径向被动永磁轴承承载特性及实验研究

来源：机械工程学报杂志2025年第7期北京时间：

作者：程文杰, 王瑜琛, 卜婵, 肖玲, 冯圣, 徐国徽

单位：1. 西安科技大学理学院 西安 710054;2. 西安交通大学机械工程学院 西安 710049;3. 青岛港董家口石油仓储有限公司 青岛 266409

摘要：径向被动永磁轴承在轴向方向并不稳定，导致装配困难。另外，由于材料和充磁原因，实际永磁体的磁场一般低于理论值，使得这类轴承的刚度计算存在误差。为了解决上述问题，以轴向充磁斥力型径向轴承为研究对象，首先采用等效磁荷理论建立轴承数学模型，计算获得装配过程中的轴向磁力和轴向刚度，径向磁力和径向刚度。然后引入球铰，建立单跨转子静力学模型，求解出装配完成后两个轴承的载荷分配量和对应径向刚度(水平刚度、竖直刚度)。最后，搭建了实验台，测量了轴向磁力、轴向刚度和径向刚度，并实现了转子的完全悬浮。理论计算和有限元仿真结果吻合，计算表明1.5 kg的永磁体，理论上能产生最大1 368 N的轴向磁力和700 N的径向磁力。实验结果表明：由于充磁不足，最大轴向力降低至1 028 N；实验轴承能完全悬浮18 kg的转子，测量的轴、径向刚度数量级分别在105N/m和104N/m。研究工作为后续永磁-滑动轴承的承载特性和动力学特性研究提供了理论依据。

关键词：永磁轴承,承载特性,刚度,等效磁荷理论；

基金资助：陕西省自然科学基金(2022JM-194)和国家自然科学基金(52275271,6110119004)资助项目。