CN108612754A - 一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承，包括液体静压和磁力悬浮两套支承系统；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、二永磁环、调整环、第一、二挡圈、第一、二骨架密封圈以及第一、二轴承挡圈；转子轴为对称结构，有两个锥体结构段；第一、二永磁环分别套装在转子轴的两个锥体结构段处与转子轴过盈配合装配；第一、二定子分别套装在第一、二永磁环上，其间隙为30μm；所述轴承依次按照第一轴承外壳、第一定子、调整环、第二定子和第二轴承外壳的顺序装配并用螺栓紧固。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

一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承

技术领域

本发明涉及滑动轴承的设计领域，特别涉及一种重载荷、高转速、大刚度和高控制精度被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承。

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,也叫磁力悬浮轴承。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，本发明提供一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承。本发明将液体静压轴承与磁力轴承配合使用，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：

一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承，包括液体静压和磁力悬浮两套支承系统；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、第一永磁环、第二永磁环、调整环、第一挡圈、第二挡圈、第一骨架密封圈、第二骨架密封圈、第一轴承挡圈和第二轴承挡圈；

所述转子轴为中心径向断面呈对称结构，其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；所述第一永磁环为轴向端面呈锥形的回转体结构，所述第二永磁环的结构特征与所述第一永磁环的结构特征对称相同，所述第一、二永磁环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，并分别由第一、二挡圈进行轴向固定；

所述第一定子为回转体结构；其内圆周呈锥状结构，沿其内圆周上向轴心向均布有四个环形油槽；沿其外圆周向轴心向加工有四个径向进油孔分别连通于一个环形油槽；在每两个进油孔之间的定子圆周端面上加工有四个均布的轴向装配通孔；所述第二定子其结构特征与第一定子结构特征完全相同；

所述第一、二定子分别套装在第一、二永磁环上，第一定子与第一永磁环以及第二定子与第二永磁环均采用间隙配合装配，其间隙为30μm；

所述第一轴承外壳沿内圆周端面开有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽的外端面上沿轴向开有四个均布的装配通孔与第一定子上的四个装配通孔相对应；在第一轴承外壳的外圆周上沿径向开有一个回油孔；在所述第一轴承外壳的外端面上沿轴向开有四个均布的装配螺纹盲孔；所述第二轴承外壳的结构特征与所述第一轴承外壳的结构特征完全相同；

所述调整环为回转体结构，沿两侧圆周端面各开有一个O型密封圈槽，在两个O型密封圈槽外的端面上沿轴向开有四个均布的装配通孔与第一定子上的四个装配通孔和第二定子上的四个装配通孔相对应；

所述第一轴承挡圈端面沿轴向开有四个均布的装配通孔与所述第一轴承外壳的四个装配螺纹盲孔相对应；所述第二轴承挡圈的结构特征与所述第一轴承挡圈的机构特征完全相同；

所述轴承依次按照第一轴承外壳、第一定子、调整环、第二定子和第二轴承外壳的顺序装配，并通过四个装配通孔用螺栓紧固；转子轴两端通过第一、二骨架密封圈密封，在第一、二轴承外壳外端部分别通过第一、二轴承挡圈密封及轴向固定。

所述被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承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锥形轴承，主要包括液体静压支承系统和磁力悬浮支承系统。

所述液体静压支承系统，其实现方式是液压油从第一、二定子的进油孔进入，经环形油槽后分别作用于第一、二永磁环上，作用后的油液从两侧的第一、二轴承外壳上的回油孔流出，在第一、二定子与第一、二永磁环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；进而冷却轴承，降低温升及热变形。

所述磁力悬浮支承系统，其实现方式是利用电工软铁加工的第一、二定子经磁化后，分别与第一、二永磁环相对，利用异名磁极相互吸引的物理原理实现的。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。本发明中的第一、二轴承外壳，第一、二定子以及调整环均为圆盘结构，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是被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承总体示意图；

