CN108547869B - 一种磁液双悬浮支承轴承系统 - Google Patents

一种磁液双悬浮支承轴承系统 Download PDF

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Abstract

一种磁液双悬浮支承轴承系统，包括液体静压支承系统和电磁悬浮支承系统；所述磁液双悬浮支承轴承系统包括第一端盖、第一密封骨架、第一轴套、轴、止推盘、垫圈、第二端盖、第二密封骨架和第二轴套；其装配关系是：所述止推盘与轴为一体结构，止推盘位于轴的中间位置；所述第一轴套和所述第二轴套分别安装在垫圈的左右两侧；在左侧：在所述第一轴套与垫圈接触端面的第三O型圈槽放置有第三O型圈，在所述第一轴套的密封骨架槽处放置密封骨架并用端盖封装；在右侧：所述第二轴套的装配与所述第一轴套对称相同；所述第一轴套、垫圈和所述第二轴套通过贯通的装配孔用螺栓与螺母紧固。

Description

一种磁液双悬浮支承轴承系统
技术领域
本发明涉及滑动轴承的设计领域，特别是一种重载荷，高转速，大刚度，高控制精度的磁液双悬浮支承轴承系统。
背景技术
普通轴向轴承通常成对使用，并且在运转中，由于惯性力的作用，钢球与滚道之间还要产生滑动，而使温度增高，工作表面易损坏。只适用于承受一面轴向负荷、转速较低的机件上。液体静压轴承具有刚度好、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，但是在大功率、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。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荷，大刚度，高转速的轴承系统。
发明内容
根据上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高承载力及刚度的一种磁液双悬浮支承轴承系统。
为解决上述存在的技术问题实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种磁液双悬浮支承轴承系统，采用液体静压支承和磁力悬浮支承相结合的新型磁液双支承轴承系统，主要包括液体静压支承系统和电磁悬浮支承系统；
所述磁液双悬浮支承轴承系统包括第一端盖11、第一密封骨架13、第一轴套2、轴1、止推盘41、垫圈5、第二端盖60、第二密封骨架61和第二轴套6；
所述第一轴套2，在其内端沿圆周设有八对均匀分布的磁极，每对磁极沿径向设置，磁极按照外圈磁极为N极内圈磁极为S极的方式排列，其中44、45为一对磁极，46、47为一对磁极，48、49为一对磁极，50、51为一对磁极，52、53为一对磁极，54、55为一对磁极，56、57为一对磁极，58、59为一对磁极；在每个磁极上绕有漆包线圈，在每对磁极的每个磁极中心沿轴向设有油孔且在第一轴套2的体内相连通后通向体外构成油道，磁极44、45对应的油道为21，磁极46、47对应的油道为23，磁极48、49对应的油道为14，磁极50、51对应的油道为24，磁极52、53对应的油道为25，磁极54、55对应的油道为27，磁极56、57对应的油道为18，磁极58、59对应的油道为30；在所述第一轴套2端面设有一个出线孔3和一个回油孔29；沿所述第一轴套2的轴孔设有回油槽28；在第一轴套2的轴孔上加工有数个径向支承腔33；在所述第一轴套2的凸部的轴孔上沿圆周设有数个径向进油孔35分别与各个径向支承腔相对应；在第一固定槽40-1和第二固定槽40-2的中心位置设有第一通油孔38-1和第二通油孔38-2；在每对磁极上都通过第二螺钉17和螺纹盲孔26分别装有静压支承垫19，在所述静压支承垫19的内侧设有第一固定槽40-1和第一O型圈槽39-1以及第二固定槽40-2和第二O型圈槽39-2分别与内侧磁极和外侧磁极相对应；第一O型圈槽39-1内和第二O型圈槽39-2内分别放置第一O型圈16-1和第二O型圈16-2；在所述静压支承垫19的内侧设有支承腔36；沿所述第一轴套2的内侧圆周设有第三O型圈槽22；并且在此端面上设有四个均匀分布的装配孔20；在止推盘41上加工有第一永磁体槽42和第二永磁体槽43；
所述第二轴套的结构组成及其装配关系与所述第一轴套对称相同；
所述磁液双悬浮支承轴承系统的装配关系是：所述止推盘41与轴1为一体结构，止推盘41位于轴1的中间位置；垫圈5安装在第一轴套2与第二轴套6之间，与止推盘41之间存在一定的缝隙；在止推盘的第一永磁体槽42上安装有与槽尺寸相同的径向磁化的永磁体，外侧为N极；在止推盘的第二永磁体槽43上安装有与槽尺寸相同的径向磁化的永磁体，外侧为S极；所述第一轴套和所述第二轴套分别安装在垫圈5的左右两侧；在左侧：在所述第一轴套2与垫圈5接触端面的第三O型圈槽22放置有第三O型圈15，在所述第一轴套的第一密封骨架槽31处放置第一密封骨架13并用端盖11封装；在端面的每个油道处均装设轴向进油孔接头4，在回油孔29处装有出油孔接头9；在每个径向进油孔35处装有径向进油孔接头10；在右侧：所述第二轴套的装配与所述第一轴套对称相同；所述第一轴套2、垫圈5和所述第二轴套6通过贯通的装配孔20用螺栓8与螺母7紧固。
