CN108980207A - 一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承，所述轴承包括空气静压和电磁悬浮两套支承系统；包括第一、二轴承端盖、转子轴、第一、二定子、第一、二导磁套、第一、二漆包线圈、调整环、第一、二防尘密封圈和第一、二多孔介质。所述空气静压支承系统，空气从两个定子的进气孔进入，经过进气腔通过多孔介质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空气弹性势能，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电磁吸力的物理原理实现的。本发明能够大幅度减小轴承的磨损，提高转速，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

一种带有多孔介质的磁气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，特别是涉及一种小摩擦、高转速、高控制精度的磁气双悬浮支承分断式锥形轴承。
背景技术
空气静压轴承是利用空气提供静压力来支承旋转的轴，具有小摩擦、小功率、高转速、清洁性高等优点，因此得到普遍重视和广泛应用。但是空气静压轴承不适用于大功率、重载运行的场合。而电磁悬浮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
本发明目的在于提供一种高转速、高承载、清洁性高的带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述轴承包括空气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端盖、第二轴承端盖、转子轴、第一定子、第二定子、第一多孔介质、第二多孔介质、第一导磁套、第二导磁套、第一漆包线圈、第二漆包线圈、调整环、第一防尘密封圈、第二防尘密封圈、第一多孔介质和第二多孔介质；
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气孔分别贯通每个磁极；八个磁极采用NSSNNSSN方式布置，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；第二定子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；在第一、二定子的各个磁极上浇铸有多孔介质；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；所述第一轴承端盖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；在第一轴承端盖上加工有排气孔和通线孔；第二轴承端盖结构与第一轴承端盖结构完全相同；调整环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、二定上的装配通孔相对应；所述轴承依次按照第一轴承端盖、第一定子、调整环、第二定子和第二轴承端盖的顺序装配，并通过装配通孔用螺栓紧固；转子轴两端通过第一、二防尘密封圈进行密封。
进一步的，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10μm。
进一步的，所述第一、二导磁套均为锥形结构。
进一步的，在所述第一、二定子的每个进气孔处均设有切削平台。
进一步的，在第一轴承端盖壳体外侧的排气孔处安装有消音器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、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、无污染等，主要适用于小摩擦、高转速、高控制精度和高速运行的场合。
2、将空气静压轴承与电磁轴承配合使用，集二者优点于一身，能够大幅度减小轴承的磨损，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。
3、轴承端盖、定子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。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的剖视图；
图3中，(a)是第一轴承端盖主视图,(b)是(a)中A-A向的剖视图，(c)是第一轴承端盖示意图；
图4中，(a)是调整环主视图,(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,(c)是(b)中A-A向的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、2所示，本发明包括空气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端盖6、第二轴承端盖1、转子轴9、第一定子4、第二定子3、第一导磁套29、第二导磁套16、第一漆包线圈31、第二漆包线圈14、调整环12、第一防尘密封圈28、第二防尘密封圈17、第一多孔介质24和第二多孔介质20；所述转子轴9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27结构，两端为小直径圆柱体结构，左侧由大直径圆柱体27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27过渡到小直径圆柱体之间为第二锥体结构段19；所述第一、二导磁套29、16均为锥形结构，并分别套装在转子轴9的第一锥体结构段25和第二锥体结构段19处，由第一、二挡圈26、18进行轴向固定，且与转子轴9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沿其内圆周上由圆心向外均布有八个带有进气腔的内凸磁极，沿第一定子4外圆周向圆心向加工有八个径向进气孔36分别贯通每个磁极，在每个进气孔36处均有一切削平台11；在每个进气孔36处安装有气嘴5，切削平台11的平面使螺纹气嘴5的连接更方便，且密封性更好。