有关电磁悬浮轴承理解与联想

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1、有关电磁悬浮轴承的理解与联想机械0804班钟扬u200810456序记得在复习“机械设计”有关轴承的章节中曾考虑过这样的问题：现在传统意义上的轴承一个共有的缺点是摩擦发热量大，能量损耗高，如果一种新型轴承可以减少轴与轴承间的摩擦，不光能减少能量损耗，而且能提高轴承寿命，将会有很好的发展前景，于是构想一种“电磁悬浮轴承”的想法油然而生。当晚回寝室与室友兴奋的说了这些构想，不料第二天室友在上“工艺装备学”这门课的时候老师便向他们介绍了这种已然存在的“电磁悬浮轴承”。于是现搜集相关资料，将我的思考过程与实物

2、的相关知识记录如下。一、什么是轴承轴承的定义为：用于确定旋转轴与其他零件相对运动位置，起支承或导向作用的零部件。它是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。传统轴承按运动元件摩擦性质的不同，可分为滑动轴承和滚动轴承两类。按公称外径可分为小至几十毫米的微型轴承到大至2000毫米以上的重大型轴承。按载荷方向可分为向心轴承和推力轴承。二、传统轴承的特点及缺陷传统轴承按摩擦副的形式可分为滑动轴承和

3、滚动轴承，这里分别加以介绍。滑动轴承是在滑动摩擦下工作的轴承。常用的滑动轴承材料有轴承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨铸铁、粉末冶金材料、塑料、橡胶、聚四氟乙烯等。轴承合金主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好，适用于重载、高速情况下。但轴承合金的强度较小，价格较贵。滑动轴承的相对滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，其承载能力高、工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力，寿命较

4、长。但起动摩擦阻力较大，维护需要消耗较多的润滑油，制造需要大量的有色金属。滚动轴承依靠其主要元件间的滚动接触来支承转动或摆动零件，运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少路人摩擦损失。其运作时内圈随轴回转，外圈固定，内外圈的相对转动时，滚动体在内外圈的滚道内滚动，发生滚动摩擦。与滑动轴承相比，滚动轴承的摩擦力矩和发热较小，启动转矩更低，单位宽度承载能力达，且维护方便，节省了润滑剂的消耗和制造时有色金属的消耗。但其径向外廓尺寸较滑动轴承大，承载能力和减震能力差，接触应力高。三、我对电磁悬浮轴承

5、的构思阅读传统轴承的特点总结发现，两种类型都不可避免的存在摩擦损耗，而摩擦损耗是造成元件磨损、传动效率降低的主要原因之一，在计算机械效率时总要在轴承这一环节扣掉1%-3%的传动效率。如何能减少摩擦损耗呢？假如摩擦面之间没有接触，就没有了摩擦，自然就没有了损耗，于是自然而然的联想到了磁悬浮。为什么不将轴承做成磁悬浮的呢？于是我展开了进一步的全面的构想。上图是轴承的大概示意图。外方内圆的设计便于轴承的摆放定位，在矩形外框的四条边周围摆放用于产生电磁场的导线。使用时根据轴的受载和本身的重量计算出所需产生的磁

6、场的大小，然后根据控制系统控制电流的大小从而产生可以平衡掉轴的重力的磁场。轴在旋转过程中，轴的中心线与轴承的中心线共线，因此轴只与空气产生摩擦，发热量极微小。又考虑到在电磁场消失后轴会从悬空状态掉下，因此需要一组如下图所示的支撑杆负责在电磁场启动前把轴托到位，在电磁场取消后把轴放下。（此图为示意图，实际效果应把支撑部分做成可受控制伸缩的形式）电磁悬浮轴承的工作分为以下步骤：1、支撑杆伸出将轴托到位。2、通过轴的承重计算所需磁场力，进而得出导线中所需的电流分布。3、通电产生磁场力。4、支撑杆缩回。5、轴

7、旋转，进入工作状态。6、轴停转。7、支撑杆伸出托住轴。8、停止通电，磁场消失。设计电磁悬浮轴承系统应注意以下几点：1、应有反馈校正环节，通过传感器时刻监测轴的位置（轴心线的偏移）并随时调整电流以保证轴心线对正。2、对电磁波敏感，需要较好的隔离干扰装置。3、为了应对突然停电时磁场消失轴失去支撑的情况，应有备用电源。使用电磁悬浮轴承受到以下限制：1、轴必须含铁磁性材料。2、对于重载的轴，是否能产生足够大的磁场力平衡其受载有待考证。3、高速旋转的轴在磁场中是否会产生电涡流有待研究。电磁悬浮轴承相比其他传统轴

8、承有以下优势：1、摩擦损耗极小，可以很好的提高传动效率。2、用于产生磁场的电流发的热量可以收集起来用于其他工作。3、一种尺寸的轴承可以用于多种轴颈的轴，实质上一个电磁悬浮轴承所能提供的最大磁悬浮力决定了它的工作范围，其外形、尺寸非常自由。4、轴承元件的磨损可以忽略不计，节省了维修成本。四、现在的磁悬浮轴承简介利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想由来已久，但实现起来并不容易。早在1842年，Earnshow就证明：单靠永久磁体是不能将一个铁磁体在所有6个