UA101907C2 - Spindle bearing on permanent magnets - Google Patents
Spindle bearing on permanent magnets Download PDFInfo
- Publication number
- UA101907C2 UA101907C2 UAA201201841A UAA201201841A UA101907C2 UA 101907 C2 UA101907 C2 UA 101907C2 UA A201201841 A UAA201201841 A UA A201201841A UA A201201841 A UAA201201841 A UA A201201841A UA 101907 C2 UA101907 C2 UA 101907C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- shaft
- permanent magnets
- power magnetic
- magnets
- magnetic
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 7
- 241001674048 Phthiraptera Species 0.000 claims 1
- 241000750042 Vini Species 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007779 soft material Substances 0.000 abstract 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 6
- YPMOAQISONSSNL-UHFFFAOYSA-N 8-hydroxyoctyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCCCCCCCO YPMOAQISONSSNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 241001342895 Chorus Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- ZEKANFGSDXODPD-UHFFFAOYSA-N glyphosate-isopropylammonium Chemical compound CC(C)N.OC(=O)CNCP(O)(O)=O ZEKANFGSDXODPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
задатчик, перший диференційний підсилювач сигналу неузгодження, другий диференційний підсилювач сигналу неузгодження, перший вимірювач величини зазору, другий вимірювач величини зазору, підсилювачі, вимикач "увімк.-вимк.", п'єзоелектричні двигуни силових магнітних відштовхувачів, причому датчики положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах електрично зв'язані з п'єзоелектричними двигунами силових магнітних відштовхувачів, причому вихід задатчика з'єднаний з першими входами першого диференційного підсилювача сигналу неузгодження, другого диференційного підсилювача сигналу неузгодження, датчики положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах з'єднані з вимірювачами величини зазору, а їх виходи з'єднані з другими входами першого і другого диференційних підсилювачів сигналу неузгодження, перший і другі виходи першого і другого диференційних підсилювачів сигналу неузгодження з'єднані з входами підсилювачів, виходи підсилювачів через вимикачі "увімк.-вимк." з'єднані з п'єзоелектричними двигунами силових магнітних відштовхувачів.encoder, the first differential amplifier of the misalignment signal, the second differential amplifier of the misalignment signal, the first backlash gauge, the second backlash gauge, amplifiers, on-off switch, piezoelectric motors of power magnetic repulsors, and spindle support shaft position sensors on permanent magnets are electrically connected to the piezoelectric motors of the power magnetic repellers, and the output of the encoder is connected to the first inputs of the first differential amplifier of the misalignment signal, the second differential amplifier of the misalignment signal, the position sensors of the spindle support shaft on the permanent magnets are connected to the quantity meters gap, and their outputs are connected to the second inputs of the first and second differential amplifiers of the mismatch signal, the first and second outputs of the first and second differential amplifiers of the mismatch signal are connected to the inputs of the amplifiers, the outputs of the amplifiers are through switches "on-off." connected to piezoelectric motors of power magnetic repulsors.
Удосконалена шпиндельна опора є енергозберігаючою за рахунок відсутності споживання газу на піддув опори.The improved spindle support is energy-saving due to the absence of gas consumption for inflating the support.
А А л4 НЕ и ! г ке г т З , :A A l4 NO i ! g ke g t Z , :
І й й 5 озна оесоєеєтений. и М 1 «- і кі Ех ов пу в хо 7 ув йAnd y y 5 oza oesoeeetenyi. and M 1 «- and ki Eh ov pu in ho 7 uv y
Е Й гай ще " се фе а и ОО и Р,E Y gai still "se fe a i OO i R,
ММ Ор Й :! і р чи и і й Ф с за Кк я Е м Е І ія ЗMM Or Y :! i r chi i i y F s for Kk i E m E I iya Z
КН парта ТАМKN of the TAM desk
В Бе Б у іIn Be B u i
АН и ЯAN and Ya
Гея З 4 ІЗ ь я Ї я ; собGaya Z 4 ИЗ і І і і ; sob
Бе ення ітиRunning away
М Е пшшшшя й . й Пи пи й се КИМ ше хх Крем Арт а НК; Сер ОН ее: а І КЕ А родео йM E psshshshya and . y Pi pi y se KIM she xx Cream Art a NK; Sir ON ee: a I KE A rodeo y
Ш-- арк КЕ длSh-- sheet KE dl
Оце Ше і! це уче шк і м ІThat's what! this is the study of I
Іл. я в і че тт їIll. i in i che tt i
Їу ЇВYiu Yiv
Фіг. 1Fig. 1
Винахід належить до верстатобудування і, зокрема, до систем автоматичного управління і стабілізації положення формоутворюючих елементів верстатів високої точності для обробки точних елементів оптики і механіки і може використовуватись для побудови прецизійних опор на постійних магнітах.The invention belongs to machine tool construction and, in particular, to systems of automatic control and stabilization of the position of forming elements of high-precision machines for processing precise elements of optics and mechanics and can be used for the construction of precision supports on permanent magnets.
По ас. СРСР Мо 1 500 805 від 1.10.1987 р. відома аеростатична шпиндельна опора. Ця аеростатична шпиндельна опора вибрана як прототип. Аеростатична шпиндельна опора прототипу включає аеростатичну шпиндельну опору з двома лініями піддува. По зовнішніх сторонах радіальної шпиндельної опори розташовані два автономних компенсатори перекосу вала опори, які наділені регульованими обмежувачами витрату гасу. В кожний регульований обмежувач витрати гасу входять п'єзоелектричний двигун з регулятором тиску в гасовому шарі.According to the assistant USSR Mo 1 500 805 dated 1.10.1987 known aerostatic spindle support. This aerostatic spindle support is selected as a prototype. The prototype aerostatic spindle support includes an aerostatic spindle support with two blow lines. On the outer sides of the radial spindle support, there are two independent support shaft misalignment compensators, which are equipped with adjustable kerosene flow limiters. Each adjustable kerosene flow limiter includes a piezoelectric motor with a pressure regulator in the kerosene layer.
