CN101881300B - 一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承 - Google Patents
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Abstract
一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，包括有设在轴承底座内的电磁轴承，电磁轴承在轴向上设有左端盖与右端盖，左端盖和右端盖与转子轴颈之间嵌套有弹性箔片轴承，电磁轴承上设有磁极，磁极上设有线圈，左端盖与右端盖设在磁极根部的支口中，组成箔片轴承轴承座；箔片轴承轴承座上设置有槽，槽内插装顶层弹性箔片和底层弹性箔片，线圈通电，在磁极极靴和转子轴颈之间形成电磁场，极靴对转子轴颈产生吸引力；在低速时转子由电磁轴承支撑，当转速到一定值时顶层箔片和轴颈间的气膜产生动压力，在高速时可单独支撑转子；具有功耗低、精度高、承载力高、结构紧凑的特点。
Description
技术领域
本发明属于高速无油润滑支承设备技术领域，特别涉及一种镶嵌式的电磁一弹性箔片气体混合轴承。
背景技术
电磁轴承是通过控制系统利用电场力、磁场力使轴悬浮的无机械接触滑动轴承，其无需润滑和密封，可以完全消除磨损，降低功耗；同时，其具有可控性，可以对转子的位置进行主动控制，并且通过控制系统可以调整轴承的刚度和阻尼，具有很好的可设计性；另外，电磁轴承还具有寿命长、工作温度范围大(-253～+450℃)、自动平衡等优点。但是，由于材料的磁饱和性和电磁发热等原因，电磁轴承的承载能力有限，还必须增加辅助轴承来适应突发状况，结构复杂，尺寸、重量大，并且无法在起停过程中保证转子运行平稳。
弹性箔片气体轴承具有良好的自适应性，可以在高温、高速和高污染条件下长期运行，无需供油润滑，因此结构简单。但是弹性箔片气体轴承由于采用气体作为润滑介质，因此其在转子低速运转状态下承载能力比较低，并且阻尼和刚度也相对比较低；另外，在起动和停机阶段，由于轴颈和弹性箔片之间产生摩擦，因此磨损比较大，轴承上涂层容易剥落。
为弥补两者的不足，提出电磁-弹性箔片气体混合轴承的结构，其一方面可以提高对磁轴承系统的阻尼、刚度、承载力，另一方面又可以克服气体轴承不可控的缺点，是高速主轴的理想轴承，有着普遍的科学意义和巨大的社会、经济效益，但是两者如何合理安装，在保证正常工作的前提下达到良好的互补效果，仍然是一大难点所在。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种体积小、阻尼相当、成本低的镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，具有功耗低、精度高、承载力高、结构简单的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，包括有轴承底座9，轴承底座9内设有电磁轴承1，电磁轴承1在轴向上设有左端盖2与右端盖3，左端盖2和右端盖3与转子轴颈4之间嵌套有弹性箔片轴承5，电磁轴承1内壁上设置有磁极6，磁极6上设有线圈17，左端盖2与右端盖3在磁极6根部通过支口15装配重合，并与磁极6形成可靠配合，组成箔片轴承轴承座；箔片轴承轴承座上沿圆周方向均匀设置有槽10，槽10内安装有顶层弹性箔片11和底层弹性箔片12。
电磁轴承1的左端盖2与右端盖3上分别设置了能够通过支口15安装重合的左突台22与右突台23，同时通过螺钉20、螺钉21与轴承底座9固定，左突台22与右突台23能够沿圆周方向均匀地插入到磁极6根部之间的空隙中，并与磁极6形成配合。
所述的磁极6的数目为n＝6，8，12。
所述的顶层弹性箔片11的数目为1片，底层弹性箔片12的数目为1片或多片。
所述的底层弹性箔片12径向紧贴箔片轴承轴承座与电磁轴承1的磁极6根部的圆周内表面。
所述的电磁轴承1的左端盖2的左突台22内径、右端盖3的右突台23内径与磁极6的内径相同。
所述的顶层弹性箔片11是平箔，其厚度为h1(h1＝0.05～0.15mm)；所述的底层弹性箔片12为拱箔，其箔片厚度为h2(h2＝0.05～0.15mm)，拱高(即底层弹性箔片12的内外半径之差)为h3(h3＝0.3～0.6mm)，波长为h4(h4＝2.5～3mm)。
所述的左端盖2与右端盖3的材料属于非导磁材料，对地磁场分布没有影响。
由于本发明是在电磁轴承中嵌套弹性箔片轴承的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其具有以下优点：
第一，集成度高：与电磁轴承与弹性箔片轴承独立结构本身相比，本发明采用的是镶嵌式结构，将弹性箔片轴承嵌入到电磁轴承与转轴轴颈之间，减小了轴承轴向尺寸，缩小了轴承的总体积，减小了经济成本，并且把箔片轴承固定于电磁轴承的端盖处，提高了两者的同轴度与配合性，同时，本发明的轴承不需要专门的辅助轴承，因此，本发明的轴承具有集成度高、经济性强、结构简化的特点。
第二，动态刚度高，承载力提高；由于本发明采用电磁轴承与弹性箔片气体轴承并联工作，极大幅度地提高了轴承的刚度和承载力。
第三，阻尼和稳定性高：由于弹性箔片气体轴承相对于电磁轴承可提供较高的结构阻尼，可以大幅度地减小转子过临界时的振幅，并可以通过电磁轴承用简单的控制规律使电磁轴承系统顺利地跨过弯曲临界转速，所以本发明的组合轴承不但具有可以提高系统的阻尼和稳定性，而且具有简化电磁轴承的控制系统的特点。
附图说明
图1为本发明的整体结构二维视图，其中(a)为整体结构主视图，(b)为整体结构剖视图。
