專利名稱：一種預載荷徑向永磁軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種預載荷徑向永磁軸承，是一種能方便使用的工業應用型徑向永磁懸浮軸承。
背景技術：
永磁懸浮軸承是利用永磁體之間的作用力來實現懸浮物體在部分自由度上的穩定懸浮。與主動型磁懸浮軸承相比，被動型永磁懸浮軸承無需主動電子控制系統，不僅節省了電力消耗，更重要是減少了可能失效的復雜的控制系統部件，使系統更加可靠，使用壽命更長。永磁懸浮軸承可與電磁軸承、機械軸承、空氣軸承和超導體磁軸承等相結合，構成各種形式的磁懸浮軸承系統，具有廣闊的應用前景。
永磁懸浮軸承的結構和工作原理決定了它具有很多的優勢(1)理論上完全無磨損，實際中只受空氣阻力的影響；(2)轉子速度只受到材料強度的限制，轉子圓周線速度高；(3)不需要潤滑和密封，簡化了機械設計，使其結構緊湊、可靠；(4)相對于電磁軸承，永磁軸承省去了繁雜的控制系統，磁路不需要電流激勵，無需供電系統；(5)永磁磁鐵的承載能力大，如釹鐵硼材料，能吸起相當于自重600倍的重物。
現在國內外的永磁懸浮軸承基本上都是按需生產，誰使用誰設計，誰設計誰生產的現狀，極不利于永磁懸浮軸承的發展及工業應用的提高。而且，由于吸斥力很大，剛度低， 且沒有專業化制造生產，使得組裝、安裝非常困難而不便，不能在工業上得到廣泛應用。
為克服以上的缺點，本發明結合作者已有專利(名稱工業應用型永磁懸浮軸承， 專利號ZL 2009 2 0076942. 2)，在此基礎上進行再設計與優化；作者通過大量的數據計算、實驗數據分析以及實際的生產經驗，對原專利進行了重新的設計及完善，使得本發明預載荷徑向永磁軸承真正能夠工業化應用。發明內容
本發明的目的在于針對目前永磁懸浮軸承剛度低、安裝不便的缺點，提出了一種新型的可工業化應用的預載荷徑向永磁懸浮軸承。
為了達到上述目的，本發明的構思是一種預載荷徑向永磁懸浮軸承，包括兩個側環、一個外環、一個內環、多個導磁片、兩個陶瓷球軸承、兩個靜永磁環組和與其對應的一個動永磁環組。在軸向上，動靜永磁環組被兩個陶瓷球軸承隔開，軸向間隙恒定相等，動永磁環組軸向磁力平衡；在徑向上，靜永磁環組給動永磁環組向上的推力和拉力，使動永磁環組在未加載荷前具有向上的徑向預載荷， 而動永磁環組靠與之相連的內環在徑向給予阻擋，不能移動。此時，內環與外環相接觸，軸承并不懸浮。當軸承載荷值大于預載荷的數值時，內環與外環分開并下移，永磁軸承實現懸浮。當出現徑向沖擊時，靜永磁環組對動用磁環組一推一拉，迫使動永磁環恢復到原位。
上述的預載荷徑向永磁懸浮軸承為大承載能力的永磁懸浮軸承，動靜永磁環組均軸向充磁，尺寸及材料參數由理論計算及實際的試驗分析而得出。
上述永磁軸承在工業應用時，導磁片由磁導率很高的材料(例軟鐵、硅鋼片等)組成，使動靜永磁環的磁力線分布規則，同體積下永磁環磁力增大，同時也實現了整個永磁懸浮軸承外部的磁屏蔽，減小了外界對內部磁場的影響，增加了磁場的穩定性。
根據上述構思，本發明采用下述技術方案一種預載荷徑向永磁軸承，包括一個外環、一個內環、兩個側環、兩個靜永磁環組和一動永磁環組，其特征在于所述兩個側環分別通過內六角螺釘固定于外環的兩側；所述兩個靜永磁環組分別嵌在兩個側環的環形凹槽內；所述動永磁環組通過緊定螺釘固定于內環上而處在兩個靜永磁環組之間；每個所述靜永磁環組由兩個上下對合的大半圓形永磁環 A、B和兩個上下對合的小半圓形永磁環C、D組成大小兩個相套的圓形永磁環，所述八個大小半圓形永磁環A、B、C、D均軸向充磁，相鄰的永磁環磁化方向相反，即兩個大半圓形永磁環A、B磁化方向相反，兩個小半圓形永磁環C、D磁化方向相反，上大半圓形永磁環A與上小半圓形永磁環C磁化方向相反，下大半圓形永磁環B與下小半圓形永磁環D磁化方向相反； 所述兩個靜永磁環組中的八個半圓形永磁環中相同方位的永磁環軸向磁化方向相同；所述動永磁環組由一個圓形永磁環構成，其軸向磁化方向與所述兩個靜永磁環組中的上大半圓形永磁環A的磁化方向相同。
所述動永磁環組為兩個大小相同、軸向磁化方向相同的永磁環組成，在該兩個永磁環之間，還有一個所述靜永磁環組固定連接于外環內側中部。
