CN113048150A - 磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，包括定子部分和转子部分，所述定子部分包括轴承壳和与轴承壳相配置的内衬，在两者形成的壳内空腔内安设有外磁环；所述转子部分包括与轴套配合的芯轴，所述芯轴与轴套之间布设有内磁环。本发明提供的轴承在径向可产生足够大的磁力，产生轴向渐变式磁力可分担由于轴倾斜端产生的不均匀水膜力，防止水膜力过大处的水膜过薄产生干摩擦，适用于螺旋桨轴产生的偏载情况。

Description

磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承
技术领域
本发明属于滑动轴承技术领域，特别涉及一种面向轴倾斜的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承。
背景技术
水润滑径向轴承已经在船舶推进轴系中得到了大量的应用，不仅起到支撑轴系确保轴系在各种工况下正常工作的作用，并且还具有隔声、减振、降噪等功能。但除了承受艉轴和螺旋桨的自重量以外，水润滑径向轴承还受到因螺旋桨的不平衡引起的惯性力、船体变形所产生的附加力以及在不均匀流场中运转时所产生的多种不同性质的力和力矩的作用，此时轴颈在轴承孔中处于倾斜状态，艉轴承的润滑性能也发生了变化，轴倾斜导致了轴承在边缘处承受的载荷过大，轴承局部严重磨损和异常摩擦振动，严重影响船舶推进系统的使用寿命和形成异常噪声。
在磁轴承方面，也有了很多相关的研究，在国外Yonnet最早提出了永磁体磁轴承，并在一定假设基础上对其结构和算法方面进行了研究，这是现代永磁轴承的研究开端。Halbach阵列是一种磁体结构，是工程上的近似理想结构，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场。1979年，美国学者Klaus Halbach做电子加速实验时，发现了这种特殊的永磁铁结构，并逐步完善这种结构，最终形成了所谓的"Halbach"磁铁，由此可见，磁力的引入能够提高轴承径向的轴承承载力，还可以提高稳定性。
因此，有必要提出一种大承载能力和抵抗螺旋桨偏载的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种承载能力强和能抵抗螺旋桨偏载的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承。
本发明所采用的技术方案为：一种磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，包括定子部分和转子部分，所述定子部分包括轴承壳和与轴承壳相配置的内衬，在两者形成的壳内空腔内安设有外磁环；所述转子部分包括与轴套配合的芯轴，所述芯轴与轴套之间布设有内磁环。
按上述技术方案，外磁环为厚度渐变磁环沿轴向呈阶梯状布置而成，内磁环采用等厚或非等厚磁环沿轴向布置而成，当为非等厚结构时，其为渐变磁环沿轴向呈阶梯状布置。
按上述技术方案，所述外磁环和内磁环分别由多道磁环组成，每道磁环由若干扇形磁块拼接而成，相邻的扇形磁块之间固定连接。
按上述技术方案，磁环的充磁方式为Halbach阵列充磁，外磁环上部0~180°范围内的磁块充磁后与内磁环之间形成磁吸力，外磁环下部180~360°范围内的磁块充磁后与内磁环之间形成磁斥力，形成上吸和下斥的磁承载力布局。
按上述技术方案，轴承壳采用弱导磁性不锈钢材料，内有阶梯形非等深环槽，用于镶嵌外磁环，端面开设螺纹孔，用以固定连接内衬与轴承壳。
按上述技术方案，外磁环与轴承壳之间采用强力胶粘接工艺进行固定。
按上述技术方案，轴承内衬采用高分子材料，轴承内衬与外磁环的接触面分别涂防水密封胶粘接，并防止水与外磁环接触。
按上述技术方案，轴承内衬选用飞龙、赛龙或橡胶三者中的任意一种材料。
按上述技术方案，在芯轴上开等深或非等深环槽，芯轴材料选用弱导磁性不锈钢材料。
按上述技术方案，轴套材料可以为耐海水铜合金或不锈钢，轴套与芯轴之间采用过盈配合，并防止水与内磁环接触。
按上述技术方案，磁环较厚的一端靠近螺旋桨。
本发明所取得的有益效果为：
1、磁力与液膜力共同提供轴承承载力：
本发明通过提出磁液双浮轴承结构，将磁力与液膜力叠加的合力作为轴承承载力，与传统的水润滑轴承相比，磁力的引入能弥补水膜力不足的缺点，与传统的纯磁轴承相比，磁液复合轴承的刚度更大。
2、轴承产生上吸和下斥的磁力布局，能产生较大的磁承载力：
与传统的全斥力磁轴承相比，磁环产生上拉下吸磁力布局，不仅减去了上半轴承产生的与下半轴承支承斥力相互抵抗的斥力，又增加了同方向的吸力，使轴承承载力更大。
3、能很好地解决螺旋桨轴偏载情况存在的问题
渐变式磁块的布置能使磁环在轴向上产生非均匀的磁力，尤其是较厚的一段靠近螺旋桨端的磁环产生的磁力更大，分担由于轴倾斜端产生的不均匀水膜力，防止水膜力过大处的水膜过薄产生干摩擦的问题。
4、本发明应用于船舶螺旋桨轴产生的偏载情况，也可用于其它存在偏载的水润滑轴承或油润滑轴承领域。
附图说明
图1是本发明的轴承装配示意图
图2a和图2b是本发明的实施方式1的结构示意图
图3a和图3b是本发明的实施方式2的结构示意图
图4是本发明的非等厚磁环实施方式1的结构示意图
图5是本发明的非等厚磁环实施方式2的结构示意图
图6是单个磁环以及组成磁环的单个扇形磁块
图7是轴上磁环Halbach阵列排列方式
图8a和图8b是轴承上半、下半磁环Halbach阵列排列方式
图中：1、轴承壳；2、内衬；3、轴套；4、芯轴；5、外磁环；6、内磁环；7、螺钉孔；8、扇形磁块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本发明实施例1提供了一种磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其装配如图1所示，主要由定子部分和转子部分组成，所述定子部分包括轴承壳1和与轴承壳相配置的内衬2，在两者形成的壳内空腔内安设有外磁环5；所述转子部分包括与轴套3配合的芯轴4，所述芯轴与轴套之间布设有内磁环6。
轴承承载力由间隙处水膜力和内、外磁环产生的磁力共同承担。
本实施例中，所述的定子部分中的外磁环5采用的材料为稀土永磁材料构成，其由多道磁环组成，每道磁环由若干扇形磁块8用防水强力胶粘接而成，磁块拼接的磁环用防水强力胶粘接在轴承壳1内，轴承内衬2与轴承壳1采用螺钉连接固定。轴承壳1采用弱导磁性不锈钢材料，内有阶梯形非等深环槽，用于镶嵌外磁环5，端面开设螺纹孔7，用以固定连接内衬2与轴承壳1，外磁环5与轴承壳1之间采用强力胶粘接工艺。轴承内衬2采用高分子材料，例如飞龙、赛龙或橡胶等，轴承内衬2外层与外磁环5内层分别涂防水密封胶粘接，并防止水与外磁环5接触。
所述的转子部分中的内磁环6采用的材料为稀土永磁材料构成，其由多道磁环组成，每道磁环由若干扇形磁块8用防水强力胶粘接而成，磁块拼接的磁环用防水强力胶粘接在芯轴的周向槽内，外与轴套3采用过盈配合。
本实施例中，轴承壳1根据实际需求开非等深环槽，在芯轴4上开非等深环槽，芯轴材料选用弱导磁性不锈钢材料。轴套3材料可以为耐海水铜合金或不锈钢，轴套3与芯轴4之间采用过盈配合，并防止水与内磁环6接触。
所述的磁环间作用如图4和图5所示，内、外磁环轴向长度相等，单个磁环在轴向上的厚度相等，外环在径向上的厚度渐变式分布，内环在径向上的厚度采用等厚分布或采用渐变式分布。
所述的内磁环6充磁方式如图6所示，每道磁环轴向上的磁环充磁方向相同，形成磁力聚集在磁环外侧的Halbach阵列。
所述的外磁环5上半圆部分，即0-180°方向的充磁方式如图8a所示，该部分磁环与内磁环产生的磁力为磁吸力。
所述的外磁环5下半圆部分，即180-360°方向的充磁方式如图8b所示，该部分磁环与内磁环产生的磁力为磁斥力。
本实施例中的内外磁环均采用渐变式磁块分布，这种结构的轴承用于轴倾斜过大，水膜力梯度较大的场合，在靠近螺旋桨一端产生更大磁力。
本发明提供的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，使用时轴承磁块较厚的一端安装在靠近螺旋桨的一端。其工作过程如下：水由轴承的一端进入，芯轴4旋转，在内衬2与轴套3之间的楔形间隙起到润滑承载作用。在轴倾斜情况下，在间隙处产生非均匀的水膜力，靠近螺旋桨的一端水膜力更大，渐变式的Halbach阵列磁块同样产生非均匀的磁力，靠近螺旋桨的一端磁块更厚，产生的磁力更大，分担由于轴倾斜端产生的不均匀水膜力，防止水膜力过大处的水膜过薄产生干摩擦。
实施例2：
如图3a和图3b所示，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于芯轴4上开等深槽，内磁环6采用等厚分布式结构，外磁环采用渐变式磁块分布。这种形式的轴承用于轴倾斜较小，水膜力梯度较小的场合，产生匹配水膜力的分布式磁力。