При цьому регульовані обмежувачі витрати гасу, які розташовані симетрично відносно датчиків положення вала, можуть бути об'єднані в групи, в яких п'єзоелектричні двигуни паралельно підключені до системи автоматичного управління.At the same time, adjustable kerosene flow limiters, which are located symmetrically with respect to the shaft position sensors, can be combined into groups in which piezoelectric motors are connected in parallel to the automatic control system.
Слід відзначити наступне. Аеростатична шпиндельна опора складна у виготовленні.The following should be noted. Aerostatic spindle support is difficult to manufacture.
Розрахункова величина зазору між втулкою і валом опори знаходиться в інтервалі від 10 мкм до 30 мкм. Експлуатація аеростатичної шпиндельної опори передбачає наявність енергоємної компресорної установки. Обмежувачі витрати гасу аеростатичних опор запорошуються, а волога, яка випадає з гасу, що надійшов на піддув, викликає корозію.The estimated value of the gap between the sleeve and the support shaft is in the range from 10 μm to 30 μm. The operation of the aerostatic spindle support requires the presence of an energy-intensive compressor unit. The kerosene limiters of the aerostatic supports become dusty, and the moisture that falls from the kerosene that has entered the blow-up causes corrosion.
Цих недоліків позбавлена шпиндельна опора на постійних магнітах. Опори на постійних магнітах довговічні. Розмагнічування магнітів, які виконані з закритичних матеріалів, не перевищує 0,2-0,5 95 за рік. В випадку, якщо магніт піддавався магнітній стабілізації, вдається зменшити незворотне зниження магнітної індукції до сотих часток відсотка. Магнітна індукція може повністю поновлюватися дальшим намагнічуванням.Spindle support on permanent magnets is free of these disadvantages. Permanent magnet supports are durable. Demagnetization of magnets made of non-critical materials does not exceed 0.2-0.5 95 per year. If the magnet was subjected to magnetic stabilization, it is possible to reduce the irreversible reduction of the magnetic induction to hundredths of a percent. Magnetic induction can be completely renewed by further magnetization.
В відношенні піднімальної здатності шпиндельні опори на постійних магнітах з закритичних матеріалів з коерцитивною силою 300-500 кА/м і індуктивністю 1,5 Тл можуть значно перевищувати аеростатичні шпиндельні опори.In terms of lifting capacity, spindle supports on permanent magnets made of supercritical materials with a coercive force of 300-500 kA/m and an inductance of 1.5 T can significantly exceed aerostatic spindle supports.
Шпиндельна опора на постійних магнітах не споживає газ на піддув опори, а отже, ця опора енергозберігаюча.Spindle support on permanent magnets does not consume gas to inflate the support, and therefore, this support is energy-saving.
Задача, що вирішується, полягає у такому удосконаленні шпиндельної опори прототипу, якеThe problem to be solved is such an improvement of the spindle support of the prototype, which
Зо передбачає заміну гасового мастильного шару аеростатичної шпиндельної опори магнітним полем силових магнітних підвісів з можливістю управління радіальним положенням вала шпиндельної опори на постійних магнітах.Zo provides for the replacement of the kerosene lubricating layer of the aerostatic spindle support by the magnetic field of power magnetic suspensions with the possibility of controlling the radial position of the spindle support shaft using permanent magnets.
Це досягається тим, що у шпиндельній опорі на постійних магнітах, яка включає датчики положення вала опори, силові магнітні відштовхувачі, пристрій автоматичного управління положенням вала опори, згідно з винаходом, вал шпиндельної опори виконаний складовим і включає вихідний вал, несучий вал і хвостовик, по краях несучого вала в екранах установлені магніти вала у вигляді порожнистих циліндрів з полюсами на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях, в втулках, установлених в корпусі шпиндельної опори на постійних магнітах, над магнітами вала в перерізах по Б-Б і В-В шпиндельної опори по осях систем координат ХРОБУБ іThis is achieved by the fact that in the spindle support on permanent magnets, which includes sensors for the position of the support shaft, power magnetic repulsors, a device for automatic control of the position of the support shaft, according to the invention, the shaft of the spindle support is made of a component and includes an output shaft, a bearing shaft and a shank, according to at the edges of the supporting shaft, shaft magnets are installed in the form of hollow cylinders with poles on the inner and outer side surfaces in the screens, in the bushings installed in the spindle support housing on permanent magnets, above the shaft magnets in the B-B and B-B sections of the spindle support along the axes HROBUB coordinate systems and
ХВОВУВ установлені по чотири силових магнітних відштовхувача, кожний силовий магнітний відштовхувач включає постійний магніт, установлений в екран з магнітном'якого матеріалу, п'єзоелектричний двигун, установлений в керамічний ізолятор і регулювальний гвинт, причому постійні магніти силових магнітних відштовхувачів полюсами спрямовані до однойменних полюсів магнітів вала, силові магнітні відштовхувачі і магніти вала, які установлені в одному перерізі опори, утворюють силовий магнітний підвіс вала шпиндельної опори на постійних магнітах, в корпусі шпиндельної опори на постійних магнітах в перерізі по А-А над вихідним валом в керамічній втулці по півосях ХА і-УА систем координат ХО, осі якої паралельні осям систем координат ХРОБУБ ії ХВОВУВ, установлені датчики положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах, пристрій автоматичного управління положенням вала шпиндельної опори на постійних магнітах включає задатчик, перший диференційний підсилювач сигналу неузгодження, другий диференційний підсилювач сигналу неузгодження, перший вимірювач величини зазору, другий вимірювач величини зазору, підсилювачі, вимикач "увімк.