專利名稱：一種級(jí)間采用電磁驅(qū)動(dòng)式調(diào)速的二級(jí)軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承，尤其是帶有能調(diào)節(jié)級(jí)間轉(zhuǎn)速的電磁驅(qū)動(dòng)調(diào)速裝置的二級(jí)軸承。
背景技術(shù)：
引證中國專利文獻(xiàn)，公開號(hào)CN2122259U。
一種多層向心滾珠軸承，較現(xiàn)有向心滾珠軸承相比特征在于在軸承內(nèi)外圈之間加一個(gè)中間圈，軸承內(nèi)圈和中間圈之間裝有滾珠，軸承外圈和中間圈之間裝有滾珠。增加了軸承內(nèi)外圈之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)的可能性，因此可以適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
由引證可知，此種二級(jí)(即二層)軸承的內(nèi)圈和中間圈及其間滾珠組成一普通單級(jí)軸承，中間圈和外圈及其間滾珠組成又一普通單級(jí)軸承，當(dāng)中間圈相對(duì)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)工作在普通單級(jí)軸承的極限轉(zhuǎn)速，同時(shí)外圈同方向相對(duì)中間圈旋轉(zhuǎn)工作在普通單級(jí)軸承的極限轉(zhuǎn)速時(shí)，此種二級(jí)軸承的內(nèi)圈與外圈之間的極限轉(zhuǎn)速為兩級(jí)普通單級(jí)軸承的極限轉(zhuǎn)速的和，達(dá)到最大極限轉(zhuǎn)速狀態(tài)。此時(shí)要求中間圈轉(zhuǎn)速與內(nèi)外圈轉(zhuǎn)速之間要可靠的相互關(guān)聯(lián)。例如此種二級(jí)軸承外圈固定內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中間圈轉(zhuǎn)速保持在與內(nèi)圈同向并相對(duì)內(nèi)圈轉(zhuǎn)速一半的轉(zhuǎn)速上。此時(shí)，軸承的兩級(jí)滾動(dòng)體(這里是滾珠)基本均擔(dān)滾動(dòng)任務(wù)，對(duì)提高軸承整體極限轉(zhuǎn)速或延長(zhǎng)其使用壽命均有益，軸承工作在最佳狀態(tài)。
然而，此種二級(jí)軸承的中間圈的轉(zhuǎn)速，由其受力情況決定。具體受到兩側(cè)滾動(dòng)體對(duì)其摩擦力的作用。當(dāng)中間圈內(nèi)側(cè)的摩擦力大于其外側(cè)的摩擦力時(shí)，中間圈保持與內(nèi)圈相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反之，中間圈保持與外圈相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。滾動(dòng)體對(duì)中間圈的摩擦力的大小受到它們的制造精度、配合精度及其潤(rùn)滑狀況等諸多因素的影響，存在很大的隨機(jī)性。即使兩側(cè)滾動(dòng)體對(duì)中間圈的摩擦力相等，又因?yàn)閮蓚?cè)摩擦力一個(gè)為動(dòng)力，一個(gè)為阻力，兩力方向始終相反，合力為零，也只會(huì)使中間圈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變，即轉(zhuǎn)或不轉(zhuǎn)?？梢娭虚g圈的運(yùn)動(dòng)情況存在很大的隨機(jī)性，沒有與內(nèi)外圈轉(zhuǎn)速之間的可靠的相互關(guān)聯(lián)，不能使軸承工作在最佳狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種軸承，該軸承由電磁驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)構(gòu)和二級(jí)軸承機(jī)構(gòu)有機(jī)組合，功能上互相支持，可靠的實(shí)現(xiàn)二級(jí)軸承的級(jí)間調(diào)速要求。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種級(jí)間采用電磁驅(qū)動(dòng)式調(diào)速的二級(jí)軸承主要由內(nèi)圈、外圈、中間圈和兩組傳動(dòng)介質(zhì)組以及兩組保持架組成，其介質(zhì)可以是滾珠、滾針、滾柱或流體如(油)中的一種或它們的排列組合，根據(jù)介質(zhì)與內(nèi)、外、中圈結(jié)構(gòu)的變化，二級(jí)軸承可以是二級(jí)滾動(dòng)軸承、也可以是二級(jí)滑動(dòng)軸承，或是多種排列，它即可以是二級(jí)向心軸承，也可以是二級(jí)推力軸承，其特征是在內(nèi)圈的一側(cè)或兩側(cè)固結(jié)有永久磁體作為內(nèi)定子，在外圈的一側(cè)或兩側(cè)固結(jié)有永久磁體作為外定子，最好使磁體主磁極方向與軸承軸線垂直，并相交，內(nèi)定子或外定子對(duì)應(yīng)的中間圈側(cè)面上均固結(jié)有勵(lì)磁空心金屬圓環(huán)作為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子可以是鼠籠轉(zhuǎn)子或杯形轉(zhuǎn)子。鼠籠轉(zhuǎn)子最好用高電阻材料制成，如黃銅、青銅。杯形轉(zhuǎn)子的壁一般0.2～0.8mm，因而兩種轉(zhuǎn)子電阻較大且慣性很小。
杯形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相當(dāng)于有無數(shù)鼠籠導(dǎo)條無間隙并排而成的鼠籠轉(zhuǎn)子，因此轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組類似。故外定子和其對(duì)應(yīng)的同側(cè)轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子和其對(duì)應(yīng)的同側(cè)轉(zhuǎn)子的工作原理也與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)完全一樣。當(dāng)外圈固定，內(nèi)圈與工作軸配合并一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)定子磁體隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這相當(dāng)于一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由右手定則知，轉(zhuǎn)子內(nèi)的短路導(dǎo)體因切割磁力線而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并產(chǎn)生電流。