專利名稱：一種鑲嵌式的電磁-彈性箔片氣體混合軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速無油潤滑支承設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鑲嵌式的電磁-彈性 箔片氣體混合軸承。
背景技術(shù)：
電磁軸承是通過控制系統(tǒng)利用電場力、磁場力使軸懸浮的無機械接觸滑動軸承， 其無需潤滑和密封，可以完全消除磨損，降低功耗；同時，其具有可控性，可以對轉(zhuǎn)子的位置 進行主動控制，并且通過控制系統(tǒng)可以調(diào)整軸承的剛度和阻尼，具有很好的可設(shè)計性；另 外，電磁軸承還具有壽命長、工作溫度范圍大(-253 +450°C )、自動平衡等優(yōu)點。但是，由 于材料的磁飽和性和電磁發(fā)熱等原因，電磁軸承的承載能力有限，還必須增加輔助軸承來 適應(yīng)突發(fā)狀況，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸、重量大，并且無法在起停過程中保證轉(zhuǎn)子運行平穩(wěn)。彈性箔片氣體軸承具有良好的自適應(yīng)性，可以在高溫、高速和高污染條件下長期 運行，無需供油潤滑，因此結(jié)構(gòu)簡單。但是彈性箔片氣體軸承由于采用氣體作為潤滑介質(zhì)， 因此其在轉(zhuǎn)子低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下承載能力比較低，并且阻尼和剛度也相對比較低；另外，在 起動和停機階段，由于軸頸和彈性箔片之間產(chǎn)生摩擦，因此磨損比較大，軸承上涂層容易剝 落。為彌補兩者的不足，提出電磁-彈性箔片氣體混合軸承的結(jié)構(gòu)，其一方面可以提 高對磁軸承系統(tǒng)的阻尼、剛度、承載力，另一方面又可以克服氣體軸承不可控的缺點，是高 速主軸的理想軸承，有著普遍的科學(xué)意義和巨大的社會、經(jīng)濟效益，但是兩者如何合理安 裝，在保證正常工作的前提下達到良好的互補效果，仍然是一大難點所在。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種體積小、阻尼相當(dāng)、成本低的鑲 嵌式的電磁-彈性箔片氣體混合軸承，具有功耗低、精度高、承載力高、結(jié)構(gòu)簡單的特點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種鑲嵌式的電磁-彈性箔片氣 體混合軸承，包括有軸承底座9，軸承底座9內(nèi)設(shè)有電磁軸承1，電磁軸承1在軸向上設(shè)有左 端蓋2與右端蓋3，左端蓋2和右端蓋3與轉(zhuǎn)子軸頸4之間嵌套有彈性箔片軸承5，電磁軸 承1內(nèi)壁上設(shè)置有磁極6，磁極6上設(shè)有線圈17，左端蓋2與右端蓋3在磁極6根部通過支 口 15裝配重合，并與磁極6形成可靠配合，組成箔片軸承軸承座；箔片軸承軸承座上沿圓周 方向均勻設(shè)置有槽10，槽10內(nèi)安裝有頂層彈性箔片11和底層彈性箔片12。電磁軸承1的左端蓋2與右端蓋3上分別設(shè)置了能夠通過支口 15安裝重合的左 突臺22與右突臺23，同時通過螺釘20、螺釘21與軸承底座9固定，左突臺22與右突臺23 能夠沿圓周方向均勻地插入到磁極6根部之間的空隙中，并與磁極6形成配合。所述的磁極6的數(shù)目為η = 6，8，12。所述的頂層彈性箔片11的數(shù)目為1片，底層彈性箔片12的數(shù)目為1片或多片。所述的底層彈性箔片12徑向緊貼箔片軸承軸承座與電磁軸承1的磁極6根部的圓周內(nèi)表面。所述的電磁軸承1的左端蓋2的突臺22內(nèi)徑、右端蓋3的突臺23內(nèi)徑與磁極6 的內(nèi)徑相同。所述的頂層彈性箔片11是平箔，其厚度為hi (hi = 0. 05 0. 15mm)；所述的底層 彈性箔片12為拱箔，其箔片厚度為h2(h2 = 0. 05 0. 15mm)，拱高(即底層彈性箔片12的 內(nèi)外半徑之差)為h3 (h3 = 0. 3 0. 6mm)，波長為h4 (h4 = 2. 5 3mm)。所述的左端蓋2與右端蓋3的材料屬于非導(dǎo)磁材料，對地磁場分布沒有影響。