CN110145542B - 一种磁气混合动静压轴承及其安装方法 - Google Patents

Abstract

一种磁气混合动静压轴承及其安装方法，旨在解决现有技术中磁性轴承的承载能力和动态刚度较低，以及磁气混合轴承适用工况较窄的技术问题。本发明用于安装于转轴上，包括套设于转轴上的内磁极，内磁极通过斥力间隙设置在外磁极内，外磁极的外周面上设有沿其径向贯通的节流孔，外磁极内周面的横截面呈橄榄状，或在外磁极的内周面上设有动压发生槽，外磁极与轴承工装配合连接，轴承工装上设有一端与所述节流孔相连的供气孔，供气孔的另一端连接有外部气源。本发明综合了磁性轴承、静压气体轴承和动压气体轴承的优点，具有优良的稳态、瞬态性能，此外，通过球面轴承的应用提高了磁气混合动静压轴承对多向载荷工况的适应性。

Description

一种磁气混合动静压轴承及其安装方法

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其是涉及一种磁气混合动静压轴承。

背景技术

磁性轴承是一种利用磁铁相同两极相互排斥的原理而制造的非接触高性能轴承。与传统滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。

授权公告号为CN 102052402 B的中国专利公开了一种永磁悬浮轴承，包括：内圈，该内圈为永磁体；外圈，所述内圈套在该外圈内，所述内圈沿所述外圈轴向方向的厚度小于所述外圈沿轴向方向的厚度，所述内圈的外径小于所述外圈的内径，该外圈由非导磁性材料制成；第一径向永磁体，该第一径向永磁体嵌入所述外圈中，该第一径向永磁体与所述内圈之间磁力相吸，以使得在非承载时，所述内圈被吸到所述第一径向永磁体或所述外圈上，在承载时，所述内圈处于所述外圈的中心位置或靠近该中心的位置；多个轴向永磁体，至少一个轴向永磁体固定在所述外圈沿轴向方向的第一端的端面上，至少一个轴向永磁体固定在所述外圈沿轴向方向的第二端的端面上，所述内圈受位于所述第一端的端面上的轴向永磁体的斥力与所述内圈受位于所述第二端的端面上的轴向永磁体的斥力在轴向方向上的合力为零。

上述专利通过所提供的永磁悬浮轴承和永磁悬浮轴承组件的配合，永磁体的内圈受到径向永磁体的吸力作用，由于径向永磁体嵌入外圈中，因而该吸力作用的方向为沿外圈的径向方向。同时，在轴向方向上，位于第一端的端面上的轴向永磁体对内圈的斥力与位于第二端端面上的轴向永磁体对内圈的斥力合力为零，因而能够保持内圈在轴向方向上总是处于稳定状态。因此，在非承载时，上述专利所提供的永磁悬浮轴承中，内圈受到第一径向永磁体的吸引而处于外圈中的偏心位置，但在轴向方向上位于外圈的两个端面之间的稳定位置；当承载时，作用到内圈上的负载与第一径向永磁体和内圈之间的磁性吸力相抵消，从而使内圈处于外圈的中心位置或靠近该中心位置的位置，从而使内圈处于悬浮状态；同时，在轴向方向上，内圈仍然处于稳定状态；因而，在承载时能够实现内圈的悬浮状态，可以由内圈支撑旋转轴做几乎没有摩擦的转动。但是，单纯的永磁悬浮轴承工作时需要辅助轴承，承载能力和动态刚度较低，阻尼小，控制系统复杂，容易产生过热等问题。

申请号为CN 201810890722.7的中国专利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；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。

上述专利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，可提高轴承系统的调节能力及精度；但是，为提供足够的承载力，空气静压轴承常常需要较大的供气量，这对外部供气源的质量及供气能力均有较高要求，在某些环境较恶劣的工况中不适用。

申请号为CN 201810031423.8的中国专利公开了一种径向轴承，用于安装于转轴上，所述径向轴承包括：套设于所述转轴上的磁轴承，所述磁轴承上沿周向设置有多个磁性部件；所述磁轴承朝向所述转轴的侧壁，或所述转轴朝向所述磁轴承的圆周面上设置有动压发生槽；其中，所述磁轴承与所述转轴之间具有轴承间隙，且所述转轴能够在所述多个磁性部件的磁力作用下在所述转轴的径向方向上移动。

