Стенд для испытания подшипников в вакууме

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к стендам для испытания подшипников в вакууме . Цель изобретения - повышение производительности испытаний. Стенд содержит вакуумную камеру. Цилиндрический корпус 2 изготовлен из немагнитного материала. Ротор 3 из магнитомягкого материала установлен внутри на испытуемых подшипниках 4.Коаксиально корпусу 2 установлена электромагнитная катушка 5, а в зазоре между ней и корпусом размещен магни- В и - ктопровод 6 с кольцевой вставкой IО из немагнитного материала, соединенный с приводом вращения 8 посредством зубчатой передачи 9. На элементах 11 и I2 магнитопровода 6 и на одном из концов ротора 3 выполнены продольные пазы, образующие выетупы.При вращении магнитопровода 6 магнитный поток, создаваемый катушкой 5, замыкается через элементы II, 12 и ротор ,3. За счет магнитного сцепления между выступами на одном конце ротора 3 и магнитопроводе 6 ротор 3 увлекается во вращение. При этом момент сопротивления в подшипниках вызывает относительное смещение выступов,что обусловливает разную величину нормальной составляющей магнитной индзтсции потока между ротором 3 и элементами 11 и 12, вызывая некомпенсированную ЭДС в проводнике, размещенном в осевом направлении на корпусе 2 вакуумной камеры. 4 з.п. ф-лы, 10 ил. Д /////////////////// с & сл bo vj oi со О) 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G OI М 3/04

3CF(ÐI-. I «", q q 1 ц," ц

1 ,Д11 . ":

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4079424/31-27 (22) 18.06.86 (46) 23.02.88. Вюл. № 7 (71} Московский институт нефти и газа им. И.N.Ãóáêèíà (72) Н.М.Михин, А.P.Ëîãèíoâ, Г.С,Долгов, В.Н.Рябов, В.А.Горшков и В.И.йабаев (53) 621.822.6(088.8) (54) СТЕНД ДЛя ИСП11ТАНИЯ ПОДШИПНИКОВ

В ВАКУУМЕ (57) Изобретение относится к облйсти машиностроения, в частности к стендам для испытания подшипников в вакууме, Цель изобретения — повышение производительности испытаний. Стенд содержит вакуумную камеру. Цилиндрический корпус 2 изготовлен иэ немагнитного материала. Ротор 3 из магнитомягкого материала установлен внутри на испытуемых подшипниках 4.Коаксиально корпусу 2 установлена электромагнитная катушка 5, а в зазоре между ней и корпусом размещен магнн„„SU„„1375968 А 1 топровод 6 с кольцевой вставкой 10 из немагнитного материала, соединенный с приводом вращения 8 посредством зубчатой передачи 9. На элементах II и 12 магнитопровода 6 и на одном из концов ротора 3 выполнены продольные пазы, образующие выступы.При вращении магнитопровода 6 магнитный поток, создаваемый катушкой 5, замыкается через элементы ll, 12 и ротор

3, За счет магнитного сцепления между выступами на одном конце ротора 3 и магнитопроводе 6 ротор 3 увлекается во вращение. При этом момент сопротивления в подшипниках вызывает относительное смещение выступов,что обусловливает разную величину нормальной составляющей магнитной индукции потока между ротором 3 и элементами 11 и 12, вызывая некомпенсированную ЭДС в проводнике, размещенном в осевом направлении на корпусе

2 вакуумной камеры. 4 s.ï. ф-лы, 10 ил.

1375968

Изобретение относится к машиностроению и касается стендов для испытания в вакууме подшипников.

Целью изобретения является повыше5 ,ние производительности испытаний путем исключения приостановлений вращения ротора для измерения момента сопротивления в подшипниках.

