CN209671425U - 一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置 - Google Patents

Abstract

一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，属于机械通用技术领域，结构上由轴向气磁轴承装置、径向气磁轴承装置、主轴、挡块以及配重块组成，结构新颖，两个径向轴承主要负责主轴的径向支撑，通电使铁芯中产生磁力，通过磁感应线与磁浮线成垂直，轴心与磁浮线平行，气泵分别对各个供气管的气压进行控制，气体经供气管道到气浮衬套的气槽直接作用于主轴，对主轴的悬浮位置进行微调；两个轴向悬浮混合轴承则负责抵消主轴受到的轴向力，支架上的铁芯、线圈通电产生的磁力，和气体通过轴向轴承支架内的气体通道，经石墨衬套对轴向推力盘同时施加作用力，用来控制主轴的轴向位置并抵消外力对主轴产生的负载，进一步提升了主轴的工作位置精度。

Description

一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置

技术领域

本实用新型属于机械通用技术领域，涉及一种气磁混合轴承装置，特别是涉及一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置。

背景技术

目前，轴承行业是制造业的基础行业，也是国家重大装备和精密装备制造业配套的重要组成部分。气磁悬浮技术在轴承领域有了巨大的发展，占有极其重要的市场份额上。普遍的高速轴承的优点是：精度高、表面粗糙度小、间隙小以及体积小；其不足是：高速轴承负荷大时工作温度高、故障率高、寿命短且功耗大；而相应气磁悬浮轴承因其噪音小，环保，转速高和摩擦小等一系列的特点具有很大的发展前景和经济价值，利用线圈通电产生磁场，主轴自动悬浮从实现平稳无摩擦运行，无需润滑就可以达到几十万转的速度。其中部分磁悬浮轴承装置虽然可以解决传统电机的部分问题，但由于结构复杂，导致体积过大，产生的磁通量过大或不足，导致主轴不能处于合理的空间位置，易产生摩擦，运行不稳。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有磁悬浮轴承装置由于结构复杂，导致体积过大，产生的磁通量过大或不足，导致主轴不能处于合理的空间位置，易产生摩擦，运行不稳等不足，提出一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，通过径向气磁轴承机构使主轴快速稳定的悬浮，轴向气磁轴承机构则抵消主轴的轴向所受负载，可使主轴间隙处在规定的范围，进一步提升主轴的工作位置精度。

本实用新型的技术方案：一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，包括主轴，其特征在于：所述气磁混合轴承装置由轴向气磁轴承机构、径向气磁轴承机构、配重块和推力盘组成；所述配重块设置在所述主轴的一端，并通过挡块进行轴向固定，所述推力盘设置在主轴的另一端，所述轴向气磁轴承机构设置在所述推力盘的两侧，所述径向气磁轴承机构设置在所述主轴的中部，所述轴向气磁轴承机构由轴向铁芯、轴向线圈、石墨衬套和轴向轴承支架构成，所述石墨衬套设置在每个所述轴向铁芯的内部，所述轴向线圈缠绕设置在每个轴向铁芯的径向外端，所述推力盘同一侧的每个轴向铁芯的外侧面均与所述轴向轴承支架固定连接，所述轴向轴承支架与轴向铁芯外侧面间设有气腔，所述轴向轴承支架上设置轴向气孔，所述轴向气孔与气腔、石墨衬套相连通，所述轴向铁芯与推力盘侧面设有间隙，所述轴向铁芯与主轴的外表面形成悬浮连接；所述径向气磁轴承机构由径向铁芯、径向线圈、供气管、径向轴承支架和气浮衬套构成；所述径向铁芯内部为中空结构，径向铁芯套置在所述主轴上，所述径向线圈缠绕设置在径向铁芯的轴向端部，所述供气管设置在所述径向铁芯的外侧，所述径向轴承支架设置在所述径向铁芯的内部，所述气浮衬套设置在所述径向轴承支架与主轴之间，所述气浮衬套内壁设有环形气槽，所述供气管与径向轴承支架、气浮衬套、环形气槽连通；所述径向气磁轴承机构和轴向气磁轴承机构均通过机盖上的封闭环进行轴向定位连接。