所述靜永磁環組和動永磁環組中的永磁環均為釹鐵硼永磁環。
所述靜永磁環組和動永磁環組的永磁環與兩個側環、外環和內環之間嵌有導磁片，該導磁片為軟鐵片或硅鋼片。
所述兩個側環與內環之間分別裝有陶瓷球軸承，該陶瓷球軸承由座圈和陶瓷球構成。
本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的實質性特點和優點本預載荷徑向永磁懸浮軸承承載力大，剛度大，承載范圍廣，磁場穩定，振動小，并且可由專業化工廠批量生產，減少了用戶自行組裝帶來的不便，并易于標準化、系列化，滿足工業應用的需求。


圖1是本發明一個實施例的結構示意圖； 圖2是本發明原理解析圖； 圖3是本發明一個側環內的靜永磁環組側視圖； 圖4是本發明一個側環內的靜永磁環組拼裝在一起時的主視圖； 圖5是本發明一個側環內的靜永磁環組未拼裝前的主視圖； 圖6是本發明一個動永磁環組的主視圖； 圖7是本發明一個陶瓷球軸承圖； 圖8是本發明一個軸向擴展的實例。
具體實施方式
本發明的優選實施例結合

如下實施例一參見圖1，本預載荷徑向永磁軸承，包括一個外環(3)、一個內環(6)、兩個側環(2)、兩個靜永磁環組(1)和一動永磁環組(5)，其特征在于所述兩個側環(2)分別通過內六角螺釘(11)固定于外環(3)的兩側；所述兩個靜永磁環組(1)分別嵌在兩個側環(2) 的環形凹槽內；所述動永磁環組(5)通過緊定螺釘(4)固定于內環(6)上而處在兩個靜永磁環組(1)之間；每個所述靜永磁環組(1)由兩個上下對合的大半圓形永磁環A、B和兩個上下對合的小半圓形永磁環C、D組成大小兩個相套的圓形永磁環，所述八個大小半圓形永磁環A、B、C、D均軸向充磁，相鄰的永磁環磁化方向相反，即兩個大半圓形永磁環A、B磁化方向相反，兩個小半圓形永磁環C、D磁化方向相反，上大半圓形永磁環A與上小半圓形永磁環 C磁化方向相反，下大半圓形永磁環B與下小半圓形永磁環D磁化方向相反；所述兩個靜永磁環組(1)中的八個半圓形永磁環中相同方位的永磁環軸向磁化方向相同；所述動永磁環組(5)由一個圓形永磁環構成，其軸向磁化方向與所述兩個靜永磁環組(1)中的上大半圓形永磁環A的磁化方向相同。
實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下上述永磁軸承在工業應用時，各永磁環與兩個側環(2)、外環(3)(見圖8)和內環(6)之間嵌有導磁片(10)，導磁片(10)由磁導率很高的材料(例軟鐵、硅鋼片等)組成，使動、靜永磁環的磁力線分布規則， 同體積下永磁環磁力增大，同時也實現了整個永磁懸浮軸承外部的磁屏蔽，減小了外界對內部磁場的影響，增加了磁場的穩定性。
所述兩個側環(2)與內環(6)兩側之間分別裝有陶瓷球軸承(9)，該陶瓷球軸承 (9)由座圈(7)和陶瓷球(8)構成。
圖2為本實施例的原理解析圖，動永磁環組(5)受到靜永磁環組(1)的徑向向上的吸引力和排斥力，產生一個預加載荷。此時，永磁軸承并不處于懸浮狀態，內環(6)與側環(2)接觸；當軸承所承受的載荷值大于預載荷的數值時，內環(6)與側環(2)分開并下移， 永磁軸承實現懸浮。其中，內環(6)有一定的上下活動量，以確保承載范圍，移動幅度由理論計算及實驗數據進行設計。當軸承出現徑向沖擊時，靜永磁環組(1)對動用磁環組(5) 一拉一推，迫使動永磁環恢復到原位。靜永磁環組(1)由八個半圓形的永磁環組成，分別嵌套在兩個側環(2)內，兩側對稱分布，每個側環內各有四個半圓形軸向充磁的釹鐵硼永磁環 (A)、(B)、(C)、(D)。
圖3為一個側環內的靜永磁環組側視圖，圖4為一個側環內的靜永磁環組拼裝在一起時的主視圖，圖5為一個側環內的靜永磁環組未拼裝前的主視圖；可以清晰的看出一個側環內的靜永磁環組由(A、B、C、D)四個半圓形軸向充磁的釹鐵硼永磁環組成，其中半永磁環(A )、( D )磁化方向相同，半永磁環(B )、( C )磁化方向相同，半永磁環(A )、( D )與半永磁環(B)、(C)磁化方向相反。
所述靜永磁環組(1)的八個半圓形軸向充磁的釹鐵硼永磁環被強力膠水粘結在側環(2)內。