Claims (10)

1.一种磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，包括定子部分和转子部分，所述定子部分包括轴承壳和与轴承壳相配置的内衬，在两者形成的壳内空腔内安设有外磁环；所述转子部分包括与轴套配合的芯轴，所述芯轴与轴套之间布设有内磁环。
2.根据权利要求1所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，外磁环为厚度渐变磁环沿轴向呈阶梯状布置而成，内磁环采用等厚或非等厚磁环沿轴向布置而成，当为非等厚结构时，其为渐变磁环沿轴向呈阶梯状布置。
3.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，所述外磁环和内磁环分别由多道磁环组成，每道磁环由若干扇形磁块拼接而成，相邻的扇形磁块之间固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，磁环的充磁方式为Halbach阵列充磁，外磁环上部0～180°范围内的磁块充磁后与内磁环之间形成磁吸力，外磁环下部180～360°范围内的磁块充磁后与内磁环之间形成磁斥力，形成上吸和下斥的磁承载力布局。
5.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，轴承壳采用弱导磁性不锈钢材料，内有阶梯形非等深环槽，用于镶嵌外磁环，端面开设螺纹孔，用以固定连接内衬与轴承壳。
6.根据权利要求5所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，外磁环与轴承壳之间采用强力胶粘接工艺进行固定。
7.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，轴承内衬采用高分子材料，轴承内衬与外磁环的接触面分别涂防水密封胶粘接。
8.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，轴承内衬选用飞龙、赛龙或橡胶三者中的任意一种材料。
9.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，在芯轴上开等深或非等深环槽，芯轴材料选用弱导磁性不锈钢材料，轴套材料可以为耐海水铜合金或不锈钢，轴套与芯轴之间采用过盈配合。
10.根据权利要求1或2所述的磁渐变和阵列布置的大承载磁液双浮径向轴承，其特征在于，磁环较厚的一端靠近螺旋桨。
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