上述专利通过在径向轴承中设置轴承间隙、磁轴承和在磁轴承周面上设置动压发生槽，使该径向轴承形成气、磁混合径向轴承；由于气体轴承与磁轴承能够协同工作，上述发明能够改善径向轴承，尤其在高速运转状态下的动态性能和稳定性，增强轴承的抗扰动能力；但是，当上述轴承启动时，相斥磁力起主要的承载作用，当上述轴承稳定后，气体动压起主要的承载作用，由于单纯的动压气体轴承承载能力较弱，动态刚度及动态阻尼系数均较低，单纯的磁性轴承的阻尼和承载能力均较弱，因而上述动压磁性混合轴承无法适用于大载荷工况。

发明内容

本发明为了克服现有技术中：（1）单纯的永磁悬浮轴承工作时需要辅助轴承，承载能力和动态刚度较低，阻尼小，控制系统复杂，容易产生过热现象；（2）磁气混合静压轴承需要较大的供气量，对外部供气源的质量及供气能力均有较高要求，在某些环境较恶劣的工况中不适用；（3）磁气混合动压轴承的承载能力较弱，无法适用于大载荷工况的技术问题，提供一种综合了磁性轴承、静压气体轴承和动压气体轴承三种轴承的优点，具有优良的稳态、瞬态性能，对供气量及气体质量的要求较低，且可适用于大载荷工况的磁气混合动静压轴承。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种磁气混合动静压轴承，用于安装于转轴上，包括套设于转轴上的内磁极，内磁极通过斥力间隙设置在外磁极内，外磁极的外周面上设有沿其径向贯通的节流孔，外磁极内周面的横截面呈橄榄状，或在外磁极的内周面上设有动压发生槽，外磁极与轴承工装配合连接，轴承工装上设有一端与所述节流孔相连的供气孔，供气孔的另一端连接有外部气源。

磁性轴承是基于同极相斥原理制造出的非接触高性能轴承，磁性轴承不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，此外，磁性轴承的机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染；但是，单纯的磁性轴承工作时需要辅助轴承，承载能力和动态刚度较低，阻尼小，控制系统复杂，容易产生过热等问题。静压气体轴承又叫外部供压气体轴承，通过轴承间隙不同所产生的气动补偿力提供轴承的刚度和承载力，相较于磁性轴承，静压气体轴承无需单独配备辅助支承及循环冷却系统，可提高轴承系统的调节能力及精度；但是，为提供足够的承载力，静压气体轴承常常需要较大的供气量，这对外部供气源的质量及供气能力均有较高要求，在某些环境较恶劣的工况中不适用。动压气体轴承是基于流体动压原理制造出的高性能轴承，它所需的动压基于自身结构产生，不需要外部气源供气；但是，由于流体动压是依靠固体摩擦面间的相对运动，使介于固体间的润滑流体膜内产生压力，以承受外载，因而动压气体轴承承载能力较弱，动态刚度及动态阻尼系数均较低。本发明设计出一种磁气混合动静压轴承，用于安装于转轴上，包括套设于转轴上的内磁极，内磁极通过斥力间隙设置在外磁极内；当轴承处于低速工况时，内、外磁极间的斥力一方面提供承载能力，另一方面可以防止内外磁极发生碰撞，进而延长所述轴承的使用寿命。外磁极的外周面上设有沿其径向贯通的节流孔，外磁极与轴承工装配合连接，轴承工装上设有一端与所述节流孔相连的供气孔，供气孔的另一端连接有外部气源；通过上述结构，内外磁极配合可同步形成一个静压气体轴承，当轴承低速启动时，内、外磁极间的斥力与经节流孔加速的静压气体配合，为转轴提供承载，一方面可大幅提高轴承的稳态刚度及阻尼系数，另一方面可以有效防止碰撞摩擦，延长轴承的使用寿命。外磁极的内周面呈橄榄状，或在外磁极的内周面上设有动压发生槽；当外磁极的内周面呈橄榄状时，外磁极与内磁极间形成楔形间隙，两磁极的相对运动带动润滑流体由间隙大端向间隙小端运动，进而产生动压；当外磁极的内周面上设有动压发生槽时，基于微细沟槽的流体力学特性，内、外磁极的间隙中充满润滑流体，进而可以充分润滑。当所述磁气混合动静压轴承处于高速工况时，大量气体被内磁极带动压入收敛楔中，产生压力升，进而对转轴形成法向支撑力。本发明通过上述设计，综合了磁性轴承、静压气体轴承和动压气体轴承三种轴承的优点，具有优良的稳态、瞬态性能，对供气量及气体质量的要求较低，且可适用于高、低转速下的大载荷。

作为优选，所述节流孔沿外磁极外壁面的周向均匀分布，节流孔包括大端和小端，小端对准内磁极的外周面，大端端口与外磁极的外周面平齐。

节流孔沿外磁极外壁面的周向均匀分布，节流孔包括大端和小端，小端对准内磁极的外周面，大端端口与外磁极的外周面平齐。由于气体可压缩，基于质量守恒原理，从节流孔大端流入，经节流孔小端流出的气体压强增大，通过上述节流孔设计，可对外部供压的气体起到一定的增压作用。