所述轴1的材质为不锈钢。所述静压支承垫19采用导磁材料。
在本发明一种磁液双悬浮支承轴承系统的左侧，由八个结构相同的油道21、23、14、24、25、27、18、30，静压支承垫19，第一O型圈16-1，第一O型圈槽39-1，第二O型圈16-2，第二O型圈槽39-2以及止推盘41共同构成液体静压轴向支承；径向支承腔33，回油槽34，径向进油孔35和轴1组成液体静压径向支承系统；同样地在右侧也形成同样的液体静压轴向支承和液体静压径向支承系统。
在本发明一种磁液双悬浮支承轴承系统的左侧，所述磁力悬浮支承系统主要由轴套2、静压支承垫19，止推盘41组成。其中轴套2上分布有16个磁极，每个磁极上都绕有漆包线圈，通过漆包线圈的缠绕方向决定磁极的N极和S极。磁极按照外圈为N极内圈为S极的方式排列，两个在同一半径方向的磁极为一对，(其中44、45为一对，46、47为一对，48、49为一对，50、51为一对，52、53为一对，54、55为一对，56、57为一对，58、59为一对)；磁极44、磁极45和止推盘41构成磁通回路；磁极46、磁极47和止推盘41构成磁通回路；磁极48、磁极49和止推盘41构成磁通回路；磁极50、磁极51和止推盘41构成磁通回路，磁极52、磁极53和止推盘41构成磁通回路；磁极54、磁极55和止推盘41构成磁通回路；磁极56、磁极57和止推盘41构成磁通回路；磁极58、磁极59和止推盘41构成磁通回路。在右侧也具有同样的情况。
本发明与现有技术相比，所述磁液双悬浮支承轴承系统能够集液体静压及磁力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。
附图说明
图1是本发明磁液双支承轴向轴承系统总体示意图；
图2是本发明磁液双支承轴向轴承系统剖视图；
图3是第一轴套后视图；
图4是第一轴套主视图；
图5是第一轴套剖视图；
图6是第一轴套中的静压支承垫主视图；
图7是第一轴套中的静压支承垫后视图；
图8是第一轴套中的静压支承垫剖视图；
图9是轴和止推盘的剖视图；
图10是第一轴套中的磁极示意图。
具体实施方式
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，
本发明的一种磁液双悬浮支承轴承系统，如图1所示，采用了液体静压支承和磁力悬浮支承相结合的新型磁液双支承轴承系统，主要包括液体静压支承系统和电磁悬浮支承系统。
如图1和2所示，所述磁液双悬浮支承轴承系统包括第一端盖11、第一密封骨架13、第一轴套2、轴1、止推盘41、垫圈5、第二端盖60、第二密封骨架61和第二轴套6；
所述第一轴套2，如图2～5所示，在其内端沿圆周设有八对均匀分布的磁极，每对磁极沿径向设置，磁极厚度为16.5mm。磁极按照外侧磁极为N极内侧磁极为S极的方式排列，其中44、45为一对磁极，46、47为一对磁极，48、49为一对磁极，50、51为一对磁极，52、53为一对磁极，54、55为一对磁极，56、57为一对磁极，58、59为一对磁极；在每个磁极上绕有漆包线圈，在每对磁极的每个磁极中心沿轴向设有油孔且在第一轴套2的体内相连通后通向体外构成油道，磁极44、45对应的油道为21，磁极46、47对应的油道为23，磁极48、49对应的油道为14，磁极50、51对应的油道为24，磁极52、53对应的油道为25，磁极54、55对应的油道为27，磁极56、57对应的油道为18，磁极58、59对应的油道为30；在所述第一轴套2端面设有一个出线孔3用于磁极漆包线圈的引出导线连接电源，以及一个直径为15mm的回油孔29；沿所述第一轴套2的轴孔设有数条(数目与径向支承腔的数目相同)沿圆周均布的回油槽28，其宽度为6mm，深度为3mm；在第一轴套2的轴孔上加工有数个(数量考虑实际情况自行确定)径向支承腔33，其内缘投影矩形长72mm，宽度按照径向支承腔数目自行确定；径向支承腔33厚度为1.4mm，在所述第一轴套2的凸部的轴孔上沿圆周设有数个径向进油孔35分别与各个径向支承腔相对应，径向进油孔35直径为8mm；在每对磁极上都通过第二螺钉17和螺纹盲孔26分别装有静压支承垫19，如图6～8所示，静压支承垫19厚度为15mm，螺纹盲孔26直径为5mm；在所述静压支承垫19的内侧设有第一固定槽40-1和第一O型圈槽39-1以及第二固定槽40-2和第二O型圈槽39-2分别与内侧磁极和外侧磁极相对应，在第一固定槽40-1和