[發明專利]用于測量磁懸浮軸承軸向、徑向剛度的裝置及方法

無效

• 申請號: 201110255372.5
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102435434A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 陳琛;馬驍;尹成科;張亦柯
• 申請（專利權）人: 蘇州同心醫療器械有限公司
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮軸承的剛度測量裝置，特別為一種盤狀磁懸浮軸承的永磁剛度和開環電流剛度的測量裝置。

背景技術

隨著現代旋轉機械轉速的大幅度提高，支承對轉子系統的穩定性、動態特性、旋轉精度等的影響越來越大，在許多場合幾乎支配著整個系統的穩定性。而對軸承的支承特性進行研究，無論軸承是應用何種原理與方法，歸根結底都是對它的支承剛度和支承阻尼進行研究，只有符合一定標準的剛度才能使系統穩定運行。因此對磁懸浮軸承的剛度測量，是保證其正常穩定工作的必要步驟。

磁懸浮軸承沿某方向的剛度定義為：沿此方向的單位位移所需要的此方向力的增量。現有測量方法大致有如下兩種：

(一)臨界電流測量法

如附圖1a、1b所示，轉子3與保護軸承1中心重合時單邊間隙為δ₀。未通電時轉子靜止狀態如附圖1b所示，轉子在豎直方向上具有偏心位移y₀＝-δ₀。

設通入繞組電流為I_2m，將I_2m值由0開始增加，產生沿Y正向的可控磁懸浮力，通過安裝在X軸與Y軸方向上的傳感器，尋找使轉子懸浮的臨界值。此時轉子的水平方向X合力為零，豎直方向Y的受力狀態為：

F_c+F_e＝G；

式中：F_c為可控磁懸浮力；F_e為轉子偏心引起的磁拉力；G為轉子自重。且已知：

F_c＝K_cI_2m，F_e＝K_ey₀；

其中K_c和K_e為電流剛度和位移剛度。所以，

G＝K_cI_2m+K_ey₀；

改變轉子偏心位移值(設由y₀變為y₁)和沿Y向的可控磁懸浮力(設繞組電流由I_2m變為I_2m1)，可得：

G＝K_cI_2m1+K_ey₁；

進而求出K_c和K_e。

(二)直接測量法

圖2(a)為兩磁環正對時軸向力的測定原理圖。測定兩磁環正對軸向間距變化的軸向力時，先把固定厚度的調整環6置于兩永磁環5、8之間，并使兩磁環緊密相吸，測出這時兩磁環間的軸向間距l_z。然后如圖所示施加拉力T，逐漸增加拉力T的值，直到上面的動磁環剛好被拉動時，即可認為此時的拉力T與軸向吸引力F_z相等。

測量徑向力時，當偏心距較小時，動磁環5受到的徑向力較小而軸向因此在靜摩擦力的力很大，在靜摩擦力的作用下，動磁環5可保持不動。這時保持調整環6和中間的隔板7與靜磁環8位置不變，在偏心距相同的位置，分別向左和向右各拉一次動磁環，當上面的磁環剛好被拉動時的拉力分別記為T₁和T₂。在這兩種情況下動磁環的拉力情況如圖2(b)，用f_靜表示動磁環受到的靜摩擦力，向左剛好拉動磁環時，有：

F_x+T₁＝f_靜；

向右剛好拉動磁環時，有

F_x+f_靜＝T₂；

由上兩式可得徑向力的值：

F_x＝1/2(T₂-T₁)。

但是，當偏心距逐漸增大時，靜摩擦力會由于軸向力的減小而減小，同時徑向力也會增加。當徑向力的值增大到大于靜摩擦力的值時，即使不向左拉，上面的磁環也會向左移動。在這種情況下，如圖2(c)所示，先施加一定的拉力使上面的磁環能保持不動，然后逐漸增大拉力，直到上面的磁環剛好向右移動時記下這時的拉力為T₂；然后又逐漸減小拉力，直到上面的磁環剛好向左移動時記下這時的拉力為T₂’。

當動磁環剛好向右移動時，有：