-вимк.", п'єзоелектричні двигуни силових магнітних відштовхувачів, причому датчики положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах електрично зв'язані з п'єзоелектричними двигунами силових магнітних відштовхувачів, причому вихід задатчика з'єднаний з першими входами першого диференційного підсилювача сигналу неузгодження, другого диференційного підсилювача сигналу неузгодження, датчик положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах, установлений по півосі ХА системи координат ХОМА, з'єднаний з першим вимірювачем величини зазору, а його вихід з'єднаний з другим входом першого диференційного бо підсилювача сигналу неузгодження, перший і другі виходи першого диференційного підсилювача сигналу неузгодження з'єднані з входами підсилювачів, виходи підсилювачів через вимикачі "увімк.-вимк." з'єднані з п'єзоелектричними двигунами силових магнітних відштовхувачів, установлених по осях ХР і ХВ систем координат ХРОБУБ і ХВОВУВ, датчик положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах, установлений по півосі У системи координат ХОМ, з'єднаний з другим вимірювачем величини зазору, а його вихід з'єднаний з другим входом другого диференційного підсилювача сигналу неузгодження, перший і другі виходи другого диференційного підсилювача сигналу неузгодження з'єднані з входами підсилювачів, виходи підсилювачів через вимикачі "увімк.-вимк." з'єднані з п'єзоелектричними двигунами силових магнітних відштовхувані в установлених по осях Уб і В систем координатFour power magnetic repulsors are installed in the HVOVUV, each power magnetic repeller includes a permanent magnet installed in a screen made of magnetic material, a piezoelectric motor installed in a ceramic insulator and an adjusting screw, and the permanent magnets of the power magnetic repellers are directed to the poles of the same magnets shaft, power magnetic repulsors and shaft magnets, which are installed in one section of the support, form a power magnetic suspension of the spindle support shaft on permanent magnets, in the housing of the spindle support on permanent magnets in the cross-section along A-A above the output shaft in a ceramic sleeve along the semi-axes XA and -UA coordinate systems XO, the axes of which are parallel to the axes of the coordinate systems ХРОБУБ and ХВОВУВ, sensors of the position of the spindle support shaft on permanent magnets are installed, the device for automatic control of the position of the spindle support shaft on permanent magnets includes a encoder, the first differential amplifier of the misalignment signal, the second differential misalignment signal amplifier, first backlash gauge, second backlash gauge, amplifiers, on-off switch, piezoelectric motors of power magnetic repulsors, and spindle support shaft position sensors on permanent magnets are electrically connected to piezo isoelectric motors of power magnetic repulsors, and the output of the encoder is connected to the first inputs of the first differential amplifier of the misalignment signal, the second differential amplifier of the misalignment signal, the sensor of the position of the shaft of the spindle support on permanent magnets, installed along the XA half-axis of the HOMA coordinate system, connected to the first meter of the gap, and its output is connected to the second input of the first differential amplifier of the mismatch signal, the first and second outputs of the first differential amplifier of the mismatch signal are connected to the inputs of the amplifiers, the outputs of the amplifiers through the "on-off" switches. connected to piezoelectric motors of power magnetic repulsors installed along the ХР and ХВ axes of the ХРОБУБ and ХВОВУВ coordinate systems, a sensor of the position of the spindle support shaft on permanent magnets, installed along the U semi-axis of the ХОМ coordinate system, connected to the second gauge of the amount of the gap, and its output is connected to the second input of the second differential amplifier of the mismatch signal, the first and second outputs of the second differential amplifier of the mismatch signal are connected to the inputs of the amplifiers, the outputs of the amplifiers through the "on-off" switches. connected to piezoelectric motors of force magnetic repulsive in coordinate systems established along the Ub and B axes
ХБОБУБ і ХВОВУВ,Khbobub and Khvovuv,
Це досягається також тим, що в перерізах по Б-Б і Г-Г по осях систем координат ХРОБУБ іThis is also achieved by the fact that in sections along B-B and G-G along the axes of the HROBUB coordinate system and
ХВОВУв установлюють групи паралельно з'єднаних силових магнітних відштовхувачів.Groups of parallel-connected power magnetic repulsors are installed in the HVOVUs.
Причинно-наслідковий зв'язок технічного рішення, що заявляється, з досягуваним технічним результатом полягає у наступному.The causal relationship between the claimed technical solution and the achievable technical result is as follows.
На Фіг. 1 представлена шпиндельна опора на постійних магнітах, вал 2, 3, 4 якої складається з несучого вала 2 і співвісно з'єднаними з ним вихідним валом і хвостовиком 4. Всі вали 2, 3, 4 одного діаметра. По краях несучого вала 2 в екранах установлені магніти 8 вала. В корпусі 1 опори в перерізах по Б-Б і В-В над магнітами 8 вала установлені силові магнітні відштовхувачі 11. Їх постійні магніти 9 переміщуються п'єзоелектричними двигунами 13. Полюси магнітів 13 спрямовані до однойменних полюсів магнітів 8 вала. Б - Б. Магніти 13 силових магнітних відштовхувачів 11 установлені з зазором Із відносно магнітів 8 вала.In Fig. 1 shows a spindle support on permanent magnets, the shaft 2, 3, 4 of which consists of a bearing shaft 2 and an output shaft and shank 4 coaxially connected to it. All shafts 2, 3, 4 have the same diameter. On the edges of the supporting shaft 2, the magnets of the shaft 8 are installed in the screens. Power magnetic repulsors 11 are installed in the body 1 of the support in sections along B-B and B-B above the magnets 8 of the shaft. Their permanent magnets 9 are moved by piezoelectric motors 13. The poles of the magnets 13 are directed to the poles of the same names of the magnets 8 of the shaft. B - B. Magnets 13 of power magnetic repellers 11 are installed with a gap Iz relative to the magnets 8 of the shaft.