作为优选，沿外磁极轴向，同列节流孔的大端贯通连接为轴向节流槽；沿外磁极周向，同排节流孔的大端贯通连接为周向节流槽，供气孔对准轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置。

由于供气孔需要与供气管相连接，在单位时间内保证充足的进气量，因此供气孔的孔径一般较大，同时，由于节流孔的孔径较小，供气孔流出的气体无法完全流入节流孔中，会造成气体的大量浪费。本发明中，沿外磁极轴向，同列节流孔的大端贯通连接为轴向节流槽；沿外磁极周向，同排节流孔的大端贯通连接为周向节流槽，供气孔对准轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；通过上述技术方案，节流孔与供气孔的接触面积增大，通过调节轴向节流槽和周向节流槽的槽宽，供气孔流出的气体可全部流入节流孔内，一方面可大幅提升气体的利用率，另一方面可维持内、外磁极间隙中的气体静压。

作为优选，当外磁极内周面的横截面呈橄榄状时，外磁极由两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接而成。

外磁极由两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接而成，对接拼接后的外磁极内周面的横截面呈橄榄状。橄榄状的外磁极内周面包括尖端和肚端，相较于正圆形的外磁极内周面，内磁极与所述尖端之间形成较大的楔形间隙，内磁极与所述肚端之间形成较小的楔形间隙，当转轴带动内磁极高速转动时，内磁极带动大量气体从较大的楔形间隙流向较小的楔形间隙，并在在较小的楔形间隙前积聚，从而形成动压区；由于内磁极与所述肚端之间对称形成两个较小的楔形间隙，因而动压区有两个，且中心对称分布。通过上述技术方案所形成的两个中心对称分布的动压区，一方面可以对转轴提供足够的径向支撑力，另一方面可提升轴承的瞬态阻尼系数。

作为优选，当在外磁极的内周面上设有动压发生槽时，动压发生槽呈矩形排列，动压发生槽为连续或间隔设置的V型槽。

当在外磁极的内周面上设有动压发生槽时，动压发生槽呈矩形排列，动压发生槽为连续或间隔设置的V型槽。在外磁极的内周面上加设动压发生槽，一方面可以产生动压，从而对转轴提供足够的径向支撑力，另一方面，基于微细沟槽的流体力学特性，内、外磁极的间隙中充满润滑流体，进而可以充分润滑。

作为优选，所述轴承工装包括安装底座和上端盖，安装底座的上端面上设有第一安装槽，上端盖的下端面上设有第二安装槽，安装底架和上端盖通过螺栓紧固后，第一安装槽和第二安装槽配合形成一个沿轴向的安装孔，套接在外磁极外壁面上的径向球面滑动轴承卡接在所述安装孔内。

本发明中将轴承工装设计为分离式，轴承工装包括安装底座和上端盖，安装底座的上端面上设有第一安装槽，上端盖的下端面上设有第二安装槽，安装底架和上端盖通过螺栓紧固后，第一安装槽和第二安装槽配合形成一个沿轴向的安装孔；通过对螺栓进行打松或拧紧操作，可以对安装孔的孔径进行变化，从而便于轴承的安装操作。径向球面滑动轴承，包括轴套和与所述轴套的内壁面滚动连接的球面轴承，将径向球面滑动轴承套接在外磁极外壁面上，再将其卡接在所述安装孔内，一方面可以使外磁极与安装孔的内壁面分离设置，从而有效减少两者之间的碰撞摩擦，进而延长外磁极的使用寿命；另一方面，基于径向球面滑动轴承的运动特性，套接在其球面轴承内的外磁极可沿其径向做小角度摆动，从而扩大了本发明所述磁气混合动静压轴承的适用工况。

作为优选，供气孔设在上端盖的顶部，供气孔沿上端盖的厚度方向贯通所述上端盖和径向球面滑动轴承，所述供气孔沿外磁极的轴向对准外磁极中部。

供气孔设在上端盖的顶部，供气孔沿上端盖的厚度方向贯通所述上端盖和径向球面滑动轴承，所述供气孔沿外磁极的轴向对准外磁极中部。通过上述技术方案，外部气源所提供的静压气体主要对轴承中段进行支撑，可以保证轴承所受到的气体载荷分布均匀，防止因气体静压分布不均导致轴承发生侧倾。

作为优选，安装孔的内壁面上沿轴向设有用以定位法兰密封盘的定位凸台，轴承工装上远离所述定位凸台的一端安装有密封端盖，密封端盖和法兰密封盘的中心位置均设有与所述转轴相匹配的通孔。