На фиг.l изображена схема предлагаемого стенда; на фиг,2 — схема расположения пазов на роторе и магнитопроводе в зоне их сцепления; на фиг.3 — схема расположения пазов на магнитопроводе в зоне отсутствия сцеп-!5 ления его с ротором; на фиг.4 — развертка магнитопровода, ротора и цилиндрической оболочки корпуса вакуумной камеры; на фиг.5 — схема магнитного поля в зазоре между зубьями ро- 20 тора и магнитопровода при отсутствии трения в испытуемых подшипниках; на фиг.б — схема магнитного поля в зазоре между зубьями магнитопровода и периферией ротора; на фиг.7 — схема магнитного поля в зазоре между зубьями ротора и магнитопровода при наличии трения в испытуемых подшипниках; на фиг.8 — датчик с параллельным соединением проводников; на фиг.9 — дат- 30 чик с последовательным соединением проводников; на фиг ° 10 — схема стенда с осевым и радиальным нагружением испытуемых подшипников.

На основании 1 стенда установлена вакуумная камера 2, корпус которой выполнен в виде тонкостенного цилиндра, изготовленного из немагнитного материала, например стали Х18Н10Т.

Камера подключена с помощью вакуум- 40 ной арматуры к посту для откачки воздуха из камеры 2 (He показан), Ротор

3, выполненный из магнитомягкого материала, например стали 10, установлен внутри корпуса камеры 2 на испы- 45 туемых подшипниках 4. Побудитель вращения ротора 3 содержит установленную на основании 1 электромагнитную катушку 5 с магнитопроводом 6, причем последний выполнен в виде втулки,рас- 50 положенной снаружи корпуса камеры 2 коаксиально ротору 3 в подшипниках 7.

Электродвигатель 8 привода с помощью зубчатой передачи 9 кинематически связан с магнитопрбводом 6, Магнитопровод 6 имеет кольцевую вставку 10, изготовленную как и корпус камеры 2 из немагнитного материала. Вставка

I0 жестко связывает между собой магнитопроводные кольцевые элементы 11 и 12, например они приварены к вставке 10. Ротор 3 и магнитопровод 6 снабжены пазами; По одну сторону от немагнитной вставки 10, например, в зоне коаксиального сопряжения магнитопроводного элемента 1! с ротором

3 они имеют пазы 13 и 14, которые обуславливают образование зубьев 15 и 16 соответственно (фиг.2). С про тивоположной стороны от вставки 10, в данном случае в зоне коаксиального сопряжения элемента 12 с ротором 3, пазы 13 или 14 продолжены только на сердечнике б или роторе 3. На фиг.3 представлен вариант, в котором в зоне коаксиального оопряжения элемента

12 с ротором 3 пазы выполнены на магнитопроводе 6 и они являются продолжением пазов 13, а зубья 17 — поодолжением зубьев 15.

На внешней поверхности цилиндрической оболочки корпуса камеры 2 жестко установлен, например приклеен к ней, датчик 18 (фиг .4) . Датчик 18 выполнен в частности в виде одного электрически изолированного от корпуса камеры 2 проводника. Длина проводника и его расположение выбраны таковыми, что он пересекает по всей ширине зону коаксиального сопряжения сердечника 6 с ротором 3. Датчик подключен к измерительному устройству (не показано).

Стенд работает следующим образом.

После установки ротора 3 в испытуемых подшипниках 4 внутри вакуумной камеры 2 из нее откачивается воздух. По достижению требуемого вакуума электромагнитную катушку 5 подключают к источнику постоянного тока.

Создаваемый ею магнитный поток замыкается в магнитной цепи, образованной элементами 11 и 12 магнитопровода 6 и ротором 3. Ход замыкания маг нитного потока представлен на фиг.! пунк тирной линией со стрелками. Немагнитная вставка 10 сердечника б и немагнитная цилиндрическая оболочка камеры 2 не позволяют осуществиться замыканию иным путем. Магнитный поток в радиальном зазоре между магнитопроводным элементом 11 и ротором