Як відомо, однойменні полюси магнітів відштовхуються. Розглянемо силу відштовхування між силовим магнітним підштовхувачем 11 і магнітом вала. Магніти 9 силових магнітних відштовхувачів 11 розташовані в екранах 12, які виконані з магнітном'якого матеріалу. Ці екрани 12 являють собою магнітопровід, магнітним потоком поза яким можна знехтувати. Отже, магнітні потоки зосереджені в зазорах між відкритими полюсами магнітів У силових магнітних відштовхувачів 11 і магнітами 8 вала опори.As you know, the poles of magnets of the same name repel each other. Consider the force of repulsion between the power magnetic pusher 11 and the shaft magnet. Magnets 9 of power magnetic repellers 11 are located in screens 12, which are made of magnetic material. These screens 12 are a magnetic conductor, the magnetic flux outside of which can be neglected. Therefore, the magnetic fluxes are concentrated in the gaps between the open poles of the magnets U of the power magnetic repellers 11 and the magnets 8 of the support shaft.
Сила відштовхування між силовим магнітним підштовхувачем 11 і магнітом 8 вала розраховується по формулі (Пятин Ю.М., Постоянньсє магнить!. - М.: Знергия, 1980)The force of repulsion between the power magnetic pusher 11 and the magnet 8 of the shaft is calculated by the formula (Y.M. Pyatyn, Permanent magnet! - M.: Znergia, 1980)
Е - ВмвідВмвала?а від 2 вот зь/ ом ЯE - VmvidVmvala?a from 2 vot z/ om Ya
Коо) ; де: Ом - магнітна жорсткість магнітів 9 силового магнітного відштовхувача і магнітів 8 вала;Koo); where: Ohm - magnetic stiffness of magnets 9 of the power magnetic repeller and magnets 8 of the shaft;
Ії-- величина зазору між магнітом відштовхувача і магнітом напрямної; Но - магнітна постійна;Ii-- the size of the gap between the repeller magnet and the guide magnet; But - magnetic constant;
Вувід і Вувала - індукції магнітів силового магнітного відштовхувача і магніту вала;Vuvid and Vuvala - induction of the magnets of the power magnetic repeller and the magnet of the shaft;
Їм - Іімнід З Імвала у? - середня довжина магнітів силового магнітного відштовхувача і магніту вала; Зп. площа полюсів магніту. Площа магніту 8 вала опори дорівнює площі магніту 9 відшювхувача. -увTo them - Iimnid Z Imvala y? - the average length of the magnets of the power magnetic repeller and the shaft magnet; Zp. the area of the magnet poles. The area of the magnet 8 of the support shaft is equal to the area of the magnet 9 of the stapler. -uv
В момент часу, коли різниця сили відштовхування Е від силового магнітного відштовхувача, установленого по півосі -УЄ системи координат ХРОБУ» в перерізі по Б-Б опори, і магніту вала, і ту сила відштовхування Е від силового магнітного відштовхувача, установленого по півосі --у5 системи координат ХРОБУБ в перерізі по Б-Б опори і вала - магніту будуть дорівнювати радіальному навантаженню в перерізі по Б-Б шпиндельної опори на постійних магнітах, вал опори буде займати нове положення. При цьому сила відштовхування між цими магнітами при їх намагніченості М-1,5927105, магнітній індукції 2 Тл, і І3--50 мкм дорівнює 1313 Н. При цих же параметрах магнітів і Із-40 мкм дорівнює 2052 Н. Це означає, що жорсткість одного силового магнітного підвісу дорівнює 73,9 Н/мкм.At the time when the difference in the force of repulsion E from the force magnetic repeller installed along the -UE half-axis of the KhROBU coordinate system" in the cross-section along B-B of the support and the shaft magnet, and the force of repulsion E from the force magnetic repeller installed along the half-axis -- y5 of the HROBUB coordinate system in the B-B section of the support and the magnet shaft will be equal to the radial load in the B-B section of the spindle support on permanent magnets, the support shaft will occupy a new position. At the same time, the force of repulsion between these magnets with their magnetization M-1.5927105, magnetic induction 2 T, and I3--50 μm is equal to 1313 N. With the same parameters of the magnets and Iz-40 μm, it is equal to 2052 N. This means that the stiffness of one power magnetic suspension is 73.9 N/μm.
Для запобігання радіального зміщення вала шпиндельної опори на постійних магнітах вона оснащається пристроєм управління положенням вала опори. Цей пристрій шляхом зміни величин зазорів між магнітом 8 вала і магнітами 9 силових магнітних відштовхувачів п'єзоелектричними двигунами 13 відштовхувачів постійно компенсує радіальне навантаження на вал опори і запобігає його зміщення.To prevent radial displacement of the spindle support shaft on permanent magnets, it is equipped with a device for controlling the position of the support shaft. This device, by changing the gaps between the magnet 8 of the shaft and the magnets 9 of the power magnetic repulsors by the piezoelectric motors 13 of the repulsors, constantly compensates for the radial load on the support shaft and prevents its displacement.
Сила відштовхування між магнітом 8 вала і магнітними силовими відштовхувачами визначається їх магнітними індукціями, площиною полюсів, середньою довжиною і зазором між ними.The force of repulsion between the magnet 8 of the shaft and the magnetic force repellers is determined by their magnetic inductions, the plane of the poles, the average length and the gap between them.
Винахід пояснюється кресленнями.The invention is explained with drawings.
Фіг. 1 Шпиндельна опора на постійних магнітах (осьовий переріз).Fig. 1 Spindle support on permanent magnets (axial section).
Фіг. 2. Силові магнітні підвіси в перерізах по Б-Б і В-В опори.Fig. 2. Power magnetic suspensions in cross-sections along B-B and B-B supports.
Фіг. 3. Датчики величин зазорів в перерізах А-А опори.Fig. 3. Sensors of clearances in cross-sections A-A of the support.
Фіг. 4. Функціональна схема пристрою автоматичного управління положенням вала шпиндельної опори на постійних магнітах.Fig. 4. Functional diagram of the device for automatic control of the position of the spindle support shaft on permanent magnets.
