RU2084718C1 - Магнитный подшипниковый узел - Google Patents
Магнитный подшипниковый узел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2084718C1 RU2084718C1 RU93057498A RU93057498A RU2084718C1 RU 2084718 C1 RU2084718 C1 RU 2084718C1 RU 93057498 A RU93057498 A RU 93057498A RU 93057498 A RU93057498 A RU 93057498A RU 2084718 C1 RU2084718 C1 RU 2084718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- magnetic
- radius
- housing
- bearing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
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.
Description
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:
где m коэффициент вязкости жидкости;
w угловая скорость вала;
R радиус вала;
e=R′-R R радиус опорной поверхности подшипника;
λ=e/ε
e эксцентриситет вала.
где m коэффициент вязкости жидкости;
w угловая скорость вала;
R радиус вала;
e=R′-R R радиус опорной поверхности подшипника;
λ=e/ε
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.
"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.
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.
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 ω2 [3]
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.
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.
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.
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 , где R1 радиус отверстия опорного элемента, R2 радиус цапфы вала.
На фиг.1 представлено поперечное сечение узла; на фиг.2 и 3 представлено поперечное сечение рабочего зазора в статическом (фиг.2) и динамическом (фиг. 3) режимах работы; на фиг.4 указаны силы, действующие на вал и опорный элемент; на фиг.5 представлена система автоматического регулирования положения вала.
Магнитожидкостной подшипниковый узел содержит корпус 1, проходящий через корпус вал 2. Две полюсных насадки 3 расположены по обе стороны опорного элемента 4, между полюсными наконечниками на внутренней поверхности корпуса 1 также расположены постоянный магнит 5 и электромагнит 6, образующие магнитную систему. В рабочем зазоре между опорным элементом и валом располагается магнитная смазывающая жидкость 7, в котором находятся сферические магнитные частицы 8. Магнитная система, полюсные наконечники и магнитная смазка образуют магнитожидкостное уплотнение, не позволяющее смазке вытекать из узла.
В статическом положении (см. фиг.2) цапфа вала контактирует с опорным элементом 4 не непосредственно, как в подшипниках скольжения, а через сферические частицы 8 (опирается на частицы), как в подшипнике качения. Магнитная жидкость эффективно смазывает цапфу вала, т.к. практически вся поверхность цапфы в узле контактирует со смазкой.
В динамическом режиме узел работает следующим образом. При малых скоростях вращения вала поддерживающая сила F не может уравновесить вес тела P, поэтому цапфа вала опирается на сферические частицы (см. фиг.2). Фактически узел работает аналогично подшипнику качения. При этом цапфа вала практически не изнашивается, а тепло практически не выделяется, поскольку осуществляется режим трения качения.
При увеличении частоты вращения вала поддерживающая сила F начинает превышать вес вала P, цапфа вала "всплывает", перестает опираться на сферические частицы, и узел начинает работать как подшипник скольжения (см. фиг.3). Отметим, что центробежные силы Fц и возникающая при вращении вала, приводящего в движение смазочную жидкость, будут прижимать сферические частицы 8 к внутренней поверхности опорного элемента 4, и вал 2 будет вращаться в слое жидкости, не касаясь частиц.
Принципиальной особенностью устройства является возможность изменять вязкость смазочной жидкости посредством электромагнита, т.к. при увеличении внешнего магнитного поля вязкость магнитного поля вязкость магнитной жидкости увеличивается [3] Следовательно, изменяя силу в обмотке электромагнита, возможно регулировать как величину "подъемной силы F, так и компенсировать температурное изменение вязкости смазывающей жидкости.
Как следует из вышесказанного, устройство обладает достоинствами как подшипника качения, так и подшипника скольжения, в то же время лишено их основных недостатков, а также позволяет регулировать "подъемную" силу и компенсировать температурное изменение вязкости смазывающей жидкости.
Таким образом, устройство обладает качественно новым режимом работы: при малых скоростях в режиме качения, при больших в режиме скольжения.
Существенным фактором, определяющим функционирование устройства, являются свойства материала, из которого изготовлены элементы качения.
В случае, если элементы качения обладают магнитными моментами вдоль силовых линий, вязкость магнитной смазки при этом возрастает. Таким образом, выбором материала частиц можно регулировать "подъемную" силу в устройстве.
Магнитные моменты элементов качения, взаимодействуя между собой, будут создавать силы отталкивания Fм, препятствующие сближению элементов качения, т.е. в заявляемом устройстве отпадает необходимость в применении сепаратора.
