магнитный подшипниковый узел
Классы МПК: | F16C39/06 магнитная |
Автор(ы): | Кубасов А.А., Розин А.В. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-12-28 публикация патента:
20.07.1997 |
Использование: в регулируемых опорных узлах. Сущность: магнитоуправляемый подшипниковый узел содержит установленный в корпусе постоянный магнит с полюсными наконечниками, между которыми расположен регулируемый электромагнит, охватывающий вал. В зазоре между опорным элементом и валом расположена магнитная жидкость с размещенными в ней элементами качения с радиусом, меньшим разности радиусов отверстия опорного элемента и цапфы вала. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Магнитный подшипниковый узел, содержащий установленный в корпусе постоянный магнит с полюсными наконечниками, проходящий через корпус вал, охватывающий его опорный элемент, расположенный между полюсными наконечниками, и магнитную жидкость в рабочем зазоре, отличающийся тем, что в корпусе между полюсными наконечниками расположен регулируемый электромагнит, охватывающий вал, а в магнитной жидкости размещены элементы качения, причем радиус элементов качения определяется из расчетного соотношения![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084718/2084718-4t.gif)
где R1 радиус внутренней поверхности опорного элемента;
R2 радиус цапфы вала;
r радиус элемента качения.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, а именно к опорным узлам. В машиностроении известна задача поддерживания вращающихся валов в пространстве. Данная задача решается при помощи различного рода подшипников. Известны подшипники скольжения, в которых цапфа вала скользит по поверхности подшипника. Для уменьшения износа поверхностей цапфу вала и опорную поверхность подшипника разделяют слоем смазки. Для длительного существования масляного слоя в нем создают избыточное давление. В подшипнике с гидродинамической смазкой избыточное давление создается за счет движения цапфы вала. Как показано в [1] сила F, уравновешивающая нагрузку вала P, равна:![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084718/2084718-2t.gif)
где m коэффициент вязкости жидкости;
w угловая скорость вала;
R радиус вала;
e=R
![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084718/697.gif)
![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084010/955.gif)
![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084307/949.gif)
e эксцентриситет вала. К недостаткам гидродинамических подшипников относятся: высокая чувствительность к перекосам вала;
"схватывание" местная потеря масляной пленкой своей скользящей способности из-за повышенных местных давлений и температуре. Известны подшипники качения, в которых цапфа вала опирается на элементы качения (шарики или ролики). По сравнению с подшипниками скольжения подшипники качения характеризуются меньшими моментами сил трения, пусковыми моментами, пониженным теплообразованием и расходом смазочных материалов. К недостаткам подшипников качения относятся:
высокие контактные напряжения и поэтому ограниченный срок службы;
меньшая по сравнению с подшипниками скольжения способность демпфировать колебания. При остановке подшипника смазочное масло стекает с поверхностей, поэтому при последующем пуске проходит определенное время, в течение которого восстанавливается режим жидкостной смазки. В указанный промежуток времени резко возрастает износ поверхностей, в связи с чем возникает задача снижения трения в узле. Одним из вариантов решения этой задачи является применение смазочных материалов, в состав которых введены мелкодисперсные частицы ферромагнетика
магнитных жидкостей [2] Магнитные жидкости легко удерживаются на поверхности магнитным полем, что определяет широкое их использование в различных устройствах. Известно техническое решение [4] в котором магнитная смазка циркулирует в зазоре между валом и опорной втулкой за счет вращения самого вала. Недостатком данного устройства является тепловой разогрев смазки, поскольку скорость движения жидкости в зазоре пропорциональна w, а мощность тепловыделения
![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084008/969.gif)
Известен подшипник скольжения [5] в котором указанный недостаток устраняется за счет применения электромагнитов, перекачивающих магнитную смазку. Регулируя силу тока в электромагнитах, изменяют скорость течения смазки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является магнитожидкостной узел [6] содержащий установленный в корпусе постоянный магнит с полюсными наконечниками, вал, опорный элемент, размещенный между полюсными наконечниками, и магнитную жидкость в рабочих зазорах. Полости, заполненные магнитной жидкостью, сообщаются между собой через зазор между втулками, установленными на валу и являющимися частью магнитопровода. Магнитопровод и постоянный магнит образуют магнитожидкостное уплотнение, препятствующее вытеканию магнитной жидкости из узла. К недостаткам данного устройства относятся:
нетехнологичность конструкции (наличие втулок сложной геометрии);
возможность возникновения кавитации в устройстве. Целью изобретения является:
повышение технологичности устройства;
возможность регулирования поддерживающей силы вала;
возможность компенсации температурных изменений вязкости смазывающей жидкости;
снижение тепловыделения;
снижение износа цапфы вала. Поставленная цель достигается тем, что магнитный подшипниковый узел, содержащий установленные в корпусе постоянный магнит с полюсными наконечниками, проходящий через корпус вал, опорный элемент, размещенный между полюсными наконечниками, и магнитную жидкость в рабочих зазорах, снабжен регулируемым электромагнитом, охватывающим вал, а в магнитной жидкости размещают элементы качения, причем радиус элементов качения r определяют из расчетного соотношения
![магнитный подшипниковый узел, патент № 2084718](/images/patents/388/2084718/2084718-3t.gif)
снижение износа цапфы вала;
снижение тепловыделения в узле;
возможность регулирования поддерживающей силы вала. Отличительными от прототипа признаками изобретения являются:
использование магнитной системы, позволяющей регулировать магнитное поле;
наличие элементов качения в смазывающей магнитной жидкости, размер которых определяется из расчетного соотношения;
качественно новый режим работы устройства;
возможность регулирования несущей способности узла. Возможность осуществления устройства обеспечивается наличием широкого класса технологических магнитных жидкостей, изменяющих свою вязкость в широких пределах под действием магнитного поля. Данное устройство позволяет реализовать автоподстройку положения вала за счет применения следящей системы с обратной связью (см. фиг.4). Положение вала 2 внутри корпуса 1 определяется датчиком 9, например, оптическим. Сигнал с датчика 9 поступает на блок управления 10, который формирует управляющий ток 1 для электромагнита.