Фіг. 5. Силові магнітні підвіси утворені групами силових магнітних відштовхувачів в перерізах по Б-Б і В-В опори.Fig. 5. Power magnetic suspensions are formed by groups of power magnetic repulsors in the B-B and B-B sections of the support.
Шпиндельна опора на постійних магнітах (Фіг.1) включає корпус 1 і складовий вал 2, 3, 4 шпиндельної опори на постійних магнітах, який складається з несучого вала 2 і співвісно з'єднаними з ним і одного з ним діаметра вихідним валом З і хвостовиком 4.Spindle support on permanent magnets (Fig. 1) includes a body 1 and component shaft 2, 3, 4 of a spindle support on permanent magnets, which consists of a bearing shaft 2 and coaxially connected to it and the same diameter output shaft C and shank 4.
В корпусі 1 шпиндельної опори в керамічних втулках 5 в перерізі по А - А опори по півосяхIn the housing 1 of the spindle support in the ceramic bushings 5 in the cross-section along A - A of the support along the semi-axes
ЖХА Її я- МА системи координат ХОМА (Фіг. 3) установлені датчики б положення вала шпиндельної опори.ХХА In its pit of the HOMA coordinate system (Fig. 3), sensors for the position of the spindle support shaft are installed.
Керамічні втулки 5 є ізоляторами датчиків б, а також послабляють дію стороннього магнітного поля на ці датчики. Датчики б положення вала шпиндельної опори служать для вимірювання величин зазорів між основами датчиків 6 і вихідним валом З для забезпечення стабілізації радіального положення вала 2, 3, 4 шпиндельної опори на постійних магнітах.Ceramic bushings 5 are insulators of sensors b, and also weaken the effect of an external magnetic field on these sensors. Sensors b of the position of the shaft of the spindle support are used to measure the gaps between the bases of the sensors 6 and the output shaft Z to ensure the stabilization of the radial position of the shaft 2, 3, 4 of the spindle support on permanent magnets.
По краях несучого вала 2 в ізоляторах 7 установлені магніти 8 вала, які виготовлені у вигляді порожнистих циліндрів з полюсами на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях. Екран 7 виконаний з магнітном'якого матеріалу (пермюндера) (Пятин Ю.М. Постояннье магнить!:On the edges of the supporting shaft 2, in the insulators 7, the magnets 8 of the shaft are installed, which are made in the form of hollow cylinders with poles on the inner and outer side surfaces. Screen 7 is made of a magnetic material (permunder) (Y.M. Pyatyn. Permanent magnet!:
Справочник. - М.: Знергия, 1980) з високою магнітною проникливістю (260000), високою індукцією насичення (В; ї 10 Тл) і забезпечують концентрацію магнітного поля між магнітами 8 вала і магнітами 9 силових магнітних відштовхувачів 11, а також перешкоджають проникненню магнітних потоків розсівання в вихідний вал З і далі під датчики 6 величин зазорів.Directory. - M.: Znergiya, 1980) with high magnetic permeability (260,000), high saturation induction (V; i 10 T) and ensure the concentration of the magnetic field between the magnets 8 of the shaft and the magnets 9 of the force magnetic repellers 11, and also prevent the penetration of magnetic scattering fluxes in the output shaft C and further under the sensors of 6 gap sizes.
В перерізах по Б-Б і В-В шпиндельної опори в втулках 10 установлені силові магнітніIn the B-B and B-B cross-sections of the spindle support in the bushings 10, power magnetic
Зо відштовхувачі 11 з керованою силою відштовхування між цими відштовхувачами 11 і магнітами 8 вала. Кожний силовий магнітний відштовхувач 11 включає магніт 9, виконаний з закритичного магнітного матеріалу, наприклад, фериту або рідкоземельного магнітного матеріалу з коеринтивною силою Не до 400 КА/м і енергією до 25000 Дж/м3. Такі магніти не зазнають розмагнічування в сильних магнітних полях (Пятин Ю.М. Постояннье магнить!: Справочник. -From repulsors 11 with a controlled force of repulsion between these repulsors 11 and magnets 8 of the shaft. Each power magnetic repeller 11 includes a magnet 9 made of a closed magnetic material, for example, ferrite or a rare-earth magnetic material with a coherency force of up to 400 KA/m and an energy of up to 25,000 J/m3. Such magnets do not undergo demagnetization in strong magnetic fields (Y.M. Pyatyn. Permanent magnet!: Reference book. -
М.: Знергия, 1980).M.: Znergia, 1980).
Магніти 9 силових магнітних відштовхувачів установлені в екрани 12, які виконані з магнітном'якого матеріалу, що також забезпечує зосередження їх магнітного потоку в зазорах між магнітом 8 вала і цими магнітами 9.The magnets 9 of the power magnetic repellers are installed in the screens 12, which are made of a magnetic material, which also ensures the concentration of their magnetic flux in the gaps between the magnet 8 of the shaft and these magnets 9.
Переміщення магнітів У здійснюється п'єзоелектричними двигунами 13. П'єзоелектричні двигуни 13 установлені в ізолятори 14.The magnets U are moved by piezoelectric motors 13. Piezoelectric motors 13 are installed in insulators 14.
Регулювальний гвинт 15 служить для установки початкової величини зазору між магнітом 9 силового магнітного відштовхувача і магнітом 8 вала, а отже, для установки між ними початкової сили відштовхування. Магніти 9 і магніти 8 вала спрямовані один до одного однойменними полюсами.The adjusting screw 15 serves to set the initial value of the gap between the magnet 9 of the power magnetic repeller and the magnet 8 of the shaft, and therefore to set the initial force of repulsion between them. Magnets 9 and magnets 8 of the shaft are directed to each other by poles of the same name.
