磁流体轴承的磁场与润滑特性分析研究

磁 流体轴承 的承载能力得 到提高 ，能在高温 、高速 的工况下工作 。
关键词 ：磁流体 ；轴承 ；润滑 ；粘度
中图分 类号 ：ＴＨ１３３．３３；ＴＨ１１７；ＴＭ２７１
文献标 志码 ：Ａ
文章编号 ：１００１—４５５１（２０１６）０３—０２５９—０６
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｉｅｌｄ ａｎｄ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｉｄ ｂｅａｒｉｎｇｓ
第 ３３卷 第 ３期
２０１６年 ３月
机 电 工 程
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４５５１．２０１６．０３．００３
Ｖ０１．３３ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１６
磁 流 体 轴 承 的磁 场 与 润 滑 特 性 分 析 研 究 ：ｌ：
徐 咏梅 ，李 婷２，李银 银２，马 吉恩２，方攸 同２
（１．杭 州市 特种设 备检 测研 究 院 ，浙 江 杭 州 ３１０００３；２．浙 江大 学 电气工 程学 院 ，浙 江 杭州 ３１００２７）
摘 要 ：针对电机轴承高速化载荷高的需 求以及磁 流体 轴承具有 的 自润滑密封 、可靠性高 、高速 、低摩擦 润滑等一系列 优点 ，对磁 流体
轴 承在不同条件下 的性能 开展 了研究 。首先从理论上推导 了磁 流体粘度 的相关公式 ，通过采用 Ｍａｔｌａｂ软件在 外加磁 场的条件 下 ，
对 磁流体的粘度 进行 了修 正 ，并给出 了磁流体轴承润滑的粘温 、粘压特性 。其 次 ，采用 有 限元 分析方 法设计 了外加磁场 ，并对 轴承
内部的磁场分布进行 了分析 。研究结果表 明 ，在外加磁场的作 用下 ，磁流体轴承润滑 的粘度发生变化 ，同时 ，相较 于传统普通轴 承 ，
磁 流体 轴承 润滑是 指轴 承 以含有 磁 Ｉ生固体颗 粒 的 载 液作 为润 滑介 质 。由于磁 流体 中 的磁性 固体颗 粒 大
收稿 日期 ：２０１５—０７—２４ 基金项 目：国家 自然科学 基金资助项 目（５¨７７１４４，５１４７７１４９） 作者简介 ：徐咏梅（１９６９一），女，安徽宿州人 ，工程师 ，主要从事磁流体轴承方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｚ—ｙｏｎｇｎｅｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒ ｎ 通信联 系人 ：方攸同，男 ，博 士，教授 ，博士生导师．Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｏｕｔｏｎｇ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
０ 引 言
磁 流体 （Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｉｄ）是 通 过 人 工 合 成 的一 种 具 有强 磁化 性能 的新 型材料 。磁 流体 的主要组 成 部分 包 括基 液 、纳米级 直径 的磁 性 固体 颗 粒 以及 表 面活 性
剂 ｕ Ｊ，它 将纳 米 技 术 、现代 磁 学技 术 以及 液 态 体 系 有 机结合 ，因此 ，它具备其他常规材料缺乏 的优异性 能， 目前 已被应 用 于 润 滑 、机 械 、电子 、冶 金 、医疗 等 诸 多 领 域 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｄｕｔｙ ｂｅａｒｉｎｇｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｌｕｉｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｓｅａｌｉｎｇ，ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗ—ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｌｕｉｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｉｄ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ａｎ ｅｘｔｅｒ ｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｉｅｌｄ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ— ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ． Ｔｈｅ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆ ｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｉｅｌｄ，ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｌｕｉｄ ｂｅａｒ ｉｎｇ ｌｕｂｒ ｉｃａｎｔ ｃｈａｎｇｅｓ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ，ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ ｌｕｉｄ ｂｅａｒ ｉｎｇ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｃａｎ ｗｏｒｋ ｉｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｉｄ；ｂｅａｒ ｉｎｇ；ｌｕｂｒｉｃａｎｔ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
ＸＶ Ｙｏｎｇ．ｍｅｉ ，ＬＩ Ｔｉｎｇ ，ＬＩ Ｙｉｎ—ｙｉｎ ，ＭＡ Ｊｉ—ｅｎ ，ＦＡＮＧ Ｙｏｕ．ｔｏｎｇ （１．Ｈａｎｇｚｈｏｕ ＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ ０００３，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ ００２７，Ｃｈｉｎａ）