Опорный магнитный узел

 

ОПОРНЫЙ МАГНИТНЫЙ УЗЕЛ, содержащий вал, смонтированный в корпусе при помощи радиальных магнитных подшипников и осевых механических упоров , а также смонтированное на валу подвижное звено, зафиксированное при помощи упорного магнитного подшипника, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы и улучшения динамических характеристик , он снабжен компенсирующим устройством, размещенным между валом и упорным магнитным подшипником и выполненным из двух концентрично расположенных кольцевых постоянных магнитов, радиально намагниченных в противоположных направлениях, внешний магнит жестко закреплен в центральной части подвижного звена, а внутренний - на валу, подвижное звено соединено с валом при помощи по меньшей мере двух параллельных упругих пластин , установленных перпендикулярно оси вала, жестко соединенных с валом и с подвижным звеном. -

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

SU(1141241

4(59 F 16 С 32/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ сс ." -": - - з с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1-.,:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3683056/25-27 (22) 23.12.83 (46) 23.02.85. Бюл. № 7 (72) А. Б. Мома (53) 621.822.2 (088.8) (56) 1. Вышков Ю. Д., Иванов В. И. Магнитные опоры в автоматике. М., «Энергия», 1978, с. 7 — 11.

2. Авторское свидетельство СССР № 875121, кл . F 16 С 32/04, 1981. (54) (57) ОПОРНЫЙ МАГНИТНЫЙ УЗЕЛ, содержащий вал, смонтированный в корпусе при помощи радиальных магнитных подшипников и осевых механических упоров, а также смонтированное на валу подвижное звено, зафиксированное при помощи

Г

I упорного магнитного подшипника, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы и улучшения динамических характеристик, он снабжен компенсирующим устройством, размещенным между валом и упорным магнитным подшипником и выполненным из двух концентрично расположенных кольцевых постоянных магнитов, радиально намагниченных в противоположных направлениях, внешний магнит жестко закреплен в центральной части подвижного звена, а внутренний — на валу, подвижное звено соединено с валом при помощи по меньшей мере двух параллельных упругих пластин, установленных перпендикулярно оси вала, жестко соединенных с валом и с подвижным звеном.

1141241

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для разгрузки подшипника, и может быть использовано в высокоскоростных устройствах: центрифугах, моторах, накопителях энергии и т. п.

Известен комбинированный опорный узел, где применены магнитные подшипники (радиальные или упорные) совместно с механическими упорами. Последние устанавливают по осям неустойчивого равновесия магнитных подшипников (1) .

Недостатком этого опорного узла является то, что нагрузка, приложенная к подвешенному телу, в полной мере передается на механические упоры и соответственно способствует их быстрому износу, вызывая при этом потери энергии на трение и создавая моменты сопротивления вращению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является магнитный подвес, содержащий вал, смонтированный в корпусе на радиальных магнитных подшипниках, снабженных осевыми механическими упорами, и подвижное звено (оно же подвешенное тело), посаженное на валу подвижно относительно него в осевом направлении и зафиксированное в этом направлении относительно корпуса посредством упорных магнитных подшипников (2).

Осевые упоры в этом устройстве нагружаются лишь силами сопротивления (трения) перемещению подвижного звена вдоль вала, и хотя эти силы во много раз меньше сил, приложенных к подвешенному телу, они все же способствуют износу механических упоров. Кроме того, нежелательно присутствие подвижного контактного сопряжения между валом и подвижным звеном, так как при высоких скоростях вращения это создает опасность появления люфтов, дисбаланса, вибрации и разрушения.

Цель изобретения — увеличение ресурса работы и улучшение динамических характеристик.

Указанная цель достигается тем, что опорный магнитный узел, содержащий вал, смонтированный в корпусе посредством радиальных магнитных подшипников и осевых механических упоров, а также смонтированное на валу подвижное звено, зафиксированное посредством упорного магнитного подшипника, снабжен компенсирующим устройством, размещенным между валом и упорным магнитным подшипником и выполненным из двух концентрично расположенных кольцевых постоянных магнитов, радиально намагниченных в противоположных направлениях, внешний магнит жестко закреплен в центральной части подвижного звена, а внутренний — на валу, подвижное звено соединено с валом посредством по меньшей мере двух параллельных упругих пластин, установленных перпендикулярно

50 оси вала, жестко соединенных с валом и с подвижным звеном.