第二固定槽40-2的中心位置设有第一通油孔38-1和第二通油孔38-2；第一、二固定槽40-1和40-2的深度均为5mm，第一、二O型圈槽39-1和39-2的外径均为22.5mm，内径为12.5mm，深为2.75mm，第一、二O型圈16-1和16-2的直径均为16.05mm，截面积为9.90mm2；第一通油孔38-1和第二通油孔38-2的直径均为8mm；在所述静压支承垫19的中间位置设有螺钉沉头孔37用于将所述静压支承垫19紧固在所述第一轴套2上，螺钉沉头孔37的直径为5mm；第一O型圈槽39-1内和第二O型圈槽39-2内分别放置第一O型圈和第二O型圈用于防止液体外溢；在所述静压支承垫19的内侧设有支承腔36，其深度为0.5mm；沿所述第一轴套2的内侧圆周设有第三O型圈槽22；第三O型圈槽22的外径为248.3mm，内径为240.7mm，深度为1.97mm，并且在此端面上设有四个均匀分布的装配孔20；在止推盘41上加工有第一永磁体槽42和第二永磁体槽43；第一永磁体槽42外径为205.4mm，内径为178.5mm，深度为5mm；第二永磁体槽43外径为131.5mm，内径为83.5mm，深度为5mm；
所述第二轴套的结构组成及其装配关系与所述第一轴套对称相同；
所述磁液双悬浮支承轴承系统的装配关系是：所述止推盘41与轴1为一体结构，止推盘41位于轴1的中间位置；轴1的材质为不锈钢，轴1的直径为50mm，止推盘41直径228mm，厚度为20mm；垫圈5安装在第一轴套2与第二轴套6之间；在止推盘的第一永磁体槽42上安装有与槽尺寸相同的径向磁化的永磁体，外侧为N极；在止推盘的第二永磁体槽43上安装有与槽尺寸相同的径向磁化的永磁体，外侧为S极；所述第一轴套和所述第二轴套分别安装在垫圈5的左右两侧；在左侧：在所述第一轴套2与垫圈5接触端面的第三O型圈槽22放置有第三O型圈15，第三O型圈15的直径为245.65mm，截面积为5.52mm2；在所述第一轴套的第一密封骨架槽31处放置第一密封骨架13并用端盖11封装；在端面的每个油道处均装设轴向进油孔接头4，在回油孔29处装有出油孔接头9；在每个径向进油孔35处装有径向进油孔接头10；在右侧：所述第二轴套的装配与所述第一轴套对称相同；所述第一轴套2、垫圈5和所述第二轴套6通过贯通的装配孔20用螺栓8与螺母7紧固。
轴1的材质为不锈钢。静压支承垫59采用导磁材料。
轴1的直径为50mm，止推盘41直径228mm，厚度为20mm，永磁体槽42外径为205.4mm，内径为178.5mm，深度为5mm，永磁体槽43外径为131.5mm，内径为83.5mm，深度为5mm。液体静压径向支承系统外径100mm，内径50mm，长68mm；径向支承腔33内缘投影矩形长72mm、宽度按照径向支承腔数目自行确定，回油槽17宽度为6mm，深度为3mm；径向支承腔33厚度为1.4mm，径向进油孔35直径8mm。第一轴套2内端面回油孔29直径15mm，螺纹盲孔26直径5mm，第三O型圈槽外径248.3mm，内径240.7mm，深度为1.97mm，第三O型圈15直径245.65mm，截面积5.52mm2；静压支承垫19厚度15mm，两通油孔38直径为8mm，螺钉沉头孔37直径5mm，固定槽40深度5mm，第一O型圈槽39-1与第二O型圈槽39-2尺寸相同，外径22.5mm内径12.5mm深度2.75mm，第一O型圈16-1与第二O型圈16-2尺寸相同，直径16.05mm，截面积9.90mm2。支承腔36深度0.5mm，第一轴套2上的磁极厚度为16.5mm。
初始工作时，漆包线圈通电，漆包线圈不同的缠绕方式使得在磁极的表面产生外圈为N极内圈为S极的磁极分布，两个在同一半径方向的磁极为一对(44、45为一对，46、47为一对，48、49为一对，50、51为一对，52、53为一对，54、55为一对，56、57为一对，58、59为一对)；磁极44、磁极45、止推盘41为磁通回路，磁极46、磁极47、止推盘41为磁通回路，磁极48、磁极49、止推盘41为磁通回路，磁极50、磁极51、止推盘41为磁通回路，磁极52、磁极53、止推盘41为磁通回路，磁极54、磁极55、止推盘41为磁通回路，磁极56、磁极57、止推盘41为磁通回路，磁极58、磁极59、止推盘41为磁通回路。
液体静压径向支承系统中，液压油通过径向进油孔35流入径向支承腔33，液压油从径向支承腔33流入回油槽34内，而后单向流经并冷却磁极及漆包线圈，从第一轴套2上的与第二轴套6上的回油口流出。
液体静压轴向支承系统中，液压油通过轴套2上的8个结构相同的油道，流入静压支承垫19的轴向支承腔36，液压油流经并冷却磁极及漆包线圈后，经第一轴套2与第二轴套6上的回油孔流出。
当加载时，可改变油道进油压力及漆包线圈的电流，以调节轴承的液压支承力及电磁支承力，对轴1位置实现微调。