定位凸台用以对法兰密封盘进行轴向定位，当法兰密封盘的轴向位置确定后，内、外磁极可以法兰密封盘为基准进行定位；密封端盖和法兰密封盘的中心位置均设有与所述转轴相匹配的通孔，所述通孔用以转轴的安装。

一种磁气混合动静压轴承的安装方法，包括以下步骤：

（1）将用于紧固连接安装底座和上端盖的螺栓拧松，使得上端盖和安装底座的接触面稍稍分离，同时将安装孔的直径稍稍扩大，以便于进行工件的安装；

（2）将法兰密封盘装入安装孔内，利用定位凸台对法兰密封盘进行轴向定位，定位后的法兰密封盘与定位凸台的接触面靠近轴承工装上用以安装密封端盖的端面；

（3）将径向球面滑动轴承装入安装孔内，保证当螺栓拧紧后，径向球面滑动轴承的轴套卡接在安装孔内，且径向球面滑动轴承上的进气孔与上端盖上的供气孔对齐；

（4）为防止沿径向球面滑动轴承的轴向发生漏气现象，在径向球面滑动轴承的轴套与球面轴承之间加装密封填料；

（5）将外磁极沿轴向装入径向球面滑动轴承内，外磁极的一端与法兰密封盘上的第一安装凸台相抵接，此过程中需保证径向球面滑动轴承上的进气孔对准外磁极周面上轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；

（6）在步骤（5）中，当通过在外磁极的内周面上加设动压发生槽的方式提供动压时，将外磁极直接装入径向球面滑动轴承内即可；当通过将外磁极内周面的横截面加工为橄榄状的方式提供动压时，先将两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接为外磁极，最后将加工完成的外磁极装入径向球面滑动轴承内；

（7）将螺栓拧紧，保证上端盖与安装底座的接触面对齐，为保证密封性良好，可以在二者的接触面上加装垫片，此过程中需保证外磁极的轴线与法兰密封盘上通孔的轴线共线；

（8）通过螺柱将密封端盖安装在轴承工装上远离所述定位凸台的一端，密封端盖上的第二安装凸台与外磁极的另一端相抵接，此过程中一方面需保证气密性良好，另一方面需保证密封端盖上通孔的轴线与外磁极的轴线共线；

（9）将套设于转轴上的内磁极沿法兰密封盘上的通孔装入外磁极内，基于同极相斥原理，内磁极与外磁极间不发生任何接触，转轴上沿其周向设置的轴肩与法兰密封盘配合实现对内磁极的轴向定位；

（10）将转轴的两端分别与输入、输出装置连接。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）综合了磁性轴承、静压气体轴承和动压气体轴承三种轴承的优点，具有优良的稳态、瞬态性能，对供气量及气体质量的要求较低，且可适用于大载荷工况；（2）套接在球面轴承内的外磁极可沿其径向做小角度摆动，从而扩大了本发明所述磁气混合动静压轴承的适用范围；（3）内、外磁极的相对运动为非接触式，两者之间不会发生碰撞摩擦，从而可以延长轴承的使用寿命。

附图说明

图1是本发明中整体的第一个结构示意图。

图2是本发明中整体的第二个结构示意图。

图3是本发明中整体的第三个结构示意图。

图4是本发明中外磁极的一个结构示意图。

图5是本发明中利用图4中外磁极组成的磁气混合动静压轴承的结构示意图。

图6是本发明中安装底座的结构示意图。

图7是本发明中上端盖的结构示意图。

图8是本发明中法兰密封盘的结构示意图。

图9是本发明中密封端盖的结构示意图。

图10是利用图4中外磁极结构的轴承结构示意图。

图11是本发明中设有动压发生槽的外磁极的结构示意图。

图12是本发明中安装底座与上端盖固定连接时的结构示意图。

图中：1、转轴，1a、轴肩，2、内磁极，3、外磁极，4、节流孔，4a、大端，4b、小端，5、轴承工装，6、轴向节流槽，7、周向节流槽，8、销钉，9、动压发生槽，10、安装底座，Ⅰ、本体，Ⅱ、耳板，10a、第一安装槽，11、上端盖，Ⅲ、盖体，Ⅳ、安装板，11a、第二安装槽，12、安装孔，13、供气孔，14、径向球面滑动轴承，141、轴套，142、球面轴承，14a、进气孔，15、定位凸台，16、法兰密封盘，16a、第一通孔，16b、第一安装凸台，17、密封端盖，17a、第二通孔，17b、第二安装凸台，18、螺栓，19、密封填料，20、螺柱，21、排气孔，22、螺柱安装孔，23、密封圈，24、法兰板；