В перерізах опори по Б-Б і В-В по осях систем координат ХРОБУБ Її ХВОВУВ (фіг. 2) установлені по чотири силових магнітних відштовхувача, які в цих перерізах вала з магнітами 8 вала утворюють силові магнітні підвіси 16. При цьому осі систем координат ХРОБУБ ії ХВОВУВ паралельні осям системи координат ХО". Силові магнітні підвіси 16: - утримують вал 2, 3, 4 опори у виваженому стані; - запобігають зміщенню вала 2, 3, 4 опори з заданого положення під дією радіального навантаження.In the cross-sections of the support along B-B and B-V along the axes of the HROBUB and ХВОВУВ coordinate systems (Fig. 2), four power magnetic repulsors are installed, which in these sections of the shaft with 8 magnets of the shaft form power magnetic suspensions 16. At the same time, the axes of the coordinate systems ХРОБУБ and ХВОВУВ are parallel to the axes of the XO coordinate system". Power magnetic suspensions 16: - keep the shaft 2, 3, 4 of the support in a balanced state; - prevent the displacement of the shaft 2, 3, 4 of the support from the given position under the influence of radial load.
Пристрій 17 автоматичного управління положенням вала шпиндельної опори на постійних магнітах (Фіг. 4) включає задатчик 18, який служить для установки заданої величини зазорів під датчиками 6 величин зазорів, установлених по півосях ХХ" і ї- УА системи координат ХОМА в перерізі по А-А опори (Фіг. 3).The device 17 for automatic control of the position of the shaft of the spindle support on permanent magnets (Fig. 4) includes a setter 18, which serves to set the specified value of the gaps under the sensors 6 of the values of the gaps established along the semi-axes XX" and Х-UA of the HOMA coordinate system in the section along A- And supports (Fig. 3).
З виходу задатчика 18 сигнал надходить на перші входи першого диференційного підсилювача 19 сигналу неузгодження, другого диференційного підсилювача 20 сигналу неузгодження.From the output of the encoder 18, the signal enters the first inputs of the first differential amplifier 19 of the mismatch signal, the second differential amplifier 20 of the mismatch signal.
Диференційні підсилювачі 19 і 20 виробляють сигнали неузгодження, які пропорційні 60 величинам зазорів під відповідним датчиком б положення вала від заданих задатчиком 18 величин цих зазорів. Сигнали датчиків б положення вала опори надходять на входи першого вимірювача 21 величини зазору і другого вимірювача 22 величини зазору. Сигнали вимірювачів 21 і 22 надходять на другі входи диференційних підсилювачів 19 і 20 сигналів неузгодження, відповідно. Як вимірювачі величин зазорів використовуються вимірювачі мікропереміщень, погрішність вимірювання яких не перевищує 10-3-10-- величини зазору, який вимірюється (Гриневич Б.Ф. Измерительнье компенсационно - мостовье устройства с емкостньми датчиками. - Киев.: Наукова Думка, 1987).Differential amplifiers 19 and 20 produce mismatch signals that are proportional to the 60 values of the gaps under the corresponding sensor b of the shaft position from the values of these gaps specified by the encoder 18. Signals from sensors b of the position of the support shaft are received at the inputs of the first gauge 21 of the amount of the gap and the second gauge of the amount of the gap 22. The signals of the meters 21 and 22 are supplied to the second inputs of the differential amplifiers 19 and 20 of the mismatch signals, respectively. Microdisplacement gauges are used as gauges of gap sizes, the measurement error of which does not exceed 10-3-10-- the size of the gap being measured (Grynevych B.F. Izmeritelnye kompensatsionno - bridge devices with capacitive sensors. - Kyiv.: Naukova Dumka, 1987).
З виходів першого диференційного підсилювача 19 сигналу неузгодження сигнал надходить на входи підсилювачів 23 і 24, а з їх виходів через вимикач 25 - на п'єзоелектричні двигуни 13 силових магнітних відштовхувачів, установлених по півосях «Хе і -ХБ, «ХВ і -ХВ систем координатFrom the outputs of the first differential amplifier 19 of the mismatch signal, the signal enters the inputs of the amplifiers 23 and 24, and from their outputs through the switch 25 - to the piezoelectric motors 13 of the power magnetic repulsors installed along the semi-axes of the "Xe and -XB, "XV and -XV systems coordinates
ХБОБУБ ії ХВОВУВ, П'єзоелектричні двигуни 13 силових магнітних відштовхувачів 11, які установлені по одній осі систем координат, живляться в протифазі. В залежності від напрямку зміни величини зазору магніт 9 одного з силових магнітних відштовхувачів наближається до магніту 8 вала і збільшує силу відштовхування, а другого - віддаляється від магніту 8 вала і зменшує силу відштовхування. В результаті по цій осі координат під дією сил відштовхування вал 2, 3, 4 займе задане положення.ХБОБУБ и ХВОВУВ, Piezoelectric motors 13 of power magnetic repellers 11, which are installed along one axis of coordinate systems, are powered in antiphase. Depending on the direction of the change in the clearance, the magnet 9 of one of the power magnetic repellers approaches the magnet 8 of the shaft and increases the repulsion force, and the second one moves away from the magnet 8 of the shaft and reduces the repulsion force. As a result, shaft 2, 3, 4 will take a given position along this coordinate axis under the action of repulsive forces.
З виходів другого диференційного підсилювача 20 сигналу неузгодження сигнал надходить на входи підсилювачів 26 і 27, а з їх виходів через вимикач 25 - на п'єзоелектричні двигуни 13 силових магнітних відштовхувачів 11, установлених по півосях 5 і -УБ, -уВ8 і -УВ систем координат ХРОБУБ і ХВОВУВ, 28 - планшайба, яка установлена на вихідному валу 4.From the outputs of the second differential amplifier 20 of the mismatch signal, the signal enters the inputs of the amplifiers 26 and 27, and from their outputs through the switch 25 - to the piezoelectric motors 13 of the power magnetic repulsors 11, installed along the semi-axes 5 and -UB, -уВ8 and -УВ systems coordinates ХРОБУБ and ХВОВУВ, 28 - the faceplate, which is installed on the output shaft 4.
