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1、第24卷第4期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.24No.42001年8月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYAug.2001采用有限元法分析径向永磁轴承的力学特性杨志轶, 赵 韩, 田 杰, 杨 红(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)摘 要:文章采用有限元法对径向永磁轴承的磁场分布进行了数值模拟分析,并就轴承结构参数对轴承特性的影响进行了研究。研究结果表明,对于斥力型径向轴承,两磁环之间的轴向位移对轴承的承载力与刚度有明显影响;对于
2、吸力型轴承,两磁环之间的气隙选择至关重要。研究结论为径向永磁轴承的设计、优化与应用提供了科学依据。关键词:径向永磁轴承;有限元;轴承承载力;轴承刚度中图分类号:TH133.3 文献标识码:A 文章编号:100325060(2001)0520477205AnalysisofmechanicalcharacteristicsofradialpermanentbearingsusingfiniteelementmethodYANGZhi2yi,ZHAOHan,TIANJie,YANGHong(
3、SchoolofMechanicalandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Thedistributionofmagneticfieldofradialpermanentbearingsisanalyzedusingfiniteele2mentmethod.Theinfluenceofstructuralparametersoncharacteristicsofbearings
4、isstudied.There2sultsshowthattheaxialdisplacementbetweentwotoroidalpermanentmagnetshasaninfluenceuponthebearingcapacityandbearingstiffnessoftherepulsivetypeofradialpermanentbearings,anditishighlyimportantthattheaxialairgapofbetweentwomagnetsbecorrect
5、lychosenfortheattractivetypeofradialpermanentbearings.Theobtainedresultscanbeusedasascientificbasisforthede2sign,optimizationandapplicationofradialpermanentbearings.Keywords:radialpermanentbearing;finiteelementmethod;bearingcapacity;bearingstiffness磁
6、力轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空间,使转子与定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。与传统轴承相比,磁力轴承具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑及无油污染等优点,特别适用高速、真空、超净等特殊环境,可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、飞轮储能、转子动力学特性辨识与测试等领域,被公认为极有前途的新型轴承。磁力轴承起源于永磁材料的出现,当时受材料性能的影响以及悬浮力较小限制了永磁轴承的应用,人们转向主动式电磁轴承的研究。1968年钐钴永磁的研究成功,到最近几年各种高性能
7、的稀土永磁材料的急速商用化,而且永磁轴承具有体积小、结构简单、可靠性高和无能量消耗等优点,因此在航空、仪表、化工等许多领域中都具有其独收稿日期:2001204204基金项目:国家自然科学基金资助项目(59975027)作者简介:杨志轶(1974-),男,安徽宿松人,合肥工业大学博士生;赵 韩(1957-),男,安徽滁州人,合肥工业大学教授,丹麦奥尔堡大学博士,博士生导师.478 合肥工业大学学报(自然科学版) 第24卷特的应用场合。永磁轴承是由动、静两磁环组成,利用磁
8、性材料同性相斥、异性相吸的原理,使动磁环悬浮于静磁环中,保证旋转时动、静磁环不相接触,从而可大大降低运动摩擦阻力。轴承的承载能力与刚度是永磁轴承最重要的性能指标,文献[1,2]忽略轴承磁环的曲率以及磁体间的相互退磁作用,将两磁环之间的相互作用等效为2个无限长磁体的相互作用,采用等效磁荷的方法进行承载力计算。文献[3]在圆环状态下采用等效磁荷的方法对轴承承载力与刚度进行计算。这些方法都无法给出磁场的分布状态,不利于探索改善磁场分布,以提高永磁轴承承载能力与系统稳定性的方法。目前,有限元方法是最有效