图2为本发明的箔片轴承5的二维放大视图。
图3为本发明的箔片结构示意图，其中(a)为顶层箔片11的示意图，(b)为底层箔片12的示意图。
图4为本发明的箔片尺寸示意图，其中(a)为顶层箔片11的示意图，(b)为底层箔片12的示意图。
图5为本发明的电磁轴承1的左端盖2的二维视图，其中(a)为主视图，(b)为剖视图。
图6为本发明的电磁轴承1的右端盖3的二维视图，其中(a)为主视图，(b)为剖视图。
具体实施方法
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1、2、3、4、5、6，一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，包括有轴承底座9，轴承底座9内设有电磁轴承1，电磁轴承1在轴向上设有左端盖2与右端盖3，左端盖2与右端盖3通过螺钉20与螺钉21固定在轴承底座9上，左端盖2和右端盖3与转子轴颈4之间嵌套有弹性箔片轴承5，其中电磁轴承1内壁设有n(n＝6，8，12)个磁极6，在磁极6轴向上压紧磁极磁片的左挡圈7与右挡圈8通过螺栓16定位，磁极6上缠绕有线圈17，对线圈17进行浸漆并在其两端粘结绝缘纸进行固定。本发明的轴承的特别之处在于，电磁轴承1的左端盖2与右端盖3上分别设置了能够通过支口15安装重合的左突台22与右突台23，同时通过螺钉20、螺钉21与轴承底座9固定，左突台22与右突台23能够沿圆周方向均匀地插入到磁极6根部之间的空隙中，并与磁极6形成较好的配合，并且左突台22与右突台23通过支口15配合后加上螺钉19的固定作用，保证了磁极6与左端盖2、右端盖3作为箔片轴承轴承座的配合圆度与同轴度，同时，对线圈17起到了限位作用。
参见图1、2、6，在由左端盖2、右端盖3与磁极6组成的弹性箔片轴承轴承座内圈沿圆周方向均匀布置有槽10，此槽10沿径向的角度为36°。顶层弹性箔片11和底层弹性箔片12插装在槽10内，径向采用插片18楔紧，轴向通过延长顶层弹性箔片11和底层弹性箔片12的尾部固定端至左端盖2与右端盖3外侧，再使左挡圈13与右挡圈14分别用螺钉19和螺钉22固定，这样可以保证箔片轴承在设计的工作范围内运作。
本发明的工作原理是：
开始阶段，线圈17通电后，由于电磁感应效应，在由硅钢片组成的磁极6极靴和转子轴颈4之间形成电磁场，在磁场的作用下，极靴6对转子轴颈2产生吸引力。通过控制电磁力，可以使转子轴颈4受到的弹性箔片轴承预紧力最小，从而使得转子轴颈受到压力和摩擦力最小，这样就会减小顶层弹性箔片11在启动阶段的磨损，延长工作寿命。当转速上升到一定值时，在顶层弹性箔片11和转子轴颈4之间由于气体润滑作用形成的气体动压力将转子4浮起，最后电磁轴承1和弹性箔片轴承5共同承担转子的静态载荷和动态载荷。
Claims (7)
1.一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，包括有轴承底座(9)，轴承底座(9)内设有电磁轴承(1)，其特征在于，电磁轴承(1)在轴向上设有左端盖(2)与右端盖(3)，左端盖(2)和右端盖(3)与转子轴颈(4)之间嵌套有弹性箔片轴承(5)，电磁轴承(1)内壁上设置有磁极(6)，磁极(6)上设有线圈(17)，左端盖(2)与右端盖(3)在磁极(6)根部通过支口(15)装配重合，并与磁极(6)形成可靠配合，组成箔片轴承轴承座；箔片轴承轴承座上沿圆周方向均匀设置有槽(10)，槽内安装有顶层弹性箔片(11)和底层弹性箔片(12)。
2.根据权利要求1所述的一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其特征在于，所述的电磁轴承(1)的磁极(6)数目为n＝6，8，12。
3.根据权利要求1所述的一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其特征在于，所述的顶层弹性箔片(11)的数目为1片，底层箔片(12)的数目为1片或多片。
4.根据权利要求1所述的一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其特征在于，所述的电磁轴承(1)的左端盖(2)的左突台(22)与右端盖(3)的右突台(23)的内径与磁极(6)内直径相同。
5.根据权利要求1所述的一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其特征在于，所述的顶层弹性箔片(11)是平箔，其厚度为h1＝0.05～0.15mm；所述的底层弹性箔片(12)为拱箔，其箔片厚度为h2＝0.05～0.15mm，拱高即底层弹性箔片(12)的内外半径之差为h3＝0.3～0.6mm，其波长为h4＝2.5～3mm。
6.根据权利要求1所述的一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其特征在于，所述的左端盖(2)与右端盖(3)的材料为不导磁材料。
7.根据权利要求1所述的一种镶嵌式的电磁-弹性箔片气体混合轴承，其特征在于，电磁轴承(1)的左端盖(2)与右端盖(3)上分别设置了能够通过支口(15)安装重合的左突台(22)与右突台(23)，同时通过第一螺钉(20)、第二螺钉(21)与轴承底座(9)固定，左突台(22)与右突台(23)能够沿圆周方向均匀地插入到磁极(6)根部之间的空隙中，并与磁极(6)形成配合。
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