图2是被动型磁液双悬浮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)是图3(a)中A-A向的剖视图，(c)是第一轴承外壳示意图；

图4中(a)是调整环主视图，(b)是图4(a)中A-A向的剖视图；

图5中(a)是第一轴承挡圈主视图，(b)是图5(a)中A-A向的剖视图；

图6中(a)是第一定子主视图，(b)是图6(a)中A-A向的剖视图，(c)是第一定子示意图。

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：

本发明一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承的一个优选实施例，包括液体静压和磁力悬浮两套支承系统；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9、第一定子5、第二定子3、第一永磁环23、第二永磁环19、调整环13、第一挡圈24、第二挡圈18、第一骨架密封圈26、第二骨架密封圈16、第一轴承挡圈8和第二轴承挡圈15。

所述转子轴9为中心径向断面呈对称结构，如图2所示，其中部为大直径圆柱体28结构，两端为小直径圆柱体结构，左侧由大直径圆柱体28过渡到小直径圆柱体之间为第一锥体结构段25；右侧由大直径圆柱体28过渡到小直径圆柱体之间为第二锥体结构段17；所述转子轴9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9上的第一锥体结构段25和第二锥体结构段17，其锥度均为30°，长为21.5mm。

所述第一永磁环23为轴向端面呈锥形的回转体结构，如图2所示，其大端外径为66mm，大端内径为50mm，锥度为30°，投影长度为23mm；所述第二永磁环19的结构尺寸与所述第一永磁环23的结构尺寸对称相同。所述第一、二永磁环23、19分别套装在转子轴9的第一锥体结构段25和第二锥体结构段17处，且与转子轴9间采用过盈配合装配，并分别由第一、二挡圈24、18进行轴向固定。

如图1-2、图6(a)、(b)和(c)所示，所述第一定子5为回转体结构；其内圆周呈锥状结构，所述第一定子5的外径为111mm，厚为22mm；沿其内圆周上向轴心向均布有四个环形油槽27；沿其外圆周向轴心向加工有四个径向进油孔34分别连通于一个环形油槽27，每个进油孔34直径均为5mm；在每个进油孔34的外圆周处均加工有切削平台4，切削平台4深为1mm；在每个进油孔34处安装有油嘴12，切削平台4的平面使螺纹油嘴12与所述第一定子5的连接更方便，且密封性更好；在每两个进油孔34之间的定子圆周端面上加工有四个均布的轴向装配通孔35，通孔35的直径为8mm。所述第二定子3其结构尺寸与第一定子5结构尺寸完全相同，在第二定子3的每个进油孔的外圆周处均加工有切削平台2，且在每个进油孔处安装有油嘴14。

所述第一、二定子5、3分别套装在第一、二永磁环23、19上，第一定子5与第一永磁环23以及第二定子3与第二永磁环19均采用间隙配合装配，其间隙为30μm。

如图1、图3(a)、(b)和(c)所示，所述第一轴承外壳6为回转体，其外径为111mm，内径为66mm；沿其回转体内圆周端面开有一个O型密封圈槽22，在O型密封圈槽22的外端面上沿轴向开有四个均布的装配通孔30与第一定子5上的四个装配通孔35相对应，通孔30的直径为8mm；在第一轴承外壳6的外圆周上沿径向开有一个回油孔31，回油孔31的直径为8mm；并在外圆周的回油孔31处安装有油嘴11；在所述第一轴承外壳6的外端面上沿轴向开有四个均布的装配螺纹盲孔29，螺纹盲孔的直径为6mm。

所述第二轴承外壳1的结构尺寸与所述第一轴承外壳6的结构尺寸完全相同。

如图4所示，所述调整环13为回转体结构，沿两侧圆周端面各开有一个O型密封圈槽20和21，在两个O型密封圈槽20、21外的端面上沿轴向开有四个均布的装配通孔32与第一定子5上的四个装配通孔35和第二定子3上的四个装配通孔相对应，装配通孔32的直径为8mm。

