电磁轴承系统中无油润滑辅助轴承的研究

The rolling bearing as the auxiliary bearing is often used in the system of active magnetic bearing (AMB). But the lubricant and grease are usually used in the rolling bearing. Contamination is exist, and it can't carry the impact and vibration. For this problem, some ideas are proposed in this project as following. 1) The angle contact ceramic bearing with no lubricant is proposed. A pair of angle contact bearing will be used. MoS2 is plated in the raceway surface of the inner ring and outer ring. The speed is higher than the same type metal bearing. The radial and axial load can be carried at the same time. The design of auxiliary bearing with no lubricant can be used in special environment.2) The radial and axial elasticity part of the auxiliary bearing will be designed.The radial elasticity part will be assembled between outer ring of the auxiliary bearing and bearing-seat, and the axial one will be assembled on the both sides of the auxiliary bearing. In this project, the auxiliary bearing will be studied to verify the ability of carrying the impact. The main content is as following: The theory of touching down dynamics and friction heat will be founded; The stiffness relationship between elasticity part and auxiliary bearing will be obtained. The rig of auxiliary bearing will be designed and machined to verify the design of auxiliary bearing in the project. A series of bearings will be used by the experiment. The design method of the auxiliary bearing will be known, and the evaluating standard of the auxiliary bearing will be established. This project is benefit for the engineering application of the auxiliary bearing，especially in the Important National Science & Technology Specific Projects - "High Temperature Gas Cooled Reactor Demonstration Power Plant". It is very important for the development of the AMB's base theory.

电磁轴承系统中的辅助轴承通常选用滚动轴承，但滚动轴承一般需要油润滑或脂润滑，存在污染，且耐冲击的能力不足。本项目针对此问题：1）提出了一种无油润滑的角接触陶瓷轴承方案，此轴承成对使用，内外圈滚道表面镀二硫化钼。这种轴承极限转速比同型号金属轴承高，并可同时承受径向和轴向载荷，适用一些不能有润滑油或润滑脂存在的特殊环境。2）设计辅助轴承径向和轴向弹性缓冲元件，分别放在辅助轴承的外圈与轴承座之间和辅助轴承的两端。本项目将围绕上述内容，重点研究这种辅助轴承结构承受转子跌落的能力。主要包括：建立转子跌落动力学、摩擦发热的理论分析方法；研究弹性缓冲元件的刚度与辅助轴承支承刚度的关系；设计辅助轴承实验台架，通过一系列不同尺寸辅助轴承的跌落实验研究，提出辅助轴承的设计准则与失效评价标准。本项目的开展，对电磁轴承在国家重大专项"高温气冷堆示范电站"中的应用具有重要意义，也将为电磁轴承理论的发展奠定重要基础。

辅助轴承是电磁轴承系统中的关键零部件之一，其主要有三个作用：一是在停机检修时支承转子；二是在转子运转过程中，当电磁轴承突然失效时，临时支承转子；三是当转子正常运行时，当载荷超过电磁轴承的承载能力时，起到过载保护的作用。滚动轴承是电磁轴承系统中最常用的辅助轴承，目前存在的主要问题是：1）辅助轴承需要润滑以降低摩擦发热，难以满足特殊环境不能有润滑油或润滑脂存在的要求；2）辅助轴承承受转子跌落冲击的能力不足。. 本项目针对上述问题，对辅助轴承进行了系统的理论与实验研究，主要包括：1）提出了一种无油润滑的角接触陶瓷轴承方案，此轴承成对使用，内外圈滚道表面溅射二硫化钼。这种轴承极限转速比同型号金属轴承高，并可同时承受径向和轴向载荷，适用一些不能有润滑油或润滑脂存在的特殊环境；2）设计辅助轴承径向和轴向弹性缓冲元件，降低跌落转子对辅助轴承的冲击力；3）建立卧式与立式转子跌落动力学模型；4）辅助轴承抗摩擦能力与热学特性分析；5）热力耦合作用下的辅助轴承寿命预测；6）转子跌落实验。. 研究结果表明：1）本项目提出的辅助轴承方案具有较好的理论与应用发展前景；2）提出了一种带阻尼器的缓冲方案，可以有效降低跌落转子对辅助轴承的冲击；3）提出的立式与卧式转子跌落动力学模型在理论分析与实验中得到了比较充分的验证，可以应用于类似方案的设计与实验；4）系统进行了转子和辅助轴承的冲击、摩擦发热等实验，总结了辅助轴承的设计准则与失效评价标准，为辅助轴承的应用具有一定的指导意义。. 本项目的开展，完善了辅助轴承基本理论，对辅助轴承的深入理论研究与工程应用提供了重要技术保障。同时对辅助轴承在国家重大专项“高温气冷堆核电站示范工程”中的应用提供了重要研究基础，具有重要的工程应用价值，而且也将为电磁轴承理论的发展奠定重要基础。