[发明专利]磁流体润滑轴承及其制作方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种磁流体润滑轴承及其制作方法，属于滚动轴承技术领域。

背景技术

磁流体是由纳米级的磁性颗粒经过表面活性剂包覆后分散于基载液当中形成的一种胶体物质。润滑是磁流体的一个成功应用。从润滑的原理及应用需求分析，磁流体作为润滑剂有以下优点：(1)利用外加磁场可将其集中并保持在需要润滑的部位，且磁流体不受重力及离心力的影响，润滑剂用量少而可靠；(2)通过相应的磁场设计能够同时起到自密封的效果，防止污染外界；(3)利用外磁场可显著提高磁液的粘度，增强润滑油膜的承载能力；(4)以磁场作用下的磁液为润滑剂时，即使在两平行摩擦副间亦能产生支撑力。

目前，选用磁流体作为润滑剂的轴承，通常以滑动轴承为主[W.Ochoński, Sliding bearings lubricated with magnetic fluids, Industrial Lubrication and Tribology 59(6), 252-265 (2007)]，在滚动轴承方面的研究相对较少，文献[王正良, 陈善飞. 滚动轴承的磁流体密封及其性能. 轴承, 2006, 11: 22-25]中介绍了一种磁流体润滑的滚动轴承。上述文献介绍的磁流体轴承均是以磁流体被外磁场定位特点实现最终的润滑。但目前磁流体轴承的设计主要采用块状永磁体，这在结构上要求轴承装配时需足够的空间放置块状永磁体，因此该类设计一定程度上限制了磁流体润滑的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的磁流体润滑滚动轴承的设计方案，该方案结构上可节省传统磁流体轴承安装永磁体的空间，简化磁流体轴承的装配，同时该设计也进一步扩展了磁流体润滑的应用领域。

一种磁流体润滑轴承，包括轴承外圈、固定于轴承外圈内的第一轴承轴端盖和第二轴承端盖、安装于第一轴承轴端盖和第二轴承端盖之间的滚动体，其特征在于：上述第一轴承轴端盖和第二轴承轴端盖内侧表面均具有毫米或微米量级的凹坑整列；上述第一轴承轴端盖内侧表面凹坑阵列中安装有磁极同向且垂直于端盖表面的永磁材料；第二轴承端盖内侧表面凹坑阵列中安装有磁极同向且垂直于端盖表面的永磁材料；两个端盖之间的永磁材料磁极相异；上述第一轴承轴端盖和第二轴承轴端盖内侧表面的凹坑整列内还具有磁流体鼓包。

上述永磁材料为块状或薄膜状。

所述的磁流体润滑轴承的制作方法，其特征在于包括以下过程：第一步、在第一轴承轴端盖和第二轴承轴端盖内侧表面加工凹坑阵列，其尺寸为毫米或微米量级；第二步、在每一轴承轴端盖内侧表面的凹坑整列中安装磁极同向且垂直于端盖表面的永磁材料；两个端盖之间的永磁材料磁极相异；第三步、在安装有永磁材料的轴承端盖表面充入磁流体后，形成磁流体鼓包；第四步、第一轴承轴端盖、第二轴承轴端盖和滚动体安装于轴承外圈内。

本发明首先在轴承端盖内表面加工出规则排列的凹坑阵列，在凹坑阵列中沉积永磁材料，最终在轴承端盖内表面制造出磁体阵列。在其表面充入磁流体，由于磁体阵列产生的周期性磁场的作用，磁流体将聚集在磁体阵列表面并形成鼓包状。将最终覆盖有磁流体的轴承端盖安置于滚动轴承当中，该磁流体鼓包将始终与滚动轴承中的保持架及滚动体接触，形成持久的润滑。磁流体被轴承端盖内表面布置的永磁体吸附，即使在滚动体高速运动过程中，磁流体不会被甩离滚动体表面，形成持久的润滑。同时，两侧磁流体的存在亦能起到良好的密封效果，进一步阻止灰尘等污染物的进入。

附图说明

图1为采用磁流体进行润滑的滚动轴承的结构示意图；

图2为轴承端盖内表面加工磁体阵列的步骤示意图；

图中标号名称：1.轴承外圈，2.第一轴承端盖，3.滚动体，4.磁流体， 5.第二轴承端盖，6.凹坑阵列，7.永磁材料，8.磁流体鼓包。

具体实施方式

图1为采用磁流体进行润滑的滚动轴承的结构示意图。两侧轴承端盖内壁加工有磁体阵列，磁流体被磁体阵列所产生的磁场吸附产生图示的鼓包状，且磁流体不受重力及离心力的影响。通过适当的控制零件的机械尺寸，可使得轴承端盖内侧的磁流体鼓包始终与滚动轴承中的保持架及滚动体接触，形成持久的润滑。

其轴承端盖内侧的磁体阵列制作主要分三个步骤，具体如图2所示。首次，在轴承端盖内侧表面加工凹坑阵列，其尺寸可以为毫米或微米量级（图2步骤1）。在凹坑整列中安装永磁材料，（该永磁材料可以为块状，亦可为永磁薄膜）其磁极同向，且垂直于端盖表面（如图2中步骤2）。轴承两侧端盖所安装磁体的磁极应相异，以便在保持架及滚动体间形成磁路。在安装有磁体的轴承端盖表面充入磁流体后，将形成磁流体鼓包（如图2中步骤3所示）。此时将端盖安装至滚动轴承中，可形成持久的无泄漏的磁流体润滑。