R—内磁极半径

C—内磁极与外磁极间的径向间隙

d—切割掉的外磁极厚度

O—内磁极的圆心

O ₁ —下切割半圆的圆心

O ₂ —上切割半圆的圆心。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 ” 纵向 ”、“横向 ”、“上“、“下”、“ 前 ”、“后“、“左”、“ 右 ”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图12所示，一种磁气混合动静压轴承，用于安装于转轴1上，包括套设于转轴上的内磁极2，内磁极通过斥力间隙设置在外磁极3内，外磁极的外周面上设有沿其径向贯通的节流孔4，外磁极内周面的横截面呈橄榄状，或在外磁极的内周面上设有动压发生槽9，外磁极与轴承工装5配合连接，轴承工装上设有一端与所述节流孔相连的供气孔13，供气孔的另一端连接有外部气源；所述节流孔沿外磁极外壁面的周向均匀分布，节流孔包括大端4a和小端4b，小端对准内磁极的外周面，大端端口与外磁极的外周面平齐；沿外磁极轴向，同列节流孔的大端贯通连接为轴向节流槽6；沿外磁极周向，同排节流孔的大端贯通连接为周向节流槽7，供气孔对准轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；当外磁极内周面的横截面呈橄榄状时，外磁极由两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉8对接拼接而成；当在外磁极的内周面上设有动压发生槽时，动压发生槽呈矩形排列，动压发生槽为连续或间隔设置的V型槽；所述轴承工装包括安装底座10和上端盖11，安装底座的上端面上设有第一安装槽10a，上端盖的下端面上设有第二安装槽11a，安装底架和上端盖通过螺栓紧固后，第一安装槽和第二安装槽配合形成一个沿轴向的安装孔12，套接在外磁极外壁面上的径向球面滑动轴承14卡接在所述安装孔内；供气孔设在上端盖的顶部，供气孔沿上端盖的厚度方向贯通所述上端盖和径向球面滑动轴承，所述供气孔沿外磁极的轴向对准外磁极中部；安装孔的内壁面上沿轴向设有用以定位法兰密封盘16的定位凸台15，轴承工装上远离所述定位凸台的一端安装有密封端盖17，密封端盖和法兰密封盘的中心位置均设有与所述转轴相匹配的通孔。

本发明还介绍了一种磁气混合动静压轴承的安装方法，包括以下步骤：

（1）将用于紧固连接安装底座和上端盖的螺栓18拧松，使得上端盖和安装底座的接触面稍稍分离，同时将安装孔的直径稍稍扩大，以便于进行工件的安装；

（2）将法兰密封盘装入安装孔内，利用定位凸台对法兰密封盘进行轴向定位，定位后的法兰密封盘与定位凸台的接触面靠近轴承工装上用以安装密封端盖的端面；

（3）将径向球面滑动轴承装入安装孔内，保证当螺栓拧紧后，径向球面滑动轴承的轴套141卡接在安装孔内，且径向球面滑动轴承上的进气孔14a与上端盖上的供气孔对齐；

（4）为防止沿径向球面滑动轴承的轴向发生漏气现象，在径向球面滑动轴承的轴套与球面轴承142之间加装密封填料19；

（5）将外磁极沿轴向装入径向球面滑动轴承内，外磁极的一端与法兰密封盘上的第一安装凸台16b相抵接，此过程中需保证径向球面滑动轴承上的进气孔对准外磁极周面上轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；

（6）在步骤（5）中，当通过在外磁极的内周面上加设动压发生槽的方式提供动压时，将外磁极直接装入径向球面滑动轴承内即可；当通过将外磁极内周面的横截面加工为橄榄状的方式提供动压时，先将两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接为外磁极，最后将加工完成的外磁极装入径向球面滑动轴承内；

（7）将螺栓拧紧，保证上端盖与安装底座的接触面对齐，为保证密封性良好，可以在二者的接触面上加装垫片，此过程中需保证外磁极的轴线与法兰密封盘上通孔的轴线共线；

（8）通过螺柱20将密封端盖安装在轴承工装上远离所述定位凸台的一端，密封端盖上的第二安装凸台17b与外磁极的另一端相抵接，此过程中一方面需保证气密性良好，另一方面需保证密封端盖上通孔的轴线与外磁极的轴线共线；

（9）将套设于转轴上的内磁极沿法兰密封盘上的通孔装入外磁极内，基于同极相斥原理，内磁极与外磁极间不发生任何接触，转轴上沿其周向设置的轴肩1a与法兰密封盘配合实现对内磁极的轴向定位；

