新型氣磁懸浮軸承的機理研究及仿真分析*

倪喜卓，曾 勵，白文鑫，張 帆，竺志大，寇海江

(揚州大學機械工程學院，揚州 225127)

0 引言

在高速及精密機械領域，目前常用的軸承有滾動軸承、液體靜壓軸承、氣體靜壓軸承、主動磁軸承等。其中氣體靜壓軸承與磁懸浮軸承由于具有摩擦阻力小、溫度上升幅度小、清潔無污染、無磨損以及能夠進行高速傳輸等優點，成為非接觸支承領域的主流技術[1-4]。前者有多種不同的節流形式，節流形式的不同會直接影響其工作性能[5-7]，但總體上其動態可調性差。后者又分為主動磁軸承、被動磁軸承和混合磁軸承，其中主動磁軸承可控性良好[8-9]。

將兩種軸承結合使用可以揚長避短，形成優勢互補，提高軸承承載能力的同時，也可以改善轉子系統動力學性能，當某種軸承失效，另一軸承可以補充為保護軸承，實現轉子穩定運轉。SWANSON等[10]首次發現了將氣磁軸承混合使用，提高了系統阻尼、剛度和承載力，但只限于初步試驗現象，未給出具體的理論模型。劉暾等[11]以氣體軸承為主要承載元件，以電磁軸承修正氣體軸承的誤差和外界干擾的影響，提高了擺動精度，但未就系統的剛度和懸浮力進行推導和驗證。趙寧[12]對氣磁軸承中箔片氣體動壓軸承進行了較為深入的試驗，但未能對氣磁軸承的綜合承載機理和懸浮特性進行研究。PHAM等[13]通過研究發現氣磁混合軸承支撐轉子系統在臨界轉速附近的振幅比普通氣體軸承降低了26%，但其轉子系統結構冗雜。陳素平[14]采用模糊PID控制方法驗證了氣磁軸承控制系統的可行性和實用性，達到了主軸回轉精度的要求，但其仍為組合式傳統結構且未對磁軸承部分進行相應的磁場分析。……