分断式锥形轴承剖视图；

图3中(a)是第一轴承外壳主视图，(b)是(a)中A-A向的剖视图，(c)是第一轴承外壳示意图；

图4中(a)是轴承中段主视图，(b)是(a)中A-A向的剖视图；

图5中(a)是第一定子轴测图、(b)是第一定子主视图。

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：

一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承，包括液体静压和电磁悬浮两套支承系统；如图1-2所示，所述轴承构成包括第一轴承外壳6、第二轴承外壳1、转子轴10、第一定子4、第二定子3、第一导磁套29、第二导磁套17、第一漆包线圈30、第二漆包线圈16、轴承中段14、第一骨架密封圈25、第二骨架密封圈21、第一轴承端盖11和第二轴承端盖19；所述转子轴10为中心径向断面呈对称结构，如图2所示，中部为大直径圆柱体26结构，两端为小直径圆柱体结构，左侧由大直径圆柱体26过渡到小直径圆柱体之间为第一锥体结构段28；右侧由大直径圆柱体26过渡到小直径圆柱体之间为第二锥体结构段18；所述第一、二导磁套29、17均为锥形结构，并分别套装在转子轴10的第一锥体结构段28和第二锥体结构段18处，由第一、二挡圈27、20进行轴向固定，且与转子轴10间采用过盈配合装配；如图1-2、图5(a)和(b)所示，所述第一定子4沿其内圆周上向圆心向均布有八个内凸磁极，沿第一定子4外圆周向圆心向加工有八个径向进油孔35分别贯通每个磁极，在每个进油孔35处均有一切削平台13；在每个进油孔35处安装有油嘴5，切削平台13的平面使螺纹油嘴5的连接更方便，且密封性更好。每个磁极上绕有第一漆包线圈30，根据不同缠绕方式，结合特有设计的导磁套使得每相邻磁极为一对，形成磁通回路，从而八个磁极的分布方式呈现为NSSNNSSN布置，进而产生电磁吸力；其中磁极36、37为一对，磁极38、39为一对，磁极40、41为一对,磁极42、43为一对；在每两个磁极对之间的定子圆周端面上加工有四个装配通孔32；所述第二定子3其结构与第一定子4结构完全相同，在第二定子3的每个进油孔处均有一切削平台2，且在每个进油孔处安装有油嘴15；在第二定子3的每个磁极上绕有第二漆包线圈16；所述第一、二定子4、3分别套装在第一、二导磁套29、17上，第一定子4磁极与第一导磁套29以及第二定子3磁极与第二导磁套17均采用间隙配合装配，其间隙为30μm；如图3(a)、(b)和(c)所示，所述第一轴承外壳6沿内圆周端面设有一个O型密封圈槽24，在O型密封圈槽24的外端面上设有四个装配通孔31与第一定子4上的装配通孔32相对应，在第一轴承外壳6壳体上设有回油孔34和通线孔12，在第一轴承外壳6壳体外侧的回油孔34处安装有油嘴9；所述第二轴承外壳1其结构与所述第一轴承外壳6结构完全相同；如图4所示，所述轴承中段14沿两侧圆周端面各设有一个O型密封圈槽22、23，在O型密封圈槽22、23外的端面上设有四个装配通孔33与第一定子4上的装配通孔32和第二定子上的装配通孔相对应；所述轴承依次按照第一轴承外壳6、第一定子4、轴承中段14、第二定子3和第二轴承外壳1的顺序装配，并通过上下左右四个装配通孔用螺栓8紧固；转子轴10两端通过第一、二骨架密封圈25、21密封，在第一轴承外壳6外端部用第一轴承端盖11通过螺钉7固定；在第二轴承外壳1外端部用第二轴承端盖19以同样方式固定。

实施案例

下面结合附图对本发明作详细说明：作为一种优选方案，转子轴10的小圆柱体段直径为25mm，大圆柱体段直径为50mm、长为30mm,转子轴10上的第一锥体结构段28和第二锥体结构段18，其锥度均为30°，长为21.5mm，第一、二定子4、3的直径均为142mm，厚为22mm，第一定子4上的八个进油孔35直径均为5mm，通孔32直径为8mm，切削平台13深为2mm；第一、二导磁套29、17的大端外径均为66mm，大端内径均为50mm，锥度均为30°，投影长度均为23mm；第一、二轴承外壳6、1外径为142mm，内径为100mm，第一轴承外壳6上的回油孔34直径为5mm，端盖螺钉孔直径6mm，与定子固定的通孔32直径8mm。