由于本發(fā)明是在電磁軸承中嵌套彈性箔片軸承的電磁_彈性箔片氣體混合軸承， 其具有以下優(yōu)點第一，集成度高與電磁軸承與彈性箔片軸承獨立結(jié)構(gòu)本身相比，本發(fā)明采用的是 鑲嵌式結(jié)構(gòu)，將彈性箔片軸承嵌入到電磁軸承與轉(zhuǎn)軸軸頸之間，減小了軸承軸向尺寸，縮小 了軸承的總體積，減小了經(jīng)濟成本，并且把箔片軸承固定于電磁軸承的端蓋處，提高了兩者 的同軸度與配合性，同時，本發(fā)明的軸承不需要專門的輔助軸承，因此，本發(fā)明的軸承具有 集成度高、經(jīng)濟性強、結(jié)構(gòu)簡化的特點。第二，動態(tài)剛度高，承載力提高；由于本發(fā)明采用電磁軸承與彈性箔片氣體軸承并 聯(lián)工作，極大幅度地提高了軸承的剛度和承載力。第三，阻尼和穩(wěn)定性高由于彈性箔片氣體軸承相對于電磁軸承可提供較高的結(jié) 構(gòu)阻尼，可以大幅度地減小轉(zhuǎn)子過臨界時的振幅，并可以通過電磁軸承用簡單的控制規(guī)律 使電磁軸承系統(tǒng)順利地跨過彎曲臨界轉(zhuǎn)速，所以本發(fā)明的組合軸承不但具有可以提高系統(tǒng) 的阻尼和穩(wěn)定性，而且具有簡化電磁軸承的控制系統(tǒng)的特點。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)二維視圖，其中(a)為整體結(jié)構(gòu)主視圖，(b)為整體結(jié)構(gòu) 剖視圖。圖2為本發(fā)明的箔片軸承5的二維放大視圖。圖3為本發(fā)明的箔片結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為頂層箔片11的示意圖，(b)為底層 箔片12的示意圖。圖4為本發(fā)明的箔片尺寸示意圖，其中(a)為頂層箔片11的示意圖，(b)為底層 箔片12的示意圖。圖5為本發(fā)明的電磁軸承1的左端蓋2的二維視圖，其中(a)為主視圖，(b)為剖 視圖。圖6為本發(fā)明的電磁軸承1的右端蓋3的二維視圖，其中(a)為主視圖，(b)為剖 視圖。具體實施方法下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細說明。參見圖1、2、3、4、5、6，一種鑲嵌式的電磁-彈性箔片氣體混合軸承，包括有軸承底 座9，軸承底座9內(nèi)設(shè)有電磁軸承1，電磁軸承1在軸向上設(shè)有左端蓋2與右端蓋3，左端蓋 2與右端蓋3通過螺釘20與螺釘21固定在軸承底座9上，左端蓋2和右端蓋3與轉(zhuǎn)子軸頸 4之間嵌套有彈性箔片軸承5，其中電磁軸承1內(nèi)壁設(shè)有η (η = 6,8,12)個磁極6，在磁極6軸向上壓緊磁極磁片的左擋圈7與右擋圈8通過螺栓16定位，磁極6上纏繞有線圈17， 對線圈17進行浸漆并在其兩端粘結(jié)絕緣紙進行固定。本發(fā)明的軸承的特別之處在于，電磁 軸承1的左端蓋2與右端蓋3上分別設(shè)置了能夠通過支口 15安裝重合的左突臺22與右突 臺23，同時通過螺釘20、螺釘21與軸承底座9固定，左突臺22與右突臺23能夠沿圓周方 向均勻地插入到磁極6根部之間的空隙中，并與磁極6形成較好的配合，并且左突臺22與 右突臺23通過支口 15配合后加上螺釘19的固定作用，保證了磁極6與左端蓋2、右端蓋3 作為箔片軸承軸承座的配合圓度與同軸度，同時，對線圈17起到了限位作用。參見圖1、2、6，在由左端蓋2、右端蓋3與磁極6組成的彈性箔片軸承軸承座內(nèi)圈 沿圓周方向均勻布置有槽10，此槽10沿徑向的角度為36°。頂層彈性箔片11和底層彈性 箔片12插裝在槽10內(nèi)，徑向采用插片18楔緊，軸向通過延長頂層彈性箔片11和底層彈性 箔片12的尾部固定端至左端蓋2與右端蓋3外側(cè)，再使左擋圈13與右擋圈14分別用螺釘 19和螺釘22固定，這樣可以保證箔片軸承在設(shè)計的工作范圍內(nèi)運作。本發(fā)明的工作原理是開始階段，線圈17通電后，由于電磁感應(yīng)效應(yīng)，在由硅鋼片組成的磁極6極靴和轉(zhuǎn) 子軸頸4之間形成電磁場，在磁場的作用下，極靴6對轉(zhuǎn)子軸頸2產(chǎn)生吸引力。通過控制電 磁力，可以使轉(zhuǎn)子軸頸4受到的彈性箔片軸承預(yù)緊力最小，從而使得轉(zhuǎn)子軸頸受到壓力和 摩擦力最小，這樣就會減小頂層彈性箔片11在啟動階段的磨損，延長工作壽命。當(dāng)轉(zhuǎn)速上 升到一定值時，在頂層彈性箔片11和轉(zhuǎn)子軸頸4之間由于氣體潤滑作用形成的氣體動壓力 將轉(zhuǎn)子4浮起，最后電磁軸承1和彈性箔片軸承5共同承擔(dān)轉(zhuǎn)子的靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷。