Подвижное звено имеет по отношению к валу такое осевое положение, при котором осевые составляющие радиальных магнитных сил отталкивания в зазоре уравновешены и, следовательно, равны нулю, а при отклонении от этого положения в любую сторону появляется осевая магнитная сила, направленная в сторону отклонения, создающая отрицательную жесткость, равную компенсируемой жесткости упругих направляющих.

На чертеже изображен опорный магнитный узел, сечение по оси вала.

Опорный магнитный узел содержит вал 1, радиальные магнитные подшипники 2, осевые механические упоры 3, подвижное звено (подвешенное тело) 4, соединенное с валом 1 посредством упругих направляющих 5, т. е. подвижно в осевом направлении, постоянный магнит 6 компенсирующей системы, жестко связанный с подвижным звеном 4, магнит 7 компенсирующей системы, жестко связанный с валом 1. На подвижном звене 4 закреплен кольцевой постоянный магнит упорного магнитного подшипника 8, который фиксирует подвижное звено 4 относительно неподвижного основания (корпуса).

При отсутствии действия на подвижное звено 4 внешних сил радиальные магнитные подшипники 2 центрируют вал 1 радиально, в осевых же направлениях он фиксирован механическими упорами 3 в положении неустойчивого равновесия, т. е. в положении, когда осевые магнитные силы радиальных магнитных подшипников 2 на механические упоры 3,не действуют. Вместе с валом 1 через посредство упругих направляющих 5 радиально центрируется и подвижное звено 4 (подвешенное тело), которое в осевых направлениях фиксируется относительно неподвижного основания упорным магнитным прдшипником 8. При этом суммарная радиальная жесткость радиальных магнитных подшипников 2 должна быть больше отрицательной (радиальной) жесткости упорного магнитного. подшипника 8 на величину, обеспечивающую противодействие ожидаемым радиальным нагрузкам на подвижное звено 4. Упругие направляющие 5 в данном случае не нагружены, постоянные магниты 6 и 7 компенсирующей ,системы занимают положение осевого неустойчивого равновесия, т. е. положение, когда их осевые магнитные силы взаимно уравновешены.

В случае приложения к подвижному звену 4 внешних осевых сил, последние будут смещать его (в пределах рабочего зазора) до наступления равновесия сил внешних и магнитных (упорного магнитного подшипника 8).

1141241

Составитель Г. Елисеева

Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Тираж 812 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП сПатент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Т. Кугрышева

Заказ 473 28

При этом в силу того, что осевые перемещения вала 1 ограничены механическими упорами 3, упругие направляющие будут испытывать осевой прогиб с противодействующей силой, которая, действуя через вал 1, должна бы нагрузить механические упоры 3, но этого не произойдет, так как осевое смещение подвижного звена 4 относительно вала 1 не только изгибает вдоль оси упругие направляющие 5, но также смещает постоянные магниты 6 и 7 относительно друг друга, которые, отталкиваясь, создадут осевую составляющую силу, равную силе противодействия упругих направляющих, и скомпенсируют ее.

Предложенное устройство фактически решает проблему создания трехосного подвеса тел на постоянных магнитах (не опровергая теоремы Иришоу). Здесь основополагающим является то, что хотя предлагаемый опорный узел и нельзя отнести к бесконтактным магнитным подвесам (поскольку он имеет контакт хоть и не нагруженный), приложенные к подвешиваемому телу внешние силы компенсируются магнитными силами постоянных магнитов все же бесконтактно — рабочих зазорах.

Конструктивно такая магнитная система (с отрицательной осевой жесткостью) может быть и другой, например, она может состоять из трех магнитов, расположенных вдоль оси в ряд с осевыми зазорами и ориентированных в них на притяжение, при этом

10 средний магнит может быть соединен с подвижным, звеном, а крайние с валом, или наоборот, и даже крайние магниты могут быть заменены ферромагнитными якорями.

Главное, чтоб магнитная система обладала двусторонней осевой неустойчивостью или, как ее еще называют, отрицательной жесткостью, равной жесткости направляющих на упругих связях. Тогда эти жесткости будут взаимно уравновешены и подвижное звено будет перемещаться относительно вала без

2О сопротивления, т. е. без сил противодействия, а следовательно, и без нагружения осевых механических упоров.