初始工作时，第一漆包线圈30通电，第一漆包线圈30不同的缠绕方式使得在磁极的表面依次产生NSSNNSSN的磁极分布，第一定子4上的每相邻两个磁极为一对，其中36、37为一对，38、39为一对,40、41为一对，42、43为一对；分别与第一导磁套29组成磁通回路，其中磁极36、磁极37、第一导磁套29为磁通回路，磁极38、磁极39、第一导磁套29为磁通回路，磁极40、磁极41、第一导磁套29为磁通回路，磁极42、磁极43、第一导磁套29为磁通回路。第二漆包线圈16通电，第二定子17上的磁极与第二导磁套17所构成的磁通回路与第一漆包线圈30、第一定子4和第一导磁套29的情况完全相同。

液体静压支承系统，液压油从第一定子4的进油孔35流入，作用于第一导磁套29，作用后的油液经第一漆包线圈30后从第一轴承外壳6上的回油孔34流出，液压油在第二定子3、第二导磁套17以及第二漆包线圈16和第二轴承外壳1的流动情况与第一定子4、第一导磁套29、第一漆包线圈30和第一轴承外壳6的流动情况完全相同，进而冷却所述磁液双悬浮支承分断式锥形轴承，降低温升及热变形。

当加载时，可改变第一、二定子进油孔的进油压力及第一、二漆包线的电流，以调节轴承的液压支承力及电磁支承力，对转子轴位置实现微调。

Claims (1)

1.一种磁液双悬浮支承分断式锥形轴承，其特征在于：所述轴承包括液体静压和电磁悬浮两套支承系统；所述轴承构成包括第一轴承外壳、第二轴承外壳、转子轴、第一定子、第二定子、第一导磁套、第二导磁套、第一漆包线圈、第二漆包线圈、轴承中段、第一骨架密封圈、第二骨架密封圈、第一轴承端盖和第二轴承端盖；所述转子轴为中心径向断面呈对称结构，中部为大直径圆柱体结构，两端为小直径圆柱体结构，左侧由大直径圆柱体过渡到小直径圆柱体之间为第一锥体结构段；右侧由大直径圆柱体过渡到小直径圆柱体之间为第二锥体结构段；所述第一、二导磁套均为锥形结构，并分别套装在转子轴的第一锥体结构段和第二锥体结构段处，且与转子轴间采用过盈配合装配；所述第一定子沿其内圆周上向圆心向均布有八个内凸磁极，沿第一定子外圆周向圆心向加工有八个径向进油孔分别贯通每个磁极；在每两个磁极对之间的定子圆周端面上加工有装配通孔；每个磁极上绕有第一漆包线圈，根据不同缠绕方式，结合导磁套使得每相邻磁极为一对，形成磁通回路，从而八个磁极的分布方式呈现为NSSNNSSN布置，进而产生电磁吸力；所述第二定子其结构与第一定子结构完全相同，在第二定子的每个磁极上绕有第二漆包线圈；第二漆包线圈通电，第二定子上的磁极与第二导磁套所构成的磁通回路与第一漆包线圈、第一定子和第一导磁套的情况完全相同；所述第一、二定子分别套装在第一、二导磁套上，第一定子磁极与第一导磁套以及第二定子磁极与第二导磁套均采用间隙配合装配，其间隙都为30μm，从而实现轴承的轴向、径向双向电磁支承；所述第一轴承外壳沿内圆周端面设有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽的外端面上设有装配通孔与第一定子上的装配通孔相对应；在第一轴承外壳壳体上设有回油孔和通线孔；所述第二轴承外壳结构与所述第一轴承外壳结构完全相同；所述轴承中段沿两侧圆周端面各设有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽外的端面上设有装配通孔与第一、二定子上的装配通孔相对应；所述轴承依次按照第一轴承外壳、第一定子、轴承中段、第二定子和第二轴承外壳的顺序装配，并通过装配通孔用螺栓紧固；转子轴两端通过第一、二骨架密封圈和第一、二轴承端盖密封固定；

在所述轴承左侧，液压油从第一定子外圆周向圆心向加工有八个径向进油孔进入，后作用于第一导磁套，作用后的液压油经第一漆包线圈后从回油孔流出，进而冷却电磁轴承，降低温升及热变形，第一定子与第一导磁套之间形成锥形的气隙及油膜实现轴承的轴向、径向双向静压支承；第一轴承外壳沿内圆周端面设有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽的外端面上设有装配通孔与第一定子上的装配通孔相对应装配；在第一轴承外壳壳体上设有回油孔和通线孔；在所述轴承右侧，所述轴承呈对称状装配布置，液压油的流向与左侧对称。

Images