如图5所示，所述第一轴承挡圈8端面沿轴向开有四个均布的装配通孔33与所述第一轴承外壳6的四个装配螺纹盲孔29相对应；所述第二轴承挡圈15的结构尺寸与所述第一轴承挡圈8的机构尺寸完全相同。

所述轴承依次按照第一轴承外壳6、第一定子5、调整环13、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7紧固；转子轴9两端通过第一、二骨架密封圈26、16密封，在第一轴承外壳6外端部用螺钉10将第一轴承挡圈8固定在第一轴承外壳6上；在第二轴承外壳1外端部以同样方式将第二轴承挡圈15固定第二轴承外壳1上。

初始工作时，利用两个电工软铁加工为的定子经磁化后，与永磁环相对，利用异名磁极相互吸引的物理原理实现的。从而实现轴承的轴向、径向双向支承。

液体静压支承系统，液压油从第一、二定子5、3的进油孔34进入，经环形油槽27后分别作用于两个永磁环上，作用后的油液从两侧的轴承外壳上的回油孔流出，液压油在第二定子3、第二永磁环19以及第二轴承外壳1的流动情况与第一定子5、第一永磁环23、和第一轴承外壳6的流动情况完全相同，进而冷却所述被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承，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以调节轴承的液压支承力，对转子轴位置实现微调。

Claims (1)

1.一种被动型磁液双悬浮分断式锥形轴承，其特征在于：所述轴承包括液体静压和磁力悬浮两套支承系统；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、第一永磁环、第二永磁环、调整环、第一挡圈、第二挡圈、第一骨架密封圈、第二骨架密封圈、第一轴承挡圈和第二轴承挡圈；

所述转子轴为中心径向断面呈对称结构，其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；所述第一永磁环为轴向端面呈锥形的回转体结构，所述第二永磁环的结构特征与所述第一永磁环的结构特征对称相同，所述第一、二永磁环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，并分别由第一、二挡圈进行轴向固定；

所述第一定子为回转体结构；其内圆周呈锥状结构，沿其内圆周上向轴心向均布有四个环形油槽；沿其外圆周向轴心向加工有四个径向进油孔分别连通于一个环形油槽；在每两个进油孔之间的定子圆周端面上加工有四个均布的轴向装配通孔；所述第二定子其结构特征与第一定子结构特征完全相同；

所述第一、二定子分别套装在第一、二永磁环上，第一定子与第一永磁环以及第二定子与第二永磁环均采用间隙配合装配，其间隙为30μm；

所述第一轴承外壳沿内圆周端面开有一个O型密封圈槽，在O型密封圈槽的外端面上沿轴向开有四个均布的装配通孔与第一定子上的四个装配通孔相对应；在第一轴承外壳的外圆周上沿径向开有一个回油孔；在所述第一轴承外壳的外端面上沿轴向开有四个均布的装配螺纹盲孔；所述第二轴承外壳的结构特征与所述第一轴承外壳的结构特征完全相同；

所述调整环为回转体结构，沿两侧圆周端面各开有一个O型密封圈槽，在两个O型密封圈槽外的端面上沿轴向开有四个均布的装配通孔与第一定子上的四个装配通孔和第二定子上的四个装配通孔相对应；

所述第一轴承挡圈端面沿轴向开有四个均布的装配通孔与所述第一轴承外壳的四个装配螺纹盲孔相对应；所述第二轴承挡圈的结构特征与所述第一轴承挡圈的机构特征完全相同；

所述轴承依次按照第一轴承外壳、第一定子、调整环、第二定子和第二轴承外壳的顺序装配，并通过四个装配通孔用螺栓紧固；转子轴两端通过第一、二骨架密封圈密封，在第一、二轴承外壳外端部分别通过第一、二轴承挡圈密封及轴向固定。