由左手定則知，通電導(dǎo)體在內(nèi)定子磁場(chǎng)中受電磁力作用，即帶電導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子隨內(nèi)定子同方向旋轉(zhuǎn)，因中間圈與轉(zhuǎn)子固結(jié)，中間圈也隨內(nèi)定子同方向旋轉(zhuǎn)。這種驅(qū)動(dòng)方式為電磁驅(qū)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)定子反轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子也反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同，且轉(zhuǎn)速始終與內(nèi)定子轉(zhuǎn)速n0保持一定關(guān)系。因?yàn)閺娜喈惒诫妱?dòng)機(jī)的機(jī)械特性可知，轉(zhuǎn)子電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性影響很大，轉(zhuǎn)子電阻增大到一定程度，最大轉(zhuǎn)矩可出現(xiàn)在s＝1(s轉(zhuǎn)差率)附近。即轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩隨磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差值得增大而增大，且近似為線性關(guān)系。在軸承開始工作時(shí)，內(nèi)定子轉(zhuǎn)速n0，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0，外定子與外圈固結(jié)并固定，此時(shí)內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率為1，轉(zhuǎn)矩最大。外定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率為0，轉(zhuǎn)矩為0。轉(zhuǎn)子在內(nèi)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，加速。由電磁作用的相對(duì)性可知，一旦轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則相當(dāng)于外定子磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并產(chǎn)生反方向電磁轉(zhuǎn)矩即阻力轉(zhuǎn)矩。并且，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的上升，動(dòng)力轉(zhuǎn)矩隨內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率的減小而減小，阻力轉(zhuǎn)矩隨外定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率的增大而增大。當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)矩與阻力轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡時(shí)，中間圈保持轉(zhuǎn)速不變。若內(nèi)外定子共用一個(gè)轉(zhuǎn)子，由安培定律dF＝I*dL*B知內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率與外定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率的比值理論上等于外定子在轉(zhuǎn)子處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與內(nèi)定子在轉(zhuǎn)子處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值。因此可通過調(diào)節(jié)內(nèi)、外定子在轉(zhuǎn)子處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比值的方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子與內(nèi)、外定子之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，即中間圈與內(nèi)、外圈之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。又因?yàn)橹虚g圈的內(nèi)外兩側(cè)滾動(dòng)體與其摩擦系數(shù)很小，產(chǎn)生的摩擦動(dòng)力和摩擦阻力很小，且它們方向始終相反，故其合力更小。在設(shè)計(jì)過程中，可通過增加內(nèi)外定子的磁場(chǎng)強(qiáng)度，及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的幾何結(jié)構(gòu)使電磁動(dòng)、阻力矩遠(yuǎn)大于這個(gè)摩擦合力。此時(shí)，建立了中間圈與內(nèi)、外圈之間的可靠的轉(zhuǎn)速關(guān)系而使摩擦力的影響可忽略不計(jì)。
有益效果1、可靠的實(shí)現(xiàn)二級(jí)軸承的級(jí)間轉(zhuǎn)速關(guān)系。從軸承級(jí)間轉(zhuǎn)速分配角度最大限度的提高了軸承對(duì)外整體的極限轉(zhuǎn)速，若把此二級(jí)軸承作普通單級(jí)軸承用，在維持正常普通單級(jí)軸承轉(zhuǎn)速時(shí)，可最大限度的減小級(jí)間的相對(duì)轉(zhuǎn)速，從而延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。
2、可通過調(diào)節(jié)內(nèi)、外定子在轉(zhuǎn)子處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比值的方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子與內(nèi)、外定子之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單。