3 сосредоточен преимущественно на вершинах зубьев 15 и 16 (фиг.5), а в зазоре между элементом 12 и ротором 3 — на вершинах зубьев !7 (фиг.б), так как именно в этих местах ради1375968 альные зазоры минимальны. Магнитный поток в зазоре между вершинами зубьев

15 и 16 противоположен по направлению потоку в зазоре между зубьями

17 и периферией ротора 3, При вращении магнитопровода 6, которое осуществляется зубчатой передачей 9 от электродвигателя 8, из-за сопротивле— ния вращению ротора 3, которое обусловлено потерями на трение в испытуемых подшипниках 4, зубья 15 и 16 начинают смещаться один относительно другого. При этом магнитное поле в зазоре между вершинами зубьев 15 и

16 деформируется. Нормальная к внешней поверхности корпуса вакуумной камеры 2 составляющая вектора магниткой индукции поля здесь уменьшается, но появляется касательная составляющая (фиг.7), которая и определяет величину момента, передаваемого от магнитопровода 6 к ротору 3. После того, как указанный момент сравняется с моментом трения в испытуемых подшипниках 4, а это происходит при вполне определенном смещении зубьев

15 и 16, сердечник 6 и ротор 3 двигаются совместно. В зоне взаимодействия зубьев 17 с периферией ротора тоже происходит смещение взаимодействующих поверхностей, но деформация магнитного поля в зазоре между выступами 17 и периферией ротора 3 не наблюдается так как здесь нет зубьУ

35 ев на роторе, а следовательно, магнитное поле по-прежнему отвечает схеме, приведенной на фиг.6. Магнитное сцепление ротора 3 с зубьями 17 магнитопровода, обеспечивая замыкание магнитного потока, не создает крутящего момента на роторе 3.

При совместном перемещении магнитопровода 6 и ротора 3 проводник датчика 18, оставаясь в силу его жест-- 45 кой связи с камерой 2 неподвижным, как бы перемещается со скоростью ч то в зазоре между вершинами зубьев, то между впадинами (фиг.4). В про— воднике датчика 18 при этом индуцируется электродвижущая сила. Поскольку магнитный поток в радиальном зазоре между вершинами зубьев 15 и 16 направлен противоположно потоку в радиальном зазоре между вершинами ,зубьев 17 и периферией ротора 3, то

55 в соответствующих частях проводника датчика 18 (а именно, расположенных в зазоре между ротором 3 и элементом

ll в зазоре между ротором 3 и элементом 12) индуцируются ЭДС противоположного знака. В указанных частях проводника датчика 18 потекут токи

1 и >., направленные противополож1 но друг другу. Индуцируемые ЭДС или токи i u i полностью компенсируют

1 2 друг ppyry, когда зубья 15 и 16 сердечника и ротора строго оппоэитны одни другим. При таком расположении зубьев магнитное поле в зазоре между ротором 3 и элементом ll идентично полю в зазоре между ротором 3 и элементом 12. Однако оппозитное расположение зубьев 15 и 16 возможно лишь при отсутствии трения в испытуемых подшипниках. При наличии трения зупья 15 и 16 смещены, магнитные поля в зазорах ротор 3 — элемент 11 и ротор 3 — элемент 12 неидентичны, а следовательно, ни ЭДС, ни токи и 1., нескомпенсированы. Чем больше потери на трение в испытуемых подшипниках, тем больше смещение зубьев

15 и 16, а следовательно, тем в большей степени нескомпенсированы ЭДС или токи. Измеряя напряжение или ток, вырабатываемый датчиком 18 при испытаниях, определяют величину смещения зубьев !5 и 16, т.е. момент трения в испытуемых подшипниках.

Количество проводников в датчике может быть равным количеству зубьев

15, при этом проводники располагаются равномерно по периферии корпуса камеры 2, т.е. с шагом (по углу), равным mary зубьев, а соединяют их параллельно. При прочих равных условиях ток, вырабатываемый этим датчиком при испытаниях больше, чем ток от датчика с одним проводником. Конструктивно такой датчик может быть выполнен в виде бумажной ленты 19 с напыленным или наклеенным на нее проводниками 20 (фиг.8).