八个磁极采用NSSNNSSN方式布置，每相邻磁极为一对，其中磁极37、38为一对，磁极39、40为一对，磁极41、42为一对,磁极43、44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33；每个磁极上绕有第一漆包线圈31；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的每个进气孔处均有一切削平台2，且在每个进气孔处安装有气嘴13；在第二定子3的每个磁极上绕有第二漆包线圈14；所述第一、二定子4、3分别套装在第一、二导磁套29、16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16均采用间隙配合装配，其间隙为10μm；如图3(a)、(b)和(c)所示，所述第一轴承端盖6沿内圆周端面设有一个O型密封圈槽23，在O型密封圈槽23的外端面上设有四个装配通孔32与第一定子4上的装配通孔33相对应，在第一轴承端盖6壳体上设有排气孔35和通线孔10，在第一轴承端盖6壳体外侧的排气孔35处安装有消音器7；所述第二轴承端盖1其结构与所述第一轴承端盖6结构完全相同；如图4所示，所述调整环12沿两侧圆周端面各设有一个O型密封圈槽22、21，在O型密封圈槽22、21外的端面上设有四个装配通孔34与第一定子4上的装配通孔33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端盖6、第一定子4、调整环12、第二定子3和第二轴承端盖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9两端通过第一、二防尘密封圈28、17密封。
所述轴承采用了空气静压支承和电磁悬浮支承相结合的新型磁气双支承锥形轴承，主要包括空气静压支承系统和电磁悬浮支承系统。
空气静压支承系统，其实现方式是空气从两个定子的进气孔进入，经过进气腔通过多孔介质分别作用于两个导磁套，作用后的空气经过漆包线圈后从两侧的轴承端盖上的排气孔排出，在两个定子与两个导磁套之间形成锥形的空气弹性势能，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。
电磁悬浮支承系统，其实现方式是利用电磁吸力这一物理现象。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，形成闭合的磁回路，产生电磁吸力，从而实现轴承的轴向、径向双向支承。
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19，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上的八个进气孔36直径均为5mm，进气腔投影长边为16mm、短边为11mm、高为22mm、宽为2mm，通孔33直径为8mm，切削平台11深为2mm；第一、二导磁套29、16的大端外径均为62mm，大端内径均为50mm，锥度均为30°，投影长度均为23mm；第一、二轴承端盖6、1外径为142mm，内径为100mm，第一轴承端盖6上的排气孔35直径为8mm，与定子固定的通孔32直径8mm。
初始工作时，第一漆包线圈31通电，第一漆包线圈31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37、38为一对，39、40为一对,41、42为一对，43、44为一对；分别与第一导磁套29组成磁通回路，其中磁极37、磁极38、第一导磁套29为磁通回路，磁极39、磁极40、第一导磁套29为磁通回路，磁极41、磁极42、第一导磁套29为磁通回路，磁极43、磁极44、第一导磁套29为磁通回路。第二漆包线圈14通电，第二定子3上的磁极与第二导磁套16所构成的磁通回路与第一漆包线圈31、第一定子4和第一导磁套29的情况完全相同。
空气静压支承系统，空气从第一定子4的进气孔36进入，经过进气腔通过多孔介质24，作用于第一导磁套29，作用后的空气经第一漆包线圈31后从第一轴承端盖6上的排气孔35排出，空气在第二定子3、第二导磁套16以及第二漆包线圈14和第二轴承端盖1的流动情况与第一定子4、第一导磁套29、第一漆包线圈31和第一轴承端盖6的流动情况完全相同，进而冷却所述带有多孔介质的磁气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、二定子进气孔的进气压力及第一、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。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承，其特征在于：所述轴承包括空气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端盖、第二轴承端盖、转子轴、第一定子、第二定子、第一多孔介质、第二多孔介质、第一导磁套、第二导磁套、第一漆包线圈、第二漆包线圈、调整环、第一防尘密封圈、第二防尘密封圈、第一多孔介质和第二多孔介质；
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气孔分别贯通每个磁极；八个磁极采用NSSNNSSN方式布置，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；第二定子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；在第一、二定子的各个磁极上浇铸有多孔介质；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；所述第一轴承端盖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；在第一轴承端盖上加工有排气孔和通线孔；第二轴承端盖结构与第一轴承端盖结构完全相同；调整环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、二定上的装配通孔相对应；所述轴承依次按照第一轴承端盖、第一定子、调整环、第二定子和第二轴承端盖的顺序装配，并通过装配通孔用螺栓紧固；转子轴两端通过第一、二防尘密封圈进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承，其特征在于：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10μm。
3.根据权利要求1所述的一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承，其特征在于：所述第一、二导磁套均为锥形结构。
4.根据权利要求1所述的一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承，其特征在于：在所述第一、二定子的每个进气孔处均设有切削平台。
5.根据权利要求1所述的一种带有多孔介质的磁气双悬浮分断式锥形轴承，其特征在于：在第一轴承端盖壳体外侧的排气孔处安装有消音器。
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