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磁浮軸承是什么?

磁浮軸承,是一種新型高性能軸承,是靠磁場(chǎng)力支承載荷或懸浮轉(zhuǎn)子的一種支承形式。與傳統(tǒng)滾珠軸承、滑動(dòng)軸承以及油膜軸承相比,磁浮軸承不存在機(jī)械接觸,轉(zhuǎn)子可以達(dá)到很高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長(zhǎng)、無(wú)需潤(rùn)滑、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn),特別適用高速、真空、超凈等特殊環(huán)境。


可廣泛用于機(jī)械加工、渦輪機(jī)械、航空航天、真空技術(shù)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性辨識(shí)與測(cè)試等領(lǐng)域,被公認(rèn)為極有前途的新型軸承。


磁浮軸承介紹


磁浮軸承如何工作?



電磁鐵布置成徑向軸承和軸向軸承的形式,并提供磁拉力以抬起旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)軸。電磁鐵中的電流由一個(gè)精確的數(shù)字式控制柜調(diào)節(jié),提供磁力隨時(shí)應(yīng)對(duì)外部負(fù)載的變化以保持轉(zhuǎn)軸良好居中。這樣,轉(zhuǎn)軸被無(wú)接觸抬起,而且軸承的剛度和阻尼均可由一個(gè)數(shù)字式控制柜來(lái)調(diào)節(jié)。這些特點(diǎn)增強(qiáng)了高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的性能,使設(shè)備具有高可靠性、低能耗的顯著特點(diǎn)。



磁浮軸承類型



磁浮軸承根據(jù)其控制方式、磁能來(lái)源、結(jié)構(gòu)形式等分類。此外,還可以按磁場(chǎng)類型劃分為永久型、電磁鐵型和永久磁鐵—電磁鐵混合型。也可按軸承懸浮力類型劃分為吸力型和斥力型。超導(dǎo)磁力軸承還分為低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)兩種


以上各種分類中不同類型之間還存在一些特殊限制,應(yīng)特別注意:



①永磁型軸承只能是無(wú)源型(被動(dòng)型),而無(wú)源型軸承不可能在3個(gè)方向上都穩(wěn)定,至少有1個(gè)方向應(yīng)采用有源型。

②直流激勵(lì)型軸承只能是有源型(主動(dòng)型)。

③純電磁鐵型軸承只能是5自由度控制型軸承,其體積、質(zhì)量和功耗都比較大。

④斥力型磁力軸承,由于磁力利用率低,結(jié)構(gòu)較吸力型復(fù)雜,一般很少采用。


磁浮軸承的特點(diǎn)



(1)無(wú)接觸、無(wú)磨損、無(wú)潤(rùn)滑:磁懸浮軸承工作時(shí),處于懸浮狀態(tài),相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間無(wú)接觸,不產(chǎn)生機(jī)械摩擦和接觸疲勞,解決了機(jī)組部件損耗和更換問(wèn)題。同時(shí)省掉了潤(rùn)滑系統(tǒng)等一系列裝置,即節(jié)省了空間又不存在前述裝置對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。

(2)低振動(dòng)、低噪聲、低功耗:磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子避免了傳統(tǒng)軸承在運(yùn)行時(shí)的接觸碰撞引起的大幅振動(dòng)以及高分貝噪聲,提高了穩(wěn)定性,降低了維護(hù)費(fèi)用,延長(zhǎng)了其使用壽命,同時(shí)懸浮磁懸浮軸承的低功耗,僅是傳統(tǒng)機(jī)械軸承功耗的6%~25%。在轉(zhuǎn)速為10000r/min時(shí),其功耗只有機(jī)械軸承的15%左右。

(3)高轉(zhuǎn)速、高精度、高可靠性:允許轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)速主要受材料強(qiáng)度的限制,可以在超臨界,每分鐘數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)的工況下工作,而且轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度已經(jīng)達(dá)到微米級(jí)甚至更高,這是普通機(jī)械軸承遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的轉(zhuǎn)速和精度,而且電子元器件的可靠性在很大程度上高于傳統(tǒng)的機(jī)械零部件。

(4)可控性、可在線工況監(jiān)測(cè)、可測(cè)試診斷:我們可以對(duì)磁懸浮軸承的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行在線控制。事實(shí)上,其本身系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了集工況監(jiān)測(cè)、故障診斷和在線調(diào)節(jié)的一體化。

磁浮軸承在經(jīng)濟(jì)性分析


技術(shù)性分析



隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展,磁浮軸承性能在不斷地提升,同時(shí)受電子元件的集成化也促使其成本逐年降低。雖然國(guó)內(nèi)外經(jīng)過(guò)多年的探索,磁懸浮產(chǎn)品在不少領(lǐng)域成功地應(yīng)用,但是該項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域仍然存在很多難題,如控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及材料轉(zhuǎn)子軸系動(dòng)力特性問(wèn)題等。為了更有效地改進(jìn)控制方法和策略,需要在深人研究控制系統(tǒng)的同時(shí),著重研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,從而達(dá)到對(duì)復(fù)雜轉(zhuǎn)子的理想控制。

目前空調(diào)風(fēng)機(jī)多采用機(jī)械軸承,風(fēng)機(jī)主軸與軸承之間會(huì)產(chǎn)生機(jī)械摩擦,而電機(jī)必需克服這部分摩擦才能驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn),同時(shí)造成電機(jī)發(fā)熱,產(chǎn)生較大幅度的振動(dòng),使得風(fēng)機(jī)壽命降低。要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行,還需軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)。如果采用磁浮軸承,定、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有機(jī)械摩擦,磁浮軸承運(yùn)轉(zhuǎn)阻力為零,不會(huì)發(fā)熱,從而省去了冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng),減少了體積重量,提高了可靠性和壽命,懸浮運(yùn)轉(zhuǎn)大大減少了機(jī)械噪聲同時(shí)也大大減少了機(jī)械振動(dòng),振動(dòng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通風(fēng)機(jī),提高了整個(gè)空調(diào)的穩(wěn)定性。


從目前國(guó)內(nèi)的磁浮軸承技術(shù)水平來(lái)看,雖然已經(jīng)具備了應(yīng)用在常溫設(shè)備上的條件,但是仍然存在兩方面的間題:一方面由于較難實(shí)現(xiàn)磁懸軸承轉(zhuǎn)子的高精度控制,因而造成系統(tǒng)可靠性差以及故障率高;另一方面,欠缺標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品工藝。


經(jīng)濟(jì)性分析



上述磁浮軸承的各種優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)是建立在一套復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)上。因?yàn)闃?gòu)成系統(tǒng)重要組成部分的傳感器費(fèi)用比較高,再加上控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)費(fèi)用,整體成本是普通機(jī)械軸承的數(shù)十倍以上,所以這在很大程度上限制了它在工業(yè)上的應(yīng)用和推廣。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備能耗高,其在整個(gè)能耗中占很大比重,長(zhǎng)時(shí)間的工作運(yùn)行,電力成本昂貴,尤其是中后期的維護(hù)和損耗特別明顯,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的能耗以及開(kāi)支增加。采用磁浮軸承還可以節(jié)省一些裝置的配置費(fèi)用,如:潤(rùn)滑系統(tǒng)、齒輪傳動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)等。如果折算成磁浮軸承的費(fèi)用,數(shù)目相當(dāng)可觀。

(來(lái)源:軸承百科、泵友圈、KEBA



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