3、此調(diào)速裝置是非機(jī)械接觸的，因而無機(jī)械摩擦、磨損，無機(jī)械沖擊。又因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以轉(zhuǎn)子啟動(dòng)、停止平靜而迅速。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1、是一種級(jí)間采用電磁驅(qū)動(dòng)式調(diào)速的二級(jí)軸承一個(gè)實(shí)施例的縱剖面構(gòu)造圖。
圖2、是電磁驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性曲線示意圖。
圖1中，1.內(nèi)圈，2.滾珠，3.中間圈，4.滾珠，5.外圈，6.籠形空心金屬圓環(huán)式轉(zhuǎn)子，7.轉(zhuǎn)子上開的孔，8.轉(zhuǎn)子開孔后剩下的勵(lì)磁橫向?qū)l，9.內(nèi)定子永磁體，10.外定子永磁體。
圖2中，1.內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子的機(jī)械特性曲線，2.外定子與轉(zhuǎn)子的機(jī)械特性曲線，3.轉(zhuǎn)子在內(nèi)、外定子共同作用下的機(jī)械特性曲線。即曲線1與曲線2的合成曲線。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照說明書附圖1。
內(nèi)圈1、滾珠2、中間圈3、滾珠4、外圈5一起構(gòu)成一個(gè)二級(jí)向心滾珠軸承(保持架圖中略)。在內(nèi)圈1的右側(cè)固定安裝永磁體9作內(nèi)定子，使磁體9主磁極方向與軸承軸線垂直，并相交。在中間圈3的右側(cè)即與內(nèi)定子同一側(cè)可安裝固結(jié)籠形空心青銅圓環(huán)6作為轉(zhuǎn)子。在外圈5的右側(cè)固定安裝永磁體10作外定子，使磁體10主磁極方向與軸承軸線垂直，并相交。使內(nèi)、外定子在轉(zhuǎn)子處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等。則內(nèi)定子永磁體9、外定子永磁體10與籠形空心金屬圓環(huán)式轉(zhuǎn)子6一起構(gòu)成電磁驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)的工作原理請(qǐng)結(jié)合附圖2作進(jìn)一步說明。
附圖2，橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)子所受轉(zhuǎn)矩，縱坐標(biāo)是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的方向規(guī)定如下設(shè)外圈5固定，內(nèi)圈1轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)圈1轉(zhuǎn)速為n0為正方向，方向與n0相同為正，反之為負(fù)。由曲線1、曲線2知，當(dāng)轉(zhuǎn)子6以轉(zhuǎn)速n0與內(nèi)定子9同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受內(nèi)定子9的轉(zhuǎn)矩為0，受外定子10的轉(zhuǎn)矩為T-，為負(fù)值即阻力轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)速為0時(shí)，受內(nèi)定子9的正向轉(zhuǎn)矩為T+，為動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，受外定子10的轉(zhuǎn)矩為0。設(shè)T+、T-的絕對(duì)值相等，則由合成曲線3知轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)速維持在平衡狀態(tài)n0/2上。并且系統(tǒng)在受到外界干擾后，具有恢復(fù)原平衡狀態(tài)的能力而進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行。
以上是忽略轉(zhuǎn)子6所受摩擦力影響時(shí)的情況?，F(xiàn)在假設(shè)摩擦力合力對(duì)轉(zhuǎn)子6的負(fù)載轉(zhuǎn)矩如圖所示為TL，調(diào)節(jié)內(nèi)、外定子在轉(zhuǎn)子處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使T+、T-的絕對(duì)值遠(yuǎn)大于TL絕對(duì)值，因此轉(zhuǎn)子6的實(shí)際轉(zhuǎn)速nL接近于n0/2。而使摩擦力的影響可忽略不計(jì)，建立了中間圈與內(nèi)、外圈之間的可靠的轉(zhuǎn)速關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種級(jí)間采用電磁驅(qū)動(dòng)式調(diào)速的二級(jí)軸承主要由內(nèi)圈、外圈、中間圈和兩組傳動(dòng)介質(zhì)組以及兩組保持架組成，其特征是 在內(nèi)圈的一側(cè)或兩側(cè)固結(jié)有永久磁體，在外圈的一側(cè)或兩側(cè)固結(jié)有永久磁體，在內(nèi)、外圈永久磁體對(duì)應(yīng)的中間圈側(cè)面上均固結(jié)有勵(lì)磁空心金屬圓環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述，傳動(dòng)介質(zhì)是滾珠、滾針、滾柱或流體中的一種或它們的排列組合。
3.如權(quán)利要求1所述，軸承為二級(jí)向心軸承或二級(jí)推力軸承。
4.如權(quán)利要求1所述，轉(zhuǎn)子是鼠籠轉(zhuǎn)子或杯形轉(zhuǎn)子。
全文摘要
一種級(jí)間采用電磁驅(qū)動(dòng)式調(diào)速的二級(jí)軸承，改變二級(jí)軸承級(jí)間轉(zhuǎn)速分配不均現(xiàn)狀，由電磁驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)構(gòu)和二級(jí)軸承機(jī)構(gòu)有機(jī)組合，功能上互相支持，可靠的實(shí)現(xiàn)二級(jí)軸承的級(jí)間調(diào)速要求，從軸承級(jí)間轉(zhuǎn)速分配角度最大限度的提高了軸承對(duì)外整體的極限轉(zhuǎn)速，若把此二級(jí)軸承作普通單級(jí)軸承用，在維持正常普通單級(jí)軸承轉(zhuǎn)速時(shí)，可最大限度的減小級(jí)間的相對(duì)轉(zhuǎn)速，從而延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。
文檔編號(hào)F16C32/04GK1490532SQ02135728
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者李軍, 李康, 軍 李 申請(qǐng)人:李軍, 軍 李