（10）将转轴的两端分别与输入、输出装置连接。

实施例1：

本实施例中的外磁极采用切割后再拼接的方式加工而成。

外环为外磁极，内环为内磁极，为便于观察，图中将d和C夸大了，本实施例中实际切割掉的外磁极厚度d=0.1mm。其中，圆心为O ₁ 的半圆位于第一、二象限的部分被切割，圆心为O ₂ 的半圆位于第三、四象限的部分被切割；将切割后两个半圆余留的部分对接拼接起来就形成了本发明需要的橄榄状结构。橄榄状的外磁极内周面包括尖端和肚端，相较于正圆形的外磁极内周面，内磁极与所述尖端之间形成较大的楔形间隙，内磁极与所述肚端之间形成较小的楔形间隙，当转轴带动内磁极高速转动时，内磁极带动大量气体从较大的楔形间隙流向较小的楔形间隙，并在在较小的楔形间隙前积聚，从而形成动压区；由于内磁极与所述肚端之间对称形成两个较小的楔形间隙，因而动压区有两个，且中心对称分布。通过上述技术方案所形成的两个中心对称分布的动压区，一方面可以对转轴提供足够的径向支撑力，另一方面可提升轴承的瞬态阻尼系数。

外磁极由两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，通过销钉再拼接而成。外磁极的周面上均匀分布有若干节流孔，本实施中，节流孔的轴向排布为4个，间隔一致；节流孔的周向排布为8个，两两间隔均为45°。节流孔包括大端和小端，小端对准内磁极的外周面，大端端口与外磁极的外周面平齐；沿外磁极轴向，同列节流孔的大端贯通连接为轴向节流槽；沿外磁极周向，同排节流孔的大端贯通连接为周向节流槽。半个外磁极的平面端上对称地设有两个销钉孔，销钉孔的位置、孔深均不与轴向节流槽和周向节流槽发生干涉；两个销钉分别与所述两个销钉孔配合，将两个由半圆柱切割得来的外磁极对接拼接为一个完整的外磁极。

内磁极设在外磁极内，基于同性磁极相斥原理，内、外磁极的相对运动为非接触式，两者之间不会发生碰撞摩擦，从而可以延长轴承的使用寿命。

安装底座包括本体Ⅰ和对称地安设在本体两端的耳板Ⅱ， 两个耳板上均设有用于与其他安装面固定连接的安装孔；本体的中部沿其厚度方向设有贯通的第一安装槽，第一安装槽的横截面为半圆状，其半径与径向球面滑动轴承的轴套外径一致；第一安装槽的内壁面上沿其周向设有一半的定位凸台；第一安装槽远离所述定位凸台一端的端面上设有螺柱安装孔；本体的两侧均设有一个螺栓安装孔，所述两个螺栓安装孔沿本体纵向对称。

上端盖包括盖体Ⅲ和对称设置在盖体两侧的两个安装板Ⅳ，两个安装板上均设有一个沿其厚度方向贯通的螺栓安装孔，安装板上的螺栓安装孔与本体两侧的螺栓安装孔通过螺栓连接，可将安装底座与上端盖固定连接起来。盖体中部沿其轴向设有贯通的第二安装槽，第二安装槽的横截面为半圆状，其半径与径向球面滑动轴承的轴套外径一致；第二安装槽的内壁面上沿其周向设有一半的定位凸台；第二安装槽远离所述定位凸台一端的端面上设有螺柱安装孔；供气孔设在上端盖的顶部，供气孔沿上端盖的厚度方向贯通所述上端盖和径向球面滑动轴承，所述供气孔沿外磁极的轴向对准外磁极中部，供气孔的另一端可连接外部气源。

当安装底座与上端盖通过螺栓固定连接为一体时，第一安装槽和第二安装槽配合形成一个沿轴向的安装孔，其中，螺柱安装孔以安装孔的轴线为中心均匀分布，第一安装槽和第二安装槽内壁面上两个一半的定位凸台，配合形成一个完整的定位凸台。

如图8所示，法兰密封盘的中心位置设有第一通孔16a，第一通孔的外周上均匀分布有若干沿法兰密封盘厚度方向贯通的排气孔21。本实施例中，沿法兰密封盘的径向，排气孔包括内外两排；沿法兰密封盘的周向，每排排气孔的数目为8个，且两两排气孔之间的间隔均为45°。法兰密封盘还包括第一安装凸台，在装配过程中，第一安装凸台设在安装孔内并与安装孔的内壁面抵接。

