如何制作磁轴承

① 磁轴承的基本内容

主动磁悬浮轴承(Active Magnetic Bearing),是一种应用转子动力学、机械学、电工电子学、控制工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等综合技术,通过受控磁场力将转子和轴承分开,实现无机械接触的新型高性能轴承。
由于不存在机械接触,磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点,转子可以高速旋转,其转速只受转子材料强度的限制,功耗和噪声极低,能适用于多种复杂的应用环境。磁轴承的另一个突出优点是转子运行状态可以由控制系统实时检测,可以在线评估不平衡大小并能对不平衡进行主动控制,从而使转子系统的控制达到很高的精度。磁轴承具有的这些特点,使它在很多应用领域内与传统滚动轴承、油膜轴承以及气体轴承相比具有明显的优越性。

② 磁轴承的原理

利用电场力、磁场力使轴悬浮的滑动轴承。用电场力悬浮的为静电轴承，用磁场力悬浮的为磁力轴承（见图），用电场力和磁场力共同悬浮的为组合式轴承。后一种轴承既有电极又有磁极，在电路连接上使电容和电感相互对应调谐，其刚度比前两者要高得多，而最大力所对应的位移却很小。电磁轴承因轴与轴承无直接接触，不需润滑，能在真空中和很宽的温度范围内工作，摩擦阻力小，不受速度限制（有的转速高达2300万转/分,线速度高达3倍音速）,使用寿命长,结构可多样化。静电轴承需要很大的电场强度,应用受到限制，只能在少数仪表中使用。磁力轴承具有较大的承载能力和刚度，已用于超高速列车、超高速离心机、水轮发电机、空间飞行器的角动量飞轮、流量计、密度计、功率表、真空泵、精密稳流器和陀螺仪等。随着磁性材料和电子技术的发展，电磁轴承的应用正日益扩大。
电场力与电场强度、电位移和电极面积成正比，磁场力与磁场强度、磁感应强度和磁极面积成正比。适当选择电场或磁场参数和几何尺寸，可得到一定的轴承承载能力和刚度。静电吸力或磁引力与物体间距离的平方成反比，根据安尔休定理，这种静力学系统是静不定的，所以除采用抗磁体或超导体的轴承外，在静电场或静磁场下工作的轴承是不稳定的。为使电磁轴承能稳定工作，必须采用伺服装置或调整电路参数等方法进行控制。实际使用的电磁轴承一般由径向轴承、推力轴承、伺服控制回路、阻尼器、速度传感器或位置传感器等组成。

③ 磁力轴承的几种典型的磁力轴承

1．永磁型磁力轴承
永磁型磁力轴承是由永久磁铁制成的，可做成各种形状。轴承的承载能力和刚度决定于永磁材料的种类，磁极的形状、面积、厚度和配置方式，轴承间隙，以及软磁钢部分的尺寸。这种轴承的理论计算十分困难，常采用“实验相似法”进行结构设计。即用实验方法确定几种典型轴承结构，测出其承载能力、刚度值。新设计轴承只要取相同的材料，结构形式与尺寸按比例确定，其性能即可按比例求出，如承载能力与轴承特征尺寸的平方成比例等。
2．被动式交流激励型磁力轴承
推力轴承通常都是成对组合式，每个轴承就是一个电磁铁。铁心几何形状一般为E形、U形或圆环形。调谐方式分串联和并联两种。
一、特点与分类
1．特点
1.摩擦小，功耗低，可实现超高速运转。
2.支承精度高，工作稳定，可靠。
3.可在高温、深冷及真空环境下运转。
4.结构复杂，要求条件苛刻，对环境有磁干扰，但无其他污染。
5.完全消除磨损，理论寿命是无限的
6.转速只受轴承材料限制
7.精度高可达微米级
8.功耗为普通轴承的10%
9.阻尼、刚度可控，便于智能控制
10.转子的运转特性可以监控和控制
11.无润滑、密封装置，没有环境污染
2．分类
磁力轴承根据其控制方式、磁能来源、结构形式等分类。此外，还可以按磁场类型划分为永久磁铁型、电磁铁型和永久磁铁—电磁铁混合型。也可按轴承悬浮力类型划分为吸力型和斥力型。超导磁力轴承还分为低温超导和高温超导两种。
以上各种分类中不同类型之间还存在一些特殊限制，应特别注意。
①永磁型轴承只能是无源型(被动型)，而无源型轴承不可能在3个方向上都稳定，至少有1个方向应采用有源型。
②直流激励型轴承只能是有源型(主动型)。
③纯电磁铁型轴承只能是5自由度控制型轴承，其体积、质量和功耗都比较大。
④斥力型磁力轴承，由于磁力利用率低，结构较吸力型复杂，一般很少采用。
二、磁力轴承的应用实例
1．机床中的应用 在机床主轴中的应用有限，属试用性质。
(1)精密机床主轴
法国S2M公司制造了采用5自由度控制磁力轴承支承的精密主轴，其径向轴承的dn值为4X106mm·r/min，轴颈线速度为200m/s，推力轴承的dn值为8X106mm·r/min，止推轴颈线速度为400m/s。
(2)超精透镜车床
法国S2M公司由主动磁力轴承支承的超精透镜车床主轴，转速2000r/min，功率lkW，加工精度0．05ttm。
2．精密仪器中的应用
英国国家物理实验室研制了采用磁浮导轨的自动分辨测量仪，在lkHz的频带内，支承刚度为175N/gm，分辨率达0．1nm。
3．泵类中的应用
(1)血液泵
日本东京大学与NTN公司合作研制的磁力轴承血液泵。主轴由5自由度主动控制型磁力轴承支承，进口径向轴承的承载能力为18N，出口轴承径向承载能力为22N，推力轴承的承载能力为9．2N。
(2)循环泵 法国SEP公司采用S2M公司的主动型磁力轴承研制开发出火箭发动机用液氧、液氢循环泵。
4．空间技术中的应用
日本NAL&MELCO和NAL&TOSIBA公司用主动型磁力轴承支承空间姿态控制惯量轮。
5．物理实验中的应用
(1)高精密粒子束变换器 德国Uranit公司推出了三种用磁力轴承支承转子的粒子束变换器。
(2)中子选择器
德国KFA公司制造的中子选择器，采用单自由度被动型磁力轴承支承转子，转速为36000r/min

