[01126321]低损耗大阻尼磁悬浮轴承技术

1、研究意义： 虽然具有传统轴承无可比拟的优点,但是在大功率应用场合,磁悬浮轴承的涡流和磁滞损耗依然很大。另外由于受控制参数稳定区域的限制,磁悬浮轴承的等效刚度和阻尼远小于传统轴承。为解决这两方面的问题,本项目在低损耗磁悬浮轴承技术和组合支承两方面开展研究,目的是推动磁悬浮轴承在民用及国防领域的应用。 2、主要科学技术内容、创新点和知识产权情况： 1)在控制策略上,国内一般采用有偏置电流方式,国外采用有偏置电流方式或零偏置电流方式。本项目提出变偏置电流方式控制策略,与现有技术相比,该控制策略可在保证系统安全稳定运行的前提下,有效降低磁悬浮轴承的损耗。 2)国内公开文献未见有关同极型磁悬浮轴承加工工艺的研究,本项目发明了带镂空硅钢片叠装焊接并一次加工成型的工艺,解决了同极型磁悬浮轴承硅钢片沿轴向不连续的加工问题,与国外工艺相比,成本低且精度高。 3)为了提高支承阻尼,国内外一般采用基于同步振动抑制技术或现代控制理论的控制策略,因此控制策略复杂。本项目提出两种组合支承结构,通过采用简单的控制策略控制磁悬浮轴承,并分别利用磁悬浮阻尼器和金属橡胶环产生的附加阻尼,有效降低转子的振幅,减轻磁悬浮轴承的负担,保证系统的动态性能。 本项目在上述三个方面被授权三项国家发明专利。 3、技术指标： 1)针对1Kw磁悬浮电主轴的试验表明,在转速为60000r/min时,同极型磁悬浮轴承较异极型磁悬浮轴承的损耗下降约17%,随着功率和转速的增加,损耗下降越明显。 2)针对磁悬浮轴承磁悬浮阻尼器组合支承柔性转子系统的试验表明,增加磁悬浮阻尼器后,第一阶弯曲模态阻尼增加了6.4倍,第二阶弯曲模态阻尼增加了2.57倍,转子在越过弯曲临界转速时的振幅大幅降低。 3)针对磁悬浮轴承金属橡胶环组合支承柔性转子系统的试验表明,增加金属橡胶环后,第一阶弯曲模态阻尼增加了32%,第二阶弯曲模态阻尼增加了4%,转子在越过弯曲临界转速时的振幅明显降低。 4、应用推广情况： 本项目成果已应用于江西中航光学设备有限公司生产的磁悬浮电主轴中,该磁悬浮电主轴装备于江西中航光学设备有限公司研发的精密数控雕磨设备上,解决了传统滚动轴承支承电主轴因摩擦带来的短寿命和大损耗问题,以及因油雾润滑引起的环境污染问题。该精密数控雕磨设备主要用于玻璃、蓝宝石视窗的外周边和微小开孔及内周边加工、航空高温合金产品加工,具有显著的经济价值和国防及社会效益。 本项目成果正在应用于苏州欧拉工程技术有限公司生产的磁悬浮高速电机直驱压缩机中。该设备是制冷系统的心脏,通过采用低损耗大阻尼磁悬浮轴承技术,能够实现压缩机转子的无接触支承,无需润滑系统,可大大减少设备的重量、体积和噪音,显著提高其寿命和可靠性,具有显著的经济价值和国防及社会效益。 5、成果鉴定： 本项目成果于2014年11月23日通过国防科学技术成果鉴定,其主要鉴定结论为“成果处于国内领先水平,在变偏置电流方式和组合支承方面达到了国际先进水平”。