密封端盖的中心位置设有第二通孔17a，第二通孔的外周上均匀分布有若干沿密封端盖厚度方向贯通的螺柱安装孔。本实施例中，沿密封端盖的周向，螺柱安装孔的数目为4个，且两两螺柱安装孔之间的间隔均为90°。密封端盖还包括第二安装凸台，在装配过程中，第二装凸台设在安装孔内并与安装孔的内壁面抵接。

本实施例中磁气混合动静压轴承的安装方法：

（1）将用于紧固连接安装底座和上端盖的螺栓拧松，使得上端盖和安装底座的接触面稍稍分离，同时将安装孔的直径稍稍扩大，以便于进行工件的安装；

（2）将法兰密封盘装入安装孔内，利用定位凸台对法兰密封盘进行轴向定位，定位后的法兰密封盘与定位凸台的接触面靠近轴承工装上用以安装密封端盖的端面；

（3）将径向球面滑动轴承装入安装孔内，保证当螺栓拧紧后，径向球面滑动轴承的轴套卡接在安装孔内，且径向球面滑动轴承上的进气孔与上端盖上的供气孔对齐；

（4）为防止沿径向球面滑动轴承的轴向发生漏气现象，在径向球面滑动轴承的轴套与球面轴承之间加装密封填料；

（5）先将两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接为外磁极，最后将加工完成的外磁极装入径向球面滑动轴承内；

（6）将外磁极沿轴向装入径向球面滑动轴承内，外磁极的一端与法兰密封盘上的第一安装凸台相抵接，此过程中需保证径向球面滑动轴承上的进气孔对准外磁极周面上轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；

（7）将螺栓拧紧，保证上端盖与安装底座的接触面对齐，为保证密封性良好，可以在二者的接触面上加装垫片，此过程中需保证外磁极的轴线与法兰密封盘上通孔的轴线共线；

（8）通过螺柱将密封端盖安装在轴承工装上远离所述定位凸台的一端，密封端盖上的第二安装凸台与外磁极的另一端相抵接，此过程中一方面需保证气密性良好，另一方面需保证密封端盖上通孔的轴线与外磁极的轴线共线；

（9）将套设于转轴上的内磁极沿法兰密封盘上的通孔装入外磁极内，基于同极相斥原理，内磁极与外磁极间不发生任何接触，转轴上沿其周向设置的轴肩与法兰密封盘配合实现对内磁极的轴向定位。

实施例2：

实施例2的结构与实施例1的结构基本相同，不同点在于：

外磁极的内周面上设有动压发生槽时，动压发生槽呈矩形排列，动压发生槽为连续或间隔设置的V型槽，本实施例中的动压发生槽为连续的V型槽。在外磁极的内周面上加设动压发生槽，一方面可以产生动压，从而对转轴提供足够的径向支撑力，另一方面，基于微细沟槽的流体力学特性，内、外磁极的间隙中充满润滑流体，进而可以充分润滑。

本实施例中磁气混合动静压轴承的安装方法：

（1）将用于紧固连接安装底座和上端盖的螺栓拧松，使得上端盖和安装底座的接触面稍稍分离，同时将安装孔的直径稍稍扩大，以便于进行工件的安装；

（2）将法兰密封盘装入安装孔内，利用定位凸台对法兰密封盘进行轴向定位，定位后的法兰密封盘与定位凸台的接触面靠近轴承工装上用以安装密封端盖的端面；

（3）将径向球面滑动轴承装入安装孔内，保证当螺栓拧紧后，径向球面滑动轴承的轴套卡接在安装孔内，且径向球面滑动轴承上的进气孔与上端盖上的供气孔对齐；

（4）为防止沿径向球面滑动轴承的轴向发生漏气现象，在径向球面滑动轴承的轴套与球面轴承之间加装密封填料；

（5）在外磁极的内周面上加设动压发生槽，动压发生槽呈矩形排列，动压发生槽为连续或设置的V型槽；

（6）将外磁极沿轴向装入径向球面滑动轴承内，外磁极的一端与法兰密封盘上的第一安装凸台相抵接，此过程中需保证径向球面滑动轴承上的进气孔对准外磁极周面上轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；

（7）将螺栓拧紧，保证上端盖与安装底座的接触面对齐，为保证密封性良好，可以在二者的接触面上加装垫片，此过程中需保证外磁极的轴线与法兰密封盘上通孔的轴线共线；

（8）通过螺柱将密封端盖安装在轴承工装上远离所述定位凸台的一端，密封端盖上的第二安装凸台与外磁极的另一端相抵接，此过程中一方面需保证气密性良好，另一方面需保证密封端盖上通孔的轴线与外磁极的轴线共线；

（9）将套设于转轴上的内磁极沿法兰密封盘上的通孔装入外磁极内，基于同极相斥原理，内磁极与外磁极间不发生任何接触，转轴上沿其周向设置的轴肩与法兰密封盘配合实现对内磁极的轴向定位。