При цьому вихід задатчика 18 з'єднаний з першими входами першого диференційного підсилювача 19 сигналу неузгодження і другого диференційного підсилювача 20 сигналу неузгодження, датчик б положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах, установлений по півосі -ХА системи координат ХОМА, з'єднаний з першим вимірювачем 21 величини зазору, а його вихід з'єднаний з другим входом першого диференційного підсилювача 19 сигналу неузгодження, перший і другі виходи першого диференційного підсилювача 19 сигналу неузгодження з'єднані з входами підсилювачів 23 і 24, виходи підсилювачів 23 і 24 через вимикачі 25 "увімк.-вимк." з'єднані з п'єзоелектричними двигунами 13 силових магнітнихAt the same time, the output of the encoder 18 is connected to the first inputs of the first differential amplifier 19 of the misalignment signal and the second differential amplifier 20 of the misalignment signal, the sensor b of the position of the spindle support shaft on permanent magnets, installed along the -XA half-axis of the HOMA coordinate system, is connected to the first meter 21 of the gap value, and its output is connected to the second input of the first differential amplifier 19 of the mismatch signal, the first and second outputs of the first differential amplifier 19 of the mismatch signal are connected to the inputs of amplifiers 23 and 24, the outputs of amplifiers 23 and 24 through switches 25 "on .-off." connected to piezoelectric motors 13 power magnetic
Зо відштовхувачів 11, установлених по осях Х5 і ХВ систем координат ХОРУ і ХВОВУВ датчик 6 положення вала шпиндельної опори на постійних магнітах, установлений по півосі У системи координат ХОЧУ, з'єднаний з другим вимірювачем 22 величини зазору, а його вихід з'єднаний з другим входом другого диференційного підсилювача 20 сигналу неузгодження, перший і другі виходи другого диференційного підсилювача 20 сигналу неузгодження з'єднані з входами підсилювачів 26 ї 27, виходи підсилювачів 26 і 27 через вимикачі 25 "увімк.-вимк." з'єднані з п'єзоелектричними двигунами 13 силових магнітних відштовхувачів 11, установлених по осях У і В систем координат Х»ОБУБ і ХВОВУВ,From the pushers 11, installed along the X5 and XV axes of the CHORU and ХВОВУВ coordinate systems, the sensor 6 of the position of the spindle support shaft on permanent magnets, installed along the semi-axis В of the ХОХУ coordinate system, is connected to the second gauge 22 of the amount of the gap, and its output is connected to the second input of the second differential amplifier 20 of the mismatch signal, the first and second outputs of the second differential amplifier 20 of the mismatch signal are connected to the inputs of amplifiers 26 and 27, the outputs of amplifiers 26 and 27 through switches 25 "on-off." connected to piezoelectric motors 13 of force magnetic repulsors 11, installed along the axes Y and B of the X»OBUB and ХВОВУВ coordinate systems,
Працює шпиндельна опора на постійних магнітах наступним чином. Вимикачі 25 "увімк. - вимки" установлюють в положення "увімк." і підключають вимірювачі 23, 24, 26, 27 до п'єзоелектричних двигунів 13 силових магнітних відштовхувачів 11. Пара п'єзоелектичних двигунів 13 силових магнітних відштовхувачів, установлених по одній осі координат, зустрічно підключена до відповідних п'єзоелектричних двигунів.The permanent magnet spindle support works as follows. Switches 25 "on - off" are set to the "on" position. and connect the gauges 23, 24, 26, 27 to the piezoelectric motors 13 of the power magnetic repulsors 11. A pair of piezoelectric motors 13 of the power magnetic repulsors, installed along one coordinate axis, is oppositely connected to the corresponding piezoelectric motors.
На виході задатчика 18 установлюють напругу, яка дорівнює вихідним напругам вимірювачів 211122 при розрахунковій величині зазору під датчиками 6 положення вала 2, 3, 4 шпиндельної опори.At the output of the encoder 18, a voltage is set, which is equal to the output voltages of the gauges 211122 at the calculated value of the gap under the position sensors 6 of the shaft 2, 3, 4 of the spindle support.
По показаннях вимірювачів 21 і 22 величин зазорів зміщують регулювальними гвинтами 15 магніти 8 силових магнітних відштовхувачів 11, а отже, і вал 2, 3, 4 опори, під датчиками 6 положення вала опори, установлених в перерізі по А-А опори, установлюють розрахункові величини зазорів.According to the readings of the gauges 21 and 22 of the gap values, the adjusting screws 15 move the magnets 8 of the power magnetic repulsors 11, and therefore the shafts 2, 3, 4 of the support, under the sensors 6 of the position of the support shaft, installed in the cross-section along A-A of the support, the calculated values are set gaps
Нехай під дією радіального навантаження зазор під датчиком б положення вала опори, установленого по півосі -Х" системи координат Х'ОЛУ? в перерізі по А-А шпиндельної опори на постійних магнітах опори стане більшим. Отже, збільшиться напруга на другому вході диференціального підсилювача 19. В результаті на виході диференційного підсилювача 19 виникає різниця потенціалів. Напруга з виходів диференційного підсилювача 19 через підсилювачі 23 і 24 надходить на п'єзоелектричні двигуни 13 силових магнітних відштовхувачів 11, установлених по осях Х5 і ХВ систем координат ХРОБУБ і ХВОВУВ в перерізах по Б-Б і В-В опори.Let the gap under the radial load sensor b of the position of the support shaft, installed along the -X" half-axis of the X'OLU coordinate system? in the cross-section along A-A of the spindle support on the permanent magnets of the support, become larger. Consequently, the voltage at the second input of the differential amplifier will increase 19 As a result, a potential difference occurs at the output of the differential amplifier 19. The voltage from the outputs of the differential amplifier 19 through the amplifiers 23 and 24 is supplied to the piezoelectric motors 13 of the force magnetic repulsors 11, installed along the X5 and XV axes of the KhROBUB and KhVOVUV coordinate systems in sections along B -B and B-B supports.
