[发明专利]一种基于纳米磁性液体的磁控柔性瓦块推力滑动轴承

说明书

本发明公开了一种基于纳米磁性液体的磁控柔性瓦块推力滑动轴承，包括滑动套装在转动轴外周的推力轴承；还包括固定套装在转动轴外周的推力盘，跟随转动轴转动和轴向位移；推力轴承承受转动轴向推力轴承一侧的轴向负荷；所述推力轴承靠近推力盘一侧的端面上设置有多个沿圆周方向间隔布置的固定瓦块；每个所述固定瓦块的推力面设置有沿圆周方向延伸的永磁体吸附面；每个永磁体吸附面的磁力沿转动轴转动方向逐渐增大，在每个固定瓦块上形成梯度磁场，并吸附有纳米磁性液体形成油膜。该油膜在梯度磁场作用下形成具有一定倾斜角度的柔性瓦块，实现流体动压润滑，润滑能力良好；可避免冲击振动对轴承的损伤，可靠性高；结构简单，便于制造和封装。

技术领域

本发明涉及轴承领域，具体来说是一种基于纳米磁性液体的磁控柔性瓦块推力滑动轴承。

背景技术

微机电系统（Micro Electromechanical System，MEMS）是由微电子和微机械元件组成的集成微器件或微系统，其在航空航天、精密机械、汽车制造、生物医学及传感技术等领域，具有十分广阔的应用前景。与宏观机械相似，MEMS旋转器件同样需要轴承对其进行支撑和润滑，降低其运动过程中的摩擦系数。

目前，已有许多研究人员相继提出干摩擦轴承、电磁轴承和气浮轴承等诸多微轴承设计方法。在干摩擦轴承设计方面，研究者主要采用销轴承、微球轴承等多种形式。微球轴承与宏观滚动轴承原理类似，定子和转子之间仅由微球连接，将滑动摩擦变为滚动摩擦。但由于干摩擦轴承采用直接接触的方式，会导致接触面的摩擦磨损，限制轴承的转速和使用寿命，因此研究人员又展开了非接触式轴承的研究。例如参考宏观旋转机械中的电磁轴承工作原理，采用微加工技术研制出定、转子直径分别为2.1mm和2.6mm，厚度为250μm的微型电磁轴承；还有采用马蹄形和圆柱形电磁铁研制的磁悬浮微轴承，其转速可达到30000r/min，响应速度也较快。但微型电磁轴承结构复杂，其磁体材料与大多数微加工技术不兼容，而且必须通过合理地控制电磁信号来保证转子的平衡性，因此人们又开发了微型气浮轴承。微型气浮轴承与宏观气浮轴承原理类似，气体在轴和轴套中间构成气膜，但微型气浮轴承的设计受MEMS加工技术的限制，同时需要着重考虑气体的贮存与密封，滑流效应对气浮轴承也有一定的影响。

从上述情况来看，MEMS中现有的轴承大都是根据宏观轴承结构原理，采用光刻、DRIE等微加工技术制造而来，结构相对复杂、可靠性差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于纳米磁性液体的磁控柔性瓦块推力滑动轴承，通过倾斜的承载油楔实现流体动压润滑，润滑能力良好；可避免冲击振动对轴承的损伤，可靠性高；结构简单，便于制造和封装。

技术方案：本发明提出一种基于纳米磁性液体的磁控柔性瓦块推力滑动轴承，包括滑动套装在转动轴外周的推力轴承，所述推力轴承固定在轴承支座上；

还包括推力盘，所述推力盘固定套装在转动轴外周，跟随转动轴转动和轴向位移；所述推力轴承向推力盘施加轴向力，承受转动轴向推力轴承一侧的轴向负荷；

所述推力轴承靠近推力盘一侧的端面上设置有多个沿圆周方向间隔布置的固定瓦块；每个所述固定瓦块的推力面设置有沿圆周方向延伸的永磁体吸附面；每个固定瓦块上的永磁体吸附面的磁力沿转动轴转动方向逐渐增大，在每个固定瓦块上形成梯度磁场；每个所述固定瓦块的推力面通过永磁体吸附面吸附有纳米磁性液体形成油膜，所述纳米磁性液体形成的油膜沿转动轴转动方向的厚度逐渐增大，形成具有一定倾斜角度的柔性瓦块，用于推力轴承与推力盘相邻端面之间的流体动压润滑。

进一步，每个所述永磁体吸附面包括多个嵌入固定瓦块推力面的阵列排布的永磁体块；所述多个永磁体块排布的阵列的行沿圆周方向排列，列沿径向排列；每行的多个永磁体块的磁力沿转动轴转动方向逐渐增大；每列的多个永磁体块的磁力相同。

进一步，每行的多个所述永磁体块的体积沿转动轴转动方向逐渐增大，每列永磁体块的体积相同。