Claims (5)

1.一种磁气混合动静压轴承，用于安装于转轴上，其特征在于，包括套设于转轴上的内磁极，内磁极通过斥力间隙设置在外磁极内，外磁极的外周面上设有沿其径向贯通的节流孔，外磁极内周面的横截面呈橄榄状，或在外磁极的内周面上设有动压发生槽，外磁极与轴承工装配合连接，轴承工装上设有一端与所述节流孔相连的供气孔，供气孔的另一端连接有外部气源；

所述节流孔沿外磁极外壁面的周向均匀分布，节流孔包括大端和小端，小端对准内磁极的外周面，大端端口与外磁极的外周面平齐；

沿外磁极轴向，同列节流孔的大端贯通连接为轴向节流槽；沿外磁极周向，同排节流孔的大端贯通连接为周向节流槽，供气孔对准轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；

所述轴承工装包括安装底座和上端盖，安装底座的上端面上设有第一安装槽，上端盖的下端面上设有第二安装槽，安装底架和上端盖通过螺栓紧固后，第一安装槽和第二安装槽配合形成一个沿轴向的安装孔，套接在外磁极外壁面上的径向球面滑动轴承卡接在所述安装孔内；

供气孔设在上端盖的顶部，供气孔沿上端盖的厚度方向贯通所述上端盖和径向球面滑动轴承，所述供气孔沿外磁极的轴向对准外磁极中部。

2.根据权利要求1所述的一种磁气混合动静压轴承，其特征在于，当外磁极内周面的横截面呈橄榄状，外磁极由两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接而成。

3.根据权利要求1所述的一种磁气混合动静压轴承，其特征在于，当在外磁极的内周面上设有动压发生槽时，动压发生槽呈矩形排列，动压发生槽为连续或间隔设置的V型槽。

4.根据权利要求1所述的一种磁气混合动静压轴承，其特征在于，安装孔的内壁面上沿轴向设有用以定位法兰密封盘的定位凸台，轴承工装上远离所述定位凸台的一端安装有密封端盖，密封端盖和法兰密封盘的中心位置均设有与所述转轴相匹配的通孔。

5.一种利用权利要求4所述的磁气混合动静压轴承的安装方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）将用于紧固连接安装底座和上端盖的螺栓拧松，使得上端盖和安装底座的接触面稍稍分离，同时将安装孔的直径稍稍扩大，以便于进行工件的安装；

（2）将法兰密封盘装入安装孔内，利用定位凸台对法兰密封盘进行轴向定位，定位后的法兰密封盘与定位凸台的接触面靠近轴承工装上用以安装密封端盖的端面；

（3）将径向球面滑动轴承装入安装孔内，保证当螺栓拧紧后，径向球面滑动轴承的轴套卡接在安装孔内，且径向球面滑动轴承上的进气孔与上端盖上的供气孔对齐；

（4）为防止沿径向球面滑动轴承的轴向发生漏气现象，在径向球面滑动轴承的轴套与球面轴承之间加装密封填料；

（5）将外磁极沿轴向装入径向球面滑动轴承内，外磁极的一端与法兰密封盘上的第一安装凸台相抵接，此过程中需保证径向球面滑动轴承上的进气孔对准外磁极周面上轴向节流槽与周向节流槽的交叉位置；

（6）在步骤（5）中，当通过在外磁极的内周面上加设动压发生槽的方式提供动压时，将外磁极直接装入径向球面滑动轴承内即可；当通过将外磁极内周面的横截面加工为橄榄状的方式提供动压时，先将两个形状、大小相同的半圆柱沿径向切割相同厚度后，再通过销钉对接拼接为外磁极，最后将加工完成的外磁极装入径向球面滑动轴承内；

（7）将螺栓拧紧，保证上端盖与安装底座的接触面对齐，为保证密封性良好，在二者的接触面上加装垫片，此过程中需保证外磁极的轴线与法兰密封盘上通孔的轴线共线；

（8）通过螺柱将密封端盖安装在轴承工装上远离所述定位凸台的一端，密封端盖上的第二安装凸台与外磁极的另一端相抵接，此过程中一方面需保证气密性良好，另一方面需保证密封端盖上通孔的轴线与外磁极的轴线共线；

（9）将套设于转轴上的内磁极沿法兰密封盘上的通孔装入外磁极内，基于同极相斥原理，内磁极与外磁极间不发生任何接触，转轴上沿其周向设置的轴肩与法兰密封盘配合实现对内磁极的轴向定位；

（10）将转轴的两端分别与输入、输出装置连接。