В результаті п'єзоелектричні двигуни 13 силових магнітних відштовхувачів 11, установлених по півосях -Х5 і -ХВ подовжується. Зазори між магнітом 8 вала і магнітами 9 силових магнітних 60 відштовхувачів зменшується, а отже, сила відштовхування між ними збільшується.As a result, the piezoelectric motors 13 of the power magnetic repulsors 11 installed along the semi-axes -X5 and -XV are lengthened. The gaps between the magnet 8 of the shaft and the magnets 9 of the power magnetic 60 repulsors are reduced, and therefore the repulsive force between them increases.
П'єзоелектричні двигуни 13 силових магнітних відштовхувачів 11, установлених по півосях -ХБ ії -ХВ укорочуються. Зазори між магнітами 8 вала і магнітами 9 силових магнітних відштовхувачів збільшуються, а сила відштовхування між ними зменшується.Piezoelectric motors 13 of power magnetic repulsors 11, installed along the semi-axes -ХБ and -ХВ are shortened. The gaps between the magnets 8 of the shaft and the magnets 9 of the power magnetic repellers increase, and the force of repulsion between them decreases.
Під дією сил відштовхування вал 2, 3, 4 опори зміститься в напрямку півосей «Хе і «ХВ і буде займати початкове положення.Under the action of repulsive forces, the shaft 2, 3, 4 of the support will shift in the direction of the semi-axes "Xe" and "XV" and will occupy the initial position.
Для підвищення піднімальної сили і жорсткості шпиндельної опори на постійних магнітах в перерізах опори по Б-Б і В-В по осях систем координат ХРОБУБ і ХВОВУВ можуть встановлюватися по чотири групи (Фіг. 5) установлюються по чотири групи 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 паралельно підключених силових магнітних відштовхувачів, які 3 магнітами 8 вала утворюють силові магнітні підвіси.To increase the lifting force and rigidity of the spindle support on permanent magnets, four groups of four groups 29, 30, 31, 32 can be installed on permanent magnets in the cross-sections of the support along B-B and B-V along the axes of the HROBUB and HVOVUV coordinate systems (Fig. 5). , 33, 34, 35, 36 parallel-connected power magnetic repellers, which form power magnetic suspensions with 3 magnets of 8 shafts.
Кожну групу силових магнітних відштовхувачів установлюють симетрично відносно осей згаданих систем координат ХОБУБ і ХВОВУВ,Each group of force magnetic repulsors is installed symmetrically relative to the axes of the mentioned coordinate systems ХОБУБ and ХВОВУВ,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA201201841A UA101907C2 (en) | 2012-02-20 | 2012-02-20 | Spindle bearing on permanent magnets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA201201841A UA101907C2 (en) | 2012-02-20 | 2012-02-20 | Spindle bearing on permanent magnets |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA101907C2 true UA101907C2 (en) | 2013-05-13 |
Family
ID=51949946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA201201841A UA101907C2 (en) | 2012-02-20 | 2012-02-20 | Spindle bearing on permanent magnets |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA101907C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111577772A (en) * | 2020-05-13 | 2020-08-25 | 西安交通大学 | Electric drawing type bearing ejection device |
-
2012
- 2012-02-20 UA UAA201201841A patent/UA101907C2/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111577772A (en) * | 2020-05-13 | 2020-08-25 | 西安交通大学 | Electric drawing type bearing ejection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10566916B2 (en) | Bearing, in particular for a magnetic levitation assembly | |
EP2082192B1 (en) | Linear displacement sensor | |
KR101122371B1 (en) | Scanning probe microscopy and fine-adjustment mechanism for scanning probe microscopy | |
EP3171126A1 (en) | Temperature tolerant magnetic linear displacement sensor | |
CN106641403B (en) | A kind of direct action type electrohydraulic proportional valve of the linear force motor driving of bidirectional permanent magnetic | |
TW201443399A (en) | Magnetic position sensor and position detecting method | |
US10444034B2 (en) | Linear actuator with position indicator | |
UA101907C2 (en) | Spindle bearing on permanent magnets | |
DE102013019168A1 (en) | SENSOR FOR INDICATING A POSITION OR A POSITION CHANGE OF A COUPLING ELEMENT AND A METHOD OF OPERATING THE SENSOR | |
CN101261112B (en) | Hydraulic support linear displacement transducer detection device and detection method | |
ES2209317T3 (en) | INDUCTIVE DIFFERENTIAL MANOMETRIC TRANSMITTER. | |
Zhang et al. | Leakage current characterization and compensation for piezoelectric actuator with charge drive | |
UA72699U (en) | Spindle bearing on permanent magnets | |
KR101402331B1 (en) | Linear displacement sensor and linear displacement detecting system using electromagnetic induction | |
GB2164154A (en) | Magnetic velocity sensor | |
CN101382440B (en) | Magnetic position sensor with integrated hall effect switch | |
WO2015111163A1 (en) | Magnetic detection device | |
JP6430265B2 (en) | Displacement detector | |
CN107664920B (en) | Electromagnetism track-type facilities | |
US9689764B1 (en) | Flexure-based system for measuring torque on a shaft | |
Slatter | Angle-and length measurement with sensors based on the Tunnel-Magnetoresistive (TMR) effect | |
EP2833100B1 (en) | Sensor for displaying a position or a change of position of a coupling element and method of operating the sensor | |
RU85448U1 (en) | SMALL TRANSFORMER LINEAR MOVEMENT SENSOR | |
Cui et al. | A novel eddy current angle sensor for electrohydraulic rotary valves | |
JP3077074B2 (en) | Servomotor |