Датчик может содержать и большее количество проводников, но при этом их располагают с вдвое меньшим шагом, соединяют последовательно. B этом случае целесообразно толщину зубьев иметь несколько меньшую, чем ширина пазов 13 или 14. Этот датчик при прочих равных условиях вырабатывает при испытаниях большее напряжение, чем датчик с одним проводником. Кроме того, он позволяет осуществлять выводы проводника 21 с одной из его боковых сторон (фиг.9), что существен1375968 но, если магнитопровод 6 не имеет сквозного внутреннего отверстия (фиг. 10) .

Проводник датчика может быть непосредственно уложен на корпусе ка5 меры 2 по винтовой линии с шагом, например, меньшим, чем ширина элемента 11 или 12 магнитопровода 6. Напряжение или ток, вырабатываемый этим 10 датчиком, несет в себе информацию о смещениях всех зубьев 15 и 16 в любой промежуток времени, т.е. позволяет производить измерения трения в испытуемых подшипниках более дифференцированно.

При необходимости испытания подшипников в условиях действия осевой внешней нагрузки стенд снабжается дополнительными комплектами магнитопроводов и роторов. В каждом из этих комплектов (пара магнитопровод-ротор) зубья на магнитопроводе 6 и роторе 3 выполнены в виде однонаправленных резьб 22 (фиг.10), Резьба может быть однозаходной или многоэаходной. Осевое усилие создается здесь за счет осевой составляющей винтового магнитного сцепления магнитопровода с ротором. 30

Электромагнитную ка.тушку 5 привода вращения ротора целесообразно saключать между фланцами 23 и 24, выполненными из магнитомягкого материала и расположенными коаксиально элементам 11 и 12 (фиг.10). Это позволяет более полно использовать электромагнитную энергию катушки. В радиальный зазор между магнитопроводом б и фланцами 23 и 24 вводят 40 также ферромагнитную жидкость 25,что в свою очередь уменьшает потери магнитного потока.

Радиальная нагрузка на испытуемые подшипники создается весом ротора 3.

При выполнении ротора полым его вес варьируется разновесами, устанавливаемыми в этой полости. Если разновес выполнить в виде свободно установленного в полости ротора тела 26 враще50 ния, то при вращении ротора вследствие неравномерности качения этого тела создается динамическая радиальная нагрузка на испытуемые подшипники.

Применение изобретения позволяет производить измерения момента сопротивления подшипников при различных скоростях вращения и видах нагружения беэ остановки вращения ротора и промежуточных разгерметизаций вакуумной камеры, что существенно повышает производительность испытаний.

Формула изобретения

i . Стенд для испытания подшипников в вакууме, содержащий привод, датчик сопротивления вращению, основание, установленный на нем корпус вакуумной камеры, выполненный в виде тонкостенной цилиндрической оболочки из немагнитного материала, ротор из магнитомягкого материала для установки испытуемых подшипников, размещенный внутри корпуса и соосно ему на испытуемых подшипниках, привод вращения ротора, выполненный в виде электромагнитной катушки, установленной коаксиально с зазором относительно корпуса камеры, и цилиндрического магнитопровода с кольцевой вставкой из немагнитного материала, размещенного в зазоре между катушкой и корпусом и соединенного с приводом, при этом на роторе и магнитопроводе, по одну сторону от кольцевой вставки, выполнены пазы, расположенные оппозитно друг другу, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения производительности испытаний, по другую сторону от кольцевой вставки на роторе или магнитопроводе выполнены пазы, а датчик выполнен в виде по меньшей мере одного, жестко связанного с корпусом камеры и изолированнного от него проводника, пересекающего в осевом направлении зону сопряжения магнитопровода с ротором.

2. Стенд по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения момента сопротивления вращению, проводник датчика размещен по спирали, охватывающей корