專利名稱：磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮、動(dòng)壓氣浮復(fù)合作用的軸承，尤其是超精密、超高速軸承。
背景技術(shù)：
目前工程中使用的動(dòng)壓氣浮軸承，如陀螺動(dòng)壓馬達(dá)軸承、高速電機(jī)動(dòng)壓氣浮軸承、高速增壓泵中的動(dòng)壓氣浮軸承等，啟動(dòng)過程中存在干摩擦狀態(tài)，軸承轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)才能形成動(dòng)壓氣膜，進(jìn)入穩(wěn)定氣體潤滑狀態(tài)；同時(shí)，停止過程也存在干摩擦狀態(tài)，軸承轉(zhuǎn)速降低到一定值時(shí)動(dòng)壓氣膜消失，軸承進(jìn)入干摩擦狀態(tài)，在干摩擦的作用下軸承轉(zhuǎn)速降到零，(化學(xué)工業(yè)出版社.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二卷第七篇-氣體潤滑軸承.2002年第四版；機(jī)械工業(yè)出版社.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷第四十篇第九章-氣體軸承.2003年第二版)。這種軸承干摩擦狀態(tài)，使軸承工作表面磨損嚴(yán)重，工作壽命降低，甚至使啟動(dòng)扭矩超出電機(jī)堵轉(zhuǎn)力矩，電機(jī)無法啟動(dòng)。因此必須采用抗摩擦性能極好的特種材料，從而成本高、壽命低，普及困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種不存在干摩擦狀態(tài)的軸承。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是用磁懸浮的磁極構(gòu)成動(dòng)壓氣浮工作面的一部分或者全部。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)啟動(dòng)過程不存在干摩擦狀態(tài)，穩(wěn)定工作狀態(tài)同時(shí)具有動(dòng)壓氣浮軸承和磁懸浮軸承的優(yōu)點(diǎn)，軸承承載能力提高一倍，剛度提高一倍，可靠性提高一倍。
(2)穩(wěn)定工作狀態(tài)可以具有動(dòng)壓氣浮軸承的所有優(yōu)點(diǎn)(低摩擦力、低功耗、高精度等)，啟動(dòng)和停止過程采用磁懸浮工作模式，減小或消除軸承的干摩擦狀態(tài)。也可以讓兩種工況同時(shí)工作，以增大軸承的剛度、增大承載能力、增大阻尼、增強(qiáng)抗干擾能力。


附圖1是開有動(dòng)壓溝槽的平面與開有動(dòng)壓溝槽的內(nèi)圓柱面的組合軸承示意圖；附圖2是開有動(dòng)壓溝槽的內(nèi)圓柱面軸承示意圖；附圖3是開有動(dòng)壓溝槽的平面與開有動(dòng)壓溝槽的外圓柱面的組合軸承示意圖；附圖4是開有動(dòng)壓溝槽的外圓柱面軸承示意圖；
附圖5是開有動(dòng)壓溝槽的圓錐軸承示意圖；附圖6是開有動(dòng)壓溝槽的球面軸承示意圖；附圖7是開有動(dòng)壓溝槽的斷續(xù)圓柱面展開示意圖；附圖8是開有動(dòng)壓溝槽的斷續(xù)平面示意圖；附圖9是階梯狀扇型表面。
附圖10是開有動(dòng)壓溝槽的連續(xù)圓柱面展開是意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
由圖1-圖9可知，本發(fā)明是磁懸浮磁極1表面開有動(dòng)壓溝槽2，磁懸浮的磁極1構(gòu)成動(dòng)壓氣浮工作面3的部分或全部。
所述工作面3是開有動(dòng)壓溝槽的平面。
所述工作面3是開有動(dòng)壓溝槽的內(nèi)圓柱面或外圓柱面。
所述工作面3是開有動(dòng)壓溝槽的圓錐面。
所述工作面3是開有動(dòng)壓溝槽的球面。
所述工作面3是開有動(dòng)壓溝槽的斷續(xù)表面。
所述工作面3是開有動(dòng)壓溝槽的連續(xù)平面，磁極間間隙填充非鐵磁性介質(zhì)6。
所述工作面3是階梯狀扇型表面。
實(shí)施例1如圖1所示，一種轉(zhuǎn)子的軸承的布置形式，工作面3采用內(nèi)圓柱面和平面兩種形式，在轉(zhuǎn)子軸4上布置有臺(tái)階，用來增大軸徑、增強(qiáng)徑向軸承承載能力，同時(shí)為磁極1布置提供了空間，軸向軸承磁極1采用四極或單極，徑向軸承磁極采用八極；實(shí)施例2如圖3所示，一種轉(zhuǎn)子的軸承布置形式，工作面3采用外圓柱面和平面兩種形式，即芯軸5是定子，軸向軸承磁極采用四極或單極，徑向軸承磁極采用八極，芯軸5與徑向軸承磁極1、軸向軸承磁極1固定成一體；實(shí)施例3如圖5所示，一種圓錐軸承形式，工作面3采用圓錐形，圓錐軸承磁極1采用八極；
實(shí)施例4如圖6所示，一種球面軸承形式，工作面3采用球形，球面軸承磁極1采用八極；實(shí)施例5如圖7所示，一種軸向軸承，工作面3采用斷續(xù)平面，磁極1采用4極，溝槽2只有一端與外界相通；實(shí)施例6如圖8所示，一種徑向軸承工作面3展開示意圖，工作面3采用斷續(xù)圓柱面，溝槽2只有一端與外界相通；實(shí)施例7如圖10所示，一種徑向軸承工作面3展開示意圖，工作面3采用連續(xù)圓柱面，磁極1之間采用非鐵磁性物質(zhì)填充；實(shí)施例8如圖9所示，一種軸向軸承工作面3示意圖，工作面3采用階梯狀扇型表面。
本發(fā)明的基本原理是將磁懸浮原理、動(dòng)壓氣浮原理同時(shí)復(fù)合于一個(gè)軸承，磁懸浮可以采用有源型磁懸浮原理，也可以采用無源型磁懸浮原理；動(dòng)壓氣浮可以是徑向動(dòng)壓氣浮軸承，也可以是止推軸承，還可以是錐形動(dòng)壓氣浮軸承，或球面動(dòng)壓氣浮軸承；在結(jié)構(gòu)上，磁懸浮的磁極構(gòu)成動(dòng)壓氣浮工作面的一部分(或全部)，技術(shù)方案是磁懸浮的磁極構(gòu)成動(dòng)壓氣浮工作面中帶有動(dòng)壓溝槽的那一個(gè)工作面，這樣可以消除轉(zhuǎn)動(dòng)過程中動(dòng)壓氣浮的動(dòng)壓溝槽對(duì)磁懸浮中磁力線分布的影響；按照上述原則，可以構(gòu)成多種軸承，如有源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮徑向軸承、有源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮止推軸承、有源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮錐形軸承、有源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮球面軸承、無源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮徑向軸承、無源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮止推軸承、無源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮錐形軸承、無源型磁懸浮動(dòng)壓氣浮球面軸承等。本發(fā)明的軸承可以有三種工況磁懸浮工況、動(dòng)壓氣浮工況、聯(lián)合工況，也可以采用部分工況。在分工況運(yùn)行的情況下，工況次序?yàn)榇艖腋」r(啟動(dòng)工況)、動(dòng)壓氣浮工況(穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況)、磁懸浮工況(停止工況)，在工況切換過程中，存在部分聯(lián)合工況的情況，但僅僅是過渡過程，這種情況下干摩擦狀態(tài)被完全消除；磁懸浮和動(dòng)壓氣浮同時(shí)工作，稱聯(lián)合工況，在這種工況下，軸承總的承載能力是磁懸浮和動(dòng)壓氣浮承載能力的總和，當(dāng)磁懸浮承載能力小于軸承總的設(shè)計(jì)承載能力時(shí)，干摩擦狀態(tài)時(shí)間得到了縮短、摩擦力減小，但干摩擦狀態(tài)并沒有完全消除。表面處理，軸承工作表面可以采用氮化、鍍鉻、陽極氧化、噴涂氧化鋁、氧化鉻、炭化鎢、濺射氮化鈦、二硫化鉬等方法。當(dāng)磁極間間隙采用鑄造、裝配等方法用非鐵磁材料填充時(shí)，溝槽設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)動(dòng)壓氣浮軸承設(shè)計(jì)方法相同；當(dāng)磁極間間隙不采用非鐵磁性材料填充時(shí)，溝槽設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)動(dòng)壓氣浮軸承設(shè)計(jì)方法相同，只是在磁極間表面斷續(xù)處采用盲槽形式，如圖7，盲槽與端部距離L約等于平均槽間距；徑向軸承、圓錐軸承的溝槽設(shè)計(jì)方法與上述原則一致。
動(dòng)壓氣浮的工作面可以是帶有動(dòng)壓溝槽的平面，也可以是階梯狀扇形表面，承受軸向推力；動(dòng)壓氣浮的工作面可以是帶有動(dòng)壓溝槽的圓柱面，承受徑向載荷；還可以是帶有動(dòng)壓溝槽的圓錐面或球面，同時(shí)承受徑向和軸向載荷；動(dòng)壓氣浮工作面可以是斷續(xù)的，即磁極之間工作面不連續(xù)；也可以采用連續(xù)的工作面，這時(shí)磁極之間采用非鐵磁性介質(zhì)填充，確保磁極之間不會(huì)造成短路。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是磁懸浮磁極表面開有動(dòng)壓溝槽，磁懸浮的磁極構(gòu)成動(dòng)壓氣浮工作面的部分或全部。
2.如權(quán)力要求1所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述的工作面是開有動(dòng)壓溝槽的平面。
3.如權(quán)力要求1所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述工作面是開有動(dòng)壓溝槽的內(nèi)圓柱面或外圓柱面。
4.如權(quán)力要求1所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述工作面是開有動(dòng)壓溝槽的圓錐面。
5.如權(quán)力要求1所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述工作面是開有動(dòng)壓溝槽的球面。
6.如權(quán)力要求1所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述工作面是開有動(dòng)壓溝槽的斷續(xù)表面。
7.如權(quán)力要求1所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述工作面是開有動(dòng)壓溝槽的連續(xù)平面，磁極間間隙填充非鐵磁性介質(zhì)。
8.如權(quán)力要求2所述的磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承，其特征是所述工作面是階梯狀扇型表面。
全文摘要
一種“磁懸浮與動(dòng)壓氣浮復(fù)合軸承”，磁懸浮磁極表面開有動(dòng)壓溝槽，磁懸浮的磁極構(gòu)成動(dòng)壓氣浮工作面的部分或全部。本發(fā)明特點(diǎn)是消除啟動(dòng)和停止過程的干摩擦狀態(tài)，軸承能做到無磨損、長壽命、低啟動(dòng)扭矩，同時(shí)保持動(dòng)壓氣浮軸承的固有優(yōu)點(diǎn)，并大幅度降低了動(dòng)壓氣浮軸承表面處理的要求和成本，根據(jù)不同需要調(diào)整“心點(diǎn)偏移率”ψ，可以使系統(tǒng)具有不同的輸出特性，從而使動(dòng)壓氣浮軸承可以應(yīng)用于中大型設(shè)備。
文檔編號(hào)F16C32/00GK1632330SQ20051000962
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者譚久彬, 姚紹明, 楊文國, 金國良 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 姚紹明