Claims (2)

1.一种磁液双悬浮支承轴承系统，采用液体静压支承和磁力悬浮支承相结合的新型磁液双支承轴承系统，主要包括液体静压支承系统和电磁悬浮支承系统；其特征在于：
所述磁液双悬浮支承轴承系统包括第一端盖11、第一密封骨架13、第一轴套2、轴1、止推盘41、垫圈5、第二端盖60、第二密封骨架61和第二轴套6；
所述第一轴套2，在其内端沿圆周设有八对均匀分布的磁极，每对磁极沿径向设置，磁极按照外圈磁极为N极内圈磁极为S极的方式排列，其中44、45为一对磁极，46、47为一对磁极，48、49为一对磁极，50、51为一对磁极，52、53为一对磁极，54、55为一对磁极，56、57为一对磁极，58、59为一对磁极；在每个磁极上绕有漆包线圈，在每对磁极的每个磁极中心沿轴向设有油孔且在第一轴套2的体内相连通后通向体外构成油道，磁极44、45对应的油道为21，磁极46、47对应的油道为23，磁极48、49对应的油道为14，磁极50、51对应的油道为24，磁极52、53对应的油道为25，磁极54、55对应的油道为27，磁极56、57对应的油道为18，磁极58、59对应的油道为30；在所述第一轴套2端面设有一个出线孔3和一个回油孔29；沿所述第一轴套2的轴孔设有回油槽28；在第一轴套2的轴孔上加工有数个径向支承腔33；在所述第一轴套2的凸部的轴孔上沿圆周设有数个径向进油孔35分别与各个径向支承腔相对应；在第一固定槽40-1和第二固定槽40-2的中心位置设有第一通油孔38-1和第二通油孔38-2；在每对磁极上都通过第二螺钉17和螺纹盲孔26分别装有静压支承垫19，在所述静压支承垫19的内侧设有第一固定槽40-1和第一O型圈槽39-1以及第二固定槽40-2和第二O型圈槽39-2分别与内侧磁极和外侧磁极相对应；第一O型圈槽39-1内和第二O型圈槽39-2内分别放置第一O型圈16-1和第二O型圈16-2；在所述静压支承垫19的内侧设有支承腔36；沿所述第一轴套2的内侧圆周设有第三O型圈槽22；并且在此端面上设有四个均匀分布的装配孔20；在止推盘41上加工有第一永磁体槽42和第二永磁体槽43；
所述第二轴套的结构组成及其装配关系与所述第一轴套对称相同；
所述磁液双悬浮支承轴承系统的装配关系是：所述止推盘41与轴1为一体结构，止推盘41位于轴1的中间位置；垫圈5安装在第一轴套2与第二轴套6之间，与止推盘41之间存在一定的缝隙；在止推盘的第一永磁体槽42上安装有与槽尺寸相同的径向磁化的永磁体，外侧为N极；在止推盘的第二永磁体槽43上安装有与槽尺寸相同的径向磁化的永磁体，外侧为S极；所述第一轴套和所述第二轴套分别安装在垫圈5的左右两侧；在左侧：在所述第一轴套2与垫圈5接触端面的第三O型圈槽22放置有第三O型圈15，在所述第一轴套的第一密封骨架槽31处放置第一密封骨架13并用端盖11封装；在端面的每个油道处均装设轴向进油孔接头4，在回油孔29处装有出油孔接头9；在每个径向进油孔35处装有径向进油孔接头10；在右侧：所述第二轴套的装配与所述第一轴套对称相同；所述第一轴套2、垫圈5和所述第二轴套6通过贯通的装配孔20用螺栓8与螺母7紧固。
2.根据权利要求1所述的一种磁液双悬浮支承轴承系统，其特征在于：所述轴1的材质为不锈钢；所述静压支承垫19采用导磁材料。
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