磁懸浮軸承讀書筆記

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1、基于磁懸浮軸承的研究讀書報(bào)告磁懸浮軸承(MagneticBearing)是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。其原理是磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個(gè)轉(zhuǎn)子懸空，在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上。與傳統(tǒng)的滾珠軸承、滑動(dòng)軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能，并非是獨(dú)

2、立的軸承形式，具體應(yīng)用還得配合其它的軸承形式，例如磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等。這項(xiàng)技術(shù)并沒有得到歐美國家的認(rèn)可。一、磁懸浮軸承的概述利用磁力使物體處于無接觸懸浮狀態(tài)的設(shè)想由來已久,但實(shí)現(xiàn)起來并不易。早在1842年,Earnshow就證明:單靠永久磁體是不能將一個(gè)鐵磁體在所有6個(gè)自由度上都保持在自由穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)的.然而,真正意義上的磁懸浮研究是從本世紀(jì)初的利用電磁相吸原理的懸浮車輛研究開始的。1937年,Kenper申請了第一個(gè)磁懸浮技術(shù)專利,他認(rèn)為要使鐵磁體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的磁懸浮,必須根據(jù)物體的懸浮

3、狀態(tài)不斷的調(diào)節(jié)磁場力的大小,即采用可控電磁鐵才能實(shí)現(xiàn),這一思想成為以后開展磁懸浮列車和磁懸浮軸承研究的主導(dǎo)思想。伴隨著現(xiàn)代控制理論和電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,本世紀(jì)60年代中期對磁懸浮技術(shù)的研究躍上了一個(gè)新臺(tái)階。英國、日本、德國都相繼開展了對磁懸浮列車的研究。磁懸浮軸承的研究是磁懸浮技術(shù)發(fā)展并向應(yīng)用方向轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要實(shí)例。據(jù)有關(guān)資料記載:1969年,法國軍部科研實(shí)驗(yàn)室(LRBA)開始對磁懸浮軸承的研究;1972年,將第一個(gè)磁懸浮軸承用于衛(wèi)星導(dǎo)向輪的支撐上,從而揭開了磁懸浮軸承發(fā)展的序幕。此后,磁懸浮軸承很快被應(yīng)用到國防、航天等各個(gè)

4、領(lǐng)域。美國在1983年11月搭載于航天飛機(jī)上的歐洲空間試驗(yàn)倉里采用了磁懸浮軸承真空泵;日本將磁懸浮軸承列為80年代新的加工技術(shù)之一,1984年,S2M公司與日本精工電子工業(yè)公司聯(lián)合成立了日本電磁軸承公司,在日本生產(chǎn)、銷售渦輪分子泵和機(jī)床電磁主軸等。經(jīng)過30多年的發(fā)展,磁懸浮軸承在國外的應(yīng)用場合進(jìn)一步擴(kuò)大,從應(yīng)用角度看,在高速旋轉(zhuǎn)和相關(guān)高精度的應(yīng)用場合磁懸浮軸承具有極大的優(yōu)勢并已逐漸成為應(yīng)用研究的主流。二、磁懸浮軸承的工作原理磁懸浮軸承是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電耦合系統(tǒng)。在早期的研究過程中,它由機(jī)械系統(tǒng)控制系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)技術(shù)

5、的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的智能化提供了條件,將計(jì)算機(jī)加到系統(tǒng)中得到磁懸浮軸承系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,利用計(jì)算機(jī)可以更方便地從外界拾取信號(hào),并對其進(jìn)行智能處理,實(shí)現(xiàn)軸承的穩(wěn)定運(yùn)行與控制。機(jī)械系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子和定子組成(徑向軸承結(jié)構(gòu)如圖1,推力軸承結(jié)構(gòu)如圖2),通常它們都是由鐵磁疊片構(gòu)成的。圖1　徑向軸承結(jié)構(gòu)簡圖轉(zhuǎn)子疊片裝在軸徑上,定子疊片上開有槽,并纏繞著線圈以提供磁力。控制系統(tǒng)指控制轉(zhuǎn)子位置的電氣系統(tǒng),簡單的控制系統(tǒng)由傳感器、控制器和功率放大器組成(如圖3)。圖3　軸承控制系統(tǒng)簡圖傳感器:即檢測元件,是磁懸浮軸承的重要組成部分,位置傳感器

6、用于檢測轉(zhuǎn)子的偏移情況,速度傳感器用于檢測轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)速度;控制器:是個(gè)整個(gè)磁懸浮軸承的核心,其性能決定了磁懸浮軸承的好壞,其作用是對傳感器檢測到的位置偏差信號(hào)進(jìn)行適度的運(yùn)算,使得轉(zhuǎn)子有高精度的定位,在外力的干擾作用下能通過迅速而恰當(dāng)?shù)碾娏髯兓罐D(zhuǎn)子回到基準(zhǔn)位置;功率放大器:其作用是向電磁鐵提供產(chǎn)生電磁力所需的電流。磁懸浮軸承工作的基本原理:通過位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的軸偏差信號(hào),將該信號(hào)送入控制器,通過功率放大器控制電磁鐵中的電流,從而產(chǎn)生電磁力的變化使轉(zhuǎn)子懸浮于規(guī)定的位置。三、磁懸浮軸承的分類磁懸浮軸承可以按磁懸浮方式和結(jié)構(gòu)等

7、多種方法來分類,有很多類型。按懸浮方式可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式;按結(jié)構(gòu)可分為立式、臥式、內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型;按作用力可分為吸引式和排斥式;按接觸方式可分為完全非接觸型和部分接觸型;按電磁鐵類型可分為超導(dǎo)式、交流控制式和直流控制式.目前,在磁懸浮軸承研究領(lǐng)域主要以主動(dòng)的直流控制式磁懸浮軸承為研究對象.圖4為主動(dòng)的直流控制式磁懸浮軸承的工作原理示意圖.需要指出的是:與主動(dòng)磁懸浮軸承相比,被動(dòng)磁懸浮軸承具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單,并在無控制環(huán)節(jié)的情況下即可穩(wěn)定.但是它不能產(chǎn)生阻尼,亦即缺少像機(jī)械阻尼或像主動(dòng)軸承那樣的附加手段,因此這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定

8、域是很小的,外界干擾的小變化也會(huì)使它趨于不穩(wěn)定。圖4　主動(dòng)磁懸浮軸承工作原理示意四、磁懸浮軸承的優(yōu)點(diǎn)　　與其它軸承相比，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在無機(jī)械接觸和特性可控制兩個(gè)方面。　　4.1無機(jī)械接觸方面的優(yōu)點(diǎn)　　無機(jī)械接觸，因而無磨損，其壽命實(shí)際上是控制電路元器件的壽命，比接觸式軸承壽命長得多：