Силу Fм можно регулировать как с помощью магнитного поля электромагнита, так и варьированием магнитной проницаемости элементов качения, например, изменяя величину объемной доли магнетика в немагнитной фазе. Отметим, что магнитное поле также будет расталкивать в магнитной жидкости и немагнитные элементы качения, поскольку они также будут искажать внешнее магнитное поле.
К достоинствам устройства относится:
снижение износа цапфы вала;
снижение тепловыделения в узле;
возможность регулирования поддерживающей силы вала.
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.
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.
Claims (1)
- 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
где R1 радиус внутренней поверхности опорного элемента;
R2 радиус цапфы вала;
r радиус элемента качения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93057498A RU2084718C1 (ru) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Магнитный подшипниковый узел |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93057498A RU2084718C1 (ru) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Магнитный подшипниковый узел |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93057498A RU93057498A (ru) | 1996-05-27 |
RU2084718C1 true RU2084718C1 (ru) | 1997-07-20 |
Family
ID=20150800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93057498A RU2084718C1 (ru) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Магнитный подшипниковый узел |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2084718C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672344C2 (ru) * | 2014-09-04 | 2018-11-13 | Сименс Акциенгезелльшафт | Устройство для магнитной установки вала |
RU197361U1 (ru) * | 2019-10-18 | 2020-04-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ФГБОУ ВО "ОГУ имени И.С. Тургенева") | Подшипниковый узел с магнитореологической жидкостью |
-
1993
- 1993-12-28 RU RU93057498A patent/RU2084718C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости газа. - М.: Наука, 1973, с. 847. 2. Гаевик Д.Т. Подшипниковые опоры современных машин. - М.: Машиностроение, 1985, с. 248. 3. Берковский Б.М. и др. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989, с. 240. 4. Авторское свидетельство СССР N 1275145, кл. F 16 C 32/04, 1986. 5. Авторское свидетельство СССР N 651178, кл. F 16 N 15/00, 1979. 6. Авторское свидетельство СССР N 1240996, кл. F 16 J 15/40, 1986. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672344C2 (ru) * | 2014-09-04 | 2018-11-13 | Сименс Акциенгезелльшафт | Устройство для магнитной установки вала |
RU197361U1 (ru) * | 2019-10-18 | 2020-04-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ФГБОУ ВО "ОГУ имени И.С. Тургенева") | Подшипниковый узел с магнитореологической жидкостью |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0327638B1 (en) | Hydrodynamic bearing and a method for introducing lubricant into the bearing | |
US3746407A (en) | Ferrohydrodynamic low friction bearing | |
RU2372535C2 (ru) | Устройство увеличения допустимой осевой нагрузки в подшипниковой системе ротора | |
US5112142A (en) | Hydrodynamic bearing | |
US5067528A (en) | Hydrodynamic bearing | |
US4128280A (en) | Self-pressurizing floating gas bearing having a magnetic bearing therein | |
US5254893A (en) | Shaft support assembly for use in a polygon mirror drive motor | |
US3726574A (en) | Ferrohydrodynamic low-friction bearing with volume compensation | |
US3377113A (en) | Hydrodynamic bearing | |
CN110914560B (zh) | 调整轴承间隙的特定部分中的润滑剂性能的润滑滑动轴承 | |
US3834775A (en) | Ferrohydrodynamic low-friction bearing with improved volume compensation and fluid seal | |
JP6946552B2 (ja) | 軸受内軸受を備えた装置 | |
Hirani et al. | Hybrid (hydrodynamic+ permanent magnetic) journal bearings | |
KR20190022330A (ko) | 리프팅 장치를 갖는 축 베어링 장치 | |
US6050782A (en) | Magnetically suspended high velocity vacuum pump | |
RU2084718C1 (ru) | Магнитный подшипниковый узел | |
JPS599312A (ja) | 磁性流体磁気軸受 | |
JPS6314205B2 (ru) | ||
Stanghan-Batch et al. | A hydrodynamic theory of radial-face mechanical seals | |
KR20190008340A (ko) | 일체형 저널 베어링 | |
Zapoměl et al. | Design concepts of controllable hydrodynamic bearings lubricated by magnetically sensitive oils for the vibration control of rotors | |
RU197706U1 (ru) | Магнитожидкостная опора вертикального вала | |
JPS63210414A (ja) | 磁気軸受装置 | |
Zhu et al. | Magnetorheological fluid dampers for rotor vibration control | |
JPH04119220A (ja) | 動圧軸受け |