所述轴向气磁轴承机构由4个轴向铁芯均布设置在主轴外侧，每个轴向铁芯上设置2个轴向线圈。

所述径向气磁轴承机构由两组构成，两组径向气磁轴承机构之间存在间隙，每组径向气磁轴承机构上均布设置8个径向线圈。

所述供气管的数量为4个，均布设置在径向气磁轴承机构的外侧。

所述轴向轴承支架中部设有圆孔，圆孔与主轴形成间隙配合，轴向轴承支架内侧的气腔与轴向铁芯之间，气腔与轴向轴承支架之间均为密封连接。

所述径向轴承支架和气浮衬套设置在轴向方向的两个径向线圈之间，径向轴承支架的长度与气浮衬套的长度相同。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提出的一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，结构上由轴向气磁轴承装置、径向气磁轴承装置、主轴、挡块以及配重块组成，结构新颖，两个径向轴承主要负责主轴的径向支撑，通过铁芯和线圈来调节磁场力大小，使主轴悬浮在相应位置，通电使铁芯中产生磁力，通过磁感应线与磁浮线成垂直，轴心与磁浮线平行，主轴就悬空固定在相应位置；气泵分别对各个供气管的气压进行控制，气体经供气管道到气浮衬套的气槽直接作用于主轴，对主轴的悬浮位置进行微调；两个轴向悬浮混合轴承则负责抵消主轴受到的轴向力，支架上的铁芯、线圈通电产生的磁力，和气体通过轴向轴承支架内的气体通道，经石墨衬套对轴向推力盘同时施加作用力，用来控制主轴的轴向位置并抵消外力对主轴产生的负载，进一步提升了主轴的工作位置精度。

附图说明

图1 是本实用新型的整体结构示意图。

图2 是图1中A-A方向的剖视结构示意图。

图3 是图1中B-B方向径向气磁轴承机构的剖视图。

图4 是图3中D-D方向径向气磁轴承机构的剖视图。

图5 是图1中C-C方向轴向气磁轴承机构的剖视图。

图6 是图5中E-E方向轴向气磁轴承机构的剖视图。

图中：轴向轴承支架1、推力盘2、轴向气磁轴承机构3、径向线圈4、供气管5、主轴6、径向气磁轴承机构7、挡块8、配重块9、径向轴承支架10、气浮衬套11、轴向线圈12、石墨衬套13、径向铁芯14、环形气槽15、轴向铁芯16。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-6所示，一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，包括主轴6，气磁混合轴承装置由轴向气磁轴承机构3、径向气磁轴承机构7、配重块9和推力盘2组成；配重块9设置在主轴6的一端，并通过挡块8进行轴向固定，推力盘2设置在主轴6的另一端，轴向气磁轴承机构3设置在推力盘2的两侧，径向气磁轴承机构7设置在主轴6的中部，轴向气磁轴承机构3由轴向铁芯16、轴向线圈12、石墨衬套13和轴向轴承支架1构成，石墨衬套13设置在每个轴向铁芯16的内部，轴向线圈12缠绕设置在每个轴向铁芯16的径向外端，推力盘2同一侧的每个轴向铁芯16的外侧面均与轴向轴承支架1固定连接，轴向轴承支架1与轴向铁芯16外侧面间设有气腔，轴向轴承支架1上设置轴向气孔，轴向气孔与气腔、石墨衬套13相连通，轴向铁芯16与推力盘2侧面设有间隙，轴向铁芯16与主轴6的外表面形成悬浮连接；径向气磁轴承机构7由径向铁芯14、径向线圈4、供气管5、径向轴承支架10和气浮衬套11构成；径向铁芯14内部为中空结构，径向铁芯14套置在主轴6上，径向线圈4缠绕设置在径向铁芯14的轴向端部，供气管5设置在径向铁芯14的外侧，径向轴承支架10设置在径向铁芯14的内部，气浮衬套11设置在径向轴承支架10与主轴6之间，气浮衬套11内壁设有环形气槽15，供气管5与径向轴承支架10、气浮衬套11、环形气槽15连通；径向气磁轴承机构7和轴向气磁轴承机构3均通过机盖上的封闭环进行轴向定位连接。

如图1-6所示，一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，轴向气磁轴承机构3由4个轴向铁芯16均布设置在主轴6外侧，每个轴向铁芯16上设置2个轴向线圈12；径向气磁轴承机构7由两组构成，两组径向气磁轴承机构7之间存在间隙，每组径向气磁轴承机构7上均布设置8个径向线圈4；供气管5的数量为4个，均布设置在径向气磁轴承机构7的外侧；轴向轴承支架1中部设有圆孔，圆孔与主轴6形成间隙配合，轴向轴承支架1内侧的气腔与轴向铁芯16之间，气腔与轴向轴承支架1之间均为密封连接；径向轴承支架10和气浮衬套11设置在轴向方向的两个径向线圈4之间，径向轴承支架10的长度与气浮衬套11的长度相同。

如图1-6所示，一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置的工作原理如下：

(1)两个径向轴承主要负责主轴的径向支撑，磁悬浮通过铁芯和线圈来调节磁场力大小，使主轴悬浮在相应参考位置，根据相应的电信号来控制气悬浮作用主轴悬浮于精确的参考位置。具体方式是通电使铁芯中产生磁力，通过磁感应线与磁浮线成垂直，轴心与磁浮线平行，主轴就悬空固定在参考位置；气泵分别对各个供气管的气压进行控制，气体经供气管道到气浮衬套的气槽直接作用于主轴，气路贯穿磁路环，对主轴的悬浮参考位置进行微调。

(2)两个轴向悬浮混合轴承则负责抵消主轴受到的轴向力，磁悬浮力与气悬浮力同时作用于主轴的推力盘上，从而控制轴的轴向移动。具体方式是支架上的铁芯、线圈通电产生的磁力，和气体通过轴向轴承支架内的气体通道，经石墨衬套对轴向推力盘同时施加作用力，用来控制主轴的轴向位置并抵消外力对主轴产生的负载。