圖6為一個動永磁環組的主視圖，動永磁環組由一個完整的軸向充磁的釹鐵硼永磁環組成，安裝時，由緊定螺釘(4)定位在內環(6)上。
圖7為一個陶瓷球軸承(9)，其中，(7)為座圈，(8)為陶瓷球，材料均為氮化硅自潤滑材料，摩擦力矩極小。
實施例三參見圖8，本實施例與實施例一基本相同，特別之處是所述動永磁環組(5)為兩個大小相同、軸向磁化方向相同的永磁環組成，在該兩個永磁環之間，還有一個所述靜永磁環組(1)固定連接于外環(3)內側中部。
以上為本發明的優選實施例，在具體工業加工應用時可以進行結構擴展及應用， 但這些變形和改進均將落入本發明的保護范圍。圖8所述實施例三為本發明軸向擴展的一個實例，結構擴展之后，永磁環數量增加，承載面積增大，承載力加倍增長，適合重載場合。
本預載荷徑向永磁軸承突破了常規設計，創新性地應用相反磁極方向的永磁環實現軸承的預載荷，極大的增加了永磁軸承的承載力及剛度，并用摩擦力極小的陶瓷球自潤滑系統取代了傳統的機械軸承，具有結構簡單、可靠、成本低、使用便捷的優點，便于大規模應用及系列化生產，具有很大的市場潛力。
權利要求
1.一種預載荷徑向永磁軸承，包括一個外環(3)、一個內環(6)、兩個側環(2)、兩個靜永磁環組(1)和一動永磁環組(5)，其特征在于1)所述兩個側環(2)分別通過內六角螺釘(11)固定于外環(3)的兩側；2)所述兩個靜永磁環組(1)分別嵌在兩個側環(2)的環形凹槽內；3)所述動永磁環組(5)通過緊定螺釘(4)固定于內環(6)上而處在兩個靜永磁環組(1) 之間；4)每個所述靜永磁環組(1)由兩個上下對合的大半圓形永磁環A、B和兩個上下對合的小半圓形永磁環C、D組成大小兩個相套的圓形永磁環，所述八個大小半圓形永磁環A、B、 C、D均軸向充磁，相鄰的永磁環磁化方向相反，即兩個大半圓形永磁環A、B磁化方向相反， 兩個小半圓形永磁環C、D磁化方向相反，上大半圓形永磁環A與上小半圓形永磁環C磁化方向相反，下大半圓形永磁環B與下小半圓形永磁環D磁化方向相反；所述兩個靜永磁環組 (1)中的八個半圓形永磁環中相同方位的永磁環軸向磁化方向相同；5)所述動永磁環組(5)由一個圓形永磁環構成，其軸向磁化方向與所述兩個靜永磁環組(1)中的上大半圓形永磁環A的磁化方向相同。
2.根據權利要求1所述的預載荷徑向永磁軸承，其特征在于所述動永磁環組(5)為兩個大小相同、軸向磁化方向相同的永磁環組成，在該兩個永磁環之間，還有一個所述靜永磁環組(1)固定連接于外環(3)內側中部。
3.根據權利要求1或2所述的預載荷徑向永磁軸承，其特征在于所述靜永磁環組(1) 和動永磁環組(5)中的永磁環均為釹鐵硼永磁環。
4.根據權利要求1或2所述的預載荷徑向永磁軸承，其特征在于所述靜永磁環組(1) 和動永磁環組(5 )的永磁環與兩個側環(2 )、外環(3 )和內環(6 )之間嵌有導磁片(10 )，該導磁片(10)為軟鐵片或硅鋼片。
5.根據權利要求1或2所述的預載荷徑向永磁軸承，其特征在于所述兩個側環(2)與內環(6)兩側之間分別裝有陶瓷球軸承(9)，該陶瓷球軸承(9)由座圈(7)和陶瓷球(8)構成。
全文摘要
本發明涉及一種預載荷徑向永磁軸承。它包括側環、外環、內環、導磁片、陶瓷球組件、靜永磁環組和與動永磁環組；所述靜永磁環組由八個半圓形永磁環組成，分別嵌在兩個側環內；所述動永磁環組由一個完整永磁環組成，并用緊定螺釘定位在內環上。靜永磁環組與動永磁環組之間的軸向間隙恒定相等且由陶瓷球組件進行定位；所述陶瓷球組件由座圈和陶瓷球組成；所述的導磁片由磁導率高的材料組成。本發明應用相反磁極方向的永磁環實現軸承的預載荷，極大的增加了永磁軸承的承載力，并用摩擦力極小的陶瓷球自潤滑系統取代了傳統的機械軸承，結構簡單可靠、使用便捷，便于系列化生產。
文檔編號F16C32/04GK102537047SQ201210008109
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年2月25日
發明者張堅, 張鋼, 張雪, 李明彥, 殷慶振, 蔣德得, 阮娟 申請人:上海大學