權(quán)利要求
一種鑲嵌式的電磁—彈性箔片氣體混合軸承，包括有軸承底座(9)，軸承底座(9)內(nèi)設(shè)有電磁軸承(1)，其特征在于，電磁軸承(1)在軸向上設(shè)有左端蓋(2)與右端蓋(3)，左端蓋(2)和右端蓋(3)與轉(zhuǎn)子軸頸(4)之間嵌套有彈性箔片軸承(5)，電磁軸承(1)內(nèi)壁上設(shè)置有磁極(6)，磁極(6)上設(shè)有線圈(17)，左端蓋(2)與右端蓋(3)在磁極(6)根部通過支口(15)裝配重合，并與磁極(6)形成可靠配合，組成箔片軸承軸承座；箔片軸承軸承座上沿圓周方向均勻設(shè)置有槽(10)，槽內(nèi)安裝有頂層彈性箔片(11)和底層彈性箔片(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 所述的電磁軸承(1)的磁極(6)數(shù)目為n = 6，8，12。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 所述的頂層彈性箔片(11)的數(shù)目為1片，底層箔片(12)的數(shù)目為1片或多片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 所述的底層彈性箔片(12)徑向緊貼箔片軸承軸承座與電磁軸承(1)的磁極(6)根部的圓 周內(nèi)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 所述的電磁軸承(1)的左端蓋(2)的突臺(22)與右端蓋(3)的突臺(23)的內(nèi)徑與磁極 (6)內(nèi)直徑相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 所述的頂層彈性箔片(11)是平箔，其厚度為hi = 0.05 0.15mm;所述的底層彈性箔片 (12)為拱箔，其箔片厚度為h2 = 0. 05 0. 15mm,拱高即底層彈性箔片12的內(nèi)外半徑之差 為h3 = 0. 3 0. 6mm,其波長為h4 = 2. 5 3_。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 所述的左端蓋(2)與右端蓋(3)的材料為不導(dǎo)磁材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑲嵌式的電磁一彈性箔片氣體混合軸承，其特征在于， 電磁軸承(1)的左端蓋(2)與右端蓋(3)上分別設(shè)置了能夠通過支口(15)安裝重合的左 突臺(22)與右突臺(23)，同時通過螺釘(20)、螺釘(21)與軸承底座(9)固定，左突臺(22 與右突臺(23)能夠沿圓周方向均勻地插入到磁極(6)根部之間的空隙中，并與磁極(6)形 成配合。
全文摘要
一種鑲嵌式的電磁-彈性箔片氣體混合軸承，包括有設(shè)在軸承底座內(nèi)的電磁軸承，電磁軸承在軸向上設(shè)有左端蓋與右端蓋，左端蓋和右端蓋與轉(zhuǎn)子軸頸之間嵌套有彈性箔片軸承，電磁軸承上設(shè)有磁極，磁極上設(shè)有線圈，左端蓋與右端蓋設(shè)在磁極根部的支口中，組成箔片軸承軸承座；箔片軸承軸承座上設(shè)置有槽，槽內(nèi)插裝頂層彈性箔片和底層彈性箔片，線圈通電，在磁極極靴和轉(zhuǎn)子軸頸之間形成電磁場，極靴對轉(zhuǎn)子軸頸產(chǎn)生吸引力；在低速時轉(zhuǎn)子由電磁軸承支撐，當(dāng)轉(zhuǎn)速到一定值時頂層箔片和軸頸間的氣膜產(chǎn)生動壓力，在高速時可單獨支撐轉(zhuǎn)子；具有功耗低、精度高、承載力高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。
文檔編號F16C32/00GK101881300SQ201010118970
公開日2010年11月10日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者孫巖樺, 徐益飛, 田野, 虞烈 申請人:西安交通大學(xué)