④ 请举出在生产实践和日常生活中应用滑动轴承的两个实例

1、塑料轴承

常用塑料制作轴承、导轨、活塞环等摩擦副零件，例如水泵轴承，轧钢机轴承，船尾轴承等，特别是可以用塑料制作无润滑轴承。

T将聚四氟乙烯片材冲压成唇型密封圈、轴瓦、活塞环和垫片等，成功地应用于带式输送机、打字机、缝纫机、电唱机唱盘、水泵、纺织机械和农业机械等设备上。

塑料具有质轻、绝缘、减摩、耐磨、自润滑、耐腐蚀、成型工艺简单、生产效率高等特点。和金属材料比较，它们的摩擦学性能对环境温度和湿度敏感、与粘弹性有关的特性显著、机械强度底、弹性模量小，对润滑油的吸附性差。

2、石墨轴承

碳石墨一般导电性好、耐热、耐磨、有自润滑性、高温稳定性好，耐化学腐蚀能力强，热导率比聚合物高，线胀系数小。在大气和室温条件下与镀铬表面的摩擦因数和磨损率都很低。但在湿度很低时会丧失润滑性。：涂覆耐磨涂层能提高碳石墨的耐磨性。

石墨不但可作固体润滑剂，可加入树脂、金属、陶瓷等材料中，增加这些材料的减摩性，还可直接作为摩擦副材料使用，如制作造纸、木材加工、纺织、食品等忌油场所的轴承，高温滑动轴承，密封圈，活塞环，刮片等。

机械1工程用碳石墨材料的“类”代表符号为m，有4个系列：碳石墨材料、电化石墨材料、树脂碳复合材料和金属石墨材料。

3、电磁轴承

电磁轴承因轴与轴承无直接接触，不需润滑，能在真空中和很宽的温度范围内工作，摩擦阻力小，不受速度限制（有的转速高达2300万转/分，线速度高达3倍音速），使用寿命长，结构可多样化。静电轴承需要很大的电场强度，应用受到限制，只能在少数仪表中使用。

磁力轴承具有较大的承载能力和刚度，已用于超高速列车、超高速离心机、水轮发电。

4、可倾瓦块轴承

它比单油楔液体动压径向轴承的承载能力低，但回转精度高，稳定性能好，广泛用于高速轻载的机械中，如汽轮机和磨床等。瓦块数目一般为3~

瓦块的布置方式有载荷正对相邻瓦块支点之间和载荷正对某-瓦块支点两种。若载荷相同，后者轴的偏心率较小；若承受载荷最大的瓦面最小油膜厚度相同，前者承载能力高、功耗小、温升低。

5、宝石轴承

宝石轴承英文名字jewel bearing；宝石轴承是用宝石等硬质材料制成的滑动轴承。宝石轴承主用于仪器仪表中。仪器仪表轴承承受载荷很小，但要旋转精度高灵敏度好、使用寿命长。

⑤ 对于制造轴承，常有哪些材料选择，及对于的热处理工艺

轴承的材料太多了，一一说出还要写出对应工艺，可以出书了。。。
就挑个用量最大的轴承钢说吧，GCr15
常用加热温度（空气电阻炉）：830~860度（具体看零件有效壁厚和热处理前球化退火状态，细的球化组织用下限，薄的复杂的零件用下限），淬火后硬度12mm有效壁厚以下的要求大于等于63HRC
回火：150~250度比较常见，组织为回火马氏体，具有高耐磨性和高强度的组织