(3)径向的悬浮是通过铁芯上两个安装在端角处的线圈，通过调节线圈的电流来控制主轴的径向位置。若主轴上侧的位移过大，改变线圈的电流方向，从而改变线圈绕组产生的电磁磁通。当线圈的电磁磁通方向与铁芯产生的磁通方向相同时，总磁通量增加，磁拉力增大，主轴上移，上侧间隙减小；若使线圈的磁通方向与铁芯的磁通方向相反，则总磁通量减少，对主轴的作用减弱，间隙增大。之后再通过气悬浮调整主轴的位置，通过气泵分别调整供气管气压使气体输送到轴承的内圈，气浮衬套的内壁有一道环形气槽，通过环形气槽控制气压对主轴进行微调，两个气磁混合轴承相互配合来保证主轴处在所要求的径向工作面上。

(3)轴向悬浮是由线圈围绕在铁芯的两个端角，其固定在通气支架上并在通气支架出气口有一层石墨衬套，主轴两侧的轴向气磁混合装置相互配合来控制主轴在水平方向的位置。当左右位移发生变化时改变四个铁芯的线圈的电流，调节主轴水平方向的左右磁拉力，并通过气悬浮的通气孔，加入分别控制的不同气压的气体，通过支架的气体通道，在石墨衬套的作用下产生中部集中的气压作用于轴向推力盘，进而保持主轴轴向间隙控制在合理范围之内并且可以抵消外负载施加在主轴上的轴向力。

Claims (6)

1.一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，包括主轴(6)，其特征在于：所述气磁混合轴承装置由轴向气磁轴承机构(3)、径向气磁轴承机构(7)、配重块(9)和推力盘(2)组成；所述配重块(9)设置在所述主轴(6)的一端，并通过挡块(8)进行轴向固定，所述推力盘(2)设置在主轴(6)的另一端，所述轴向气磁轴承机构(3)设置在所述推力盘(2)的两侧，所述径向气磁轴承机构(7)设置在所述主轴(6)的中部，所述轴向气磁轴承机构(3)由轴向铁芯(16)、轴向线圈(12)、石墨衬套(13)和轴向轴承支架(1)构成，所述石墨衬套(13)设置在每个所述轴向铁芯(16)的内部，所述轴向线圈(12)缠绕设置在每个轴向铁芯(16)的径向外端，所述推力盘(2)同一侧的每个轴向铁芯(16)的外侧面均与所述轴向轴承支架(1)固定连接，所述轴向轴承支架(1)与轴向铁芯(16)外侧面间设有气腔，所述轴向轴承支架(1)上设置轴向气孔，所述轴向气孔与气腔、石墨衬套(13)相连通，所述轴向铁芯(16)与推力盘(2)侧面设有间隙，所述轴向铁芯(16)与主轴(6)的外表面形成悬浮连接；所述径向气磁轴承机构(7)由径向铁芯(14)、径向线圈(4)、供气管(5)、径向轴承支架(10)和气浮衬套(11)构成；所述径向铁芯(14)内部为中空结构，径向铁芯(14)套置在所述主轴(6)上，所述径向线圈(4)缠绕设置在径向铁芯(14)的轴向端部，所述供气管(5)设置在所述径向铁芯(14)的外侧，所述径向轴承支架(10)设置在所述径向铁芯(14)的内部，所述气浮衬套(11)设置在所述径向轴承支架(10)与主轴(6)之间，所述气浮衬套(11)内壁设有环形气槽(15)，所述供气管(5)与径向轴承支架(10)、气浮衬套(11)、环形气槽(15)连通；所述径向气磁轴承机构(7)和轴向气磁轴承机构(3)均通过机盖上的封闭环进行轴向定位连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，其特征在于：所述轴向气磁轴承机构(3)由4个轴向铁芯(16)均布设置在主轴(6)外侧，每个轴向铁芯(16)上设置2个轴向线圈(12)。

3.根据权利要求1所述的一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，其特征在于：所述径向气磁轴承机构(7)由两组构成，两组径向气磁轴承机构(7)之间存在间隙，每组径向气磁轴承机构(7)上均布设置8个径向线圈(4)。

4.根据权利要求1所述的一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，其特征在于：所述供气管(5)的数量为4个，均布设置在径向气磁轴承机构(7)的外侧。

5.根据权利要求1所述的一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，其特征在于：所述轴向轴承支架(1)中部设有圆孔，圆孔与主轴(6)形成间隙配合，轴向轴承支架(1)内侧的气腔与轴向铁芯(16)之间，气腔与轴向轴承支架(1)之间均为密封连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于高速主轴稳定悬浮的气磁混合轴承装置，其特征在于：所述径向轴承支架(10)和气浮衬套(11)设置在轴向方向的两个径向线圈(4)之间，径向轴承支架(10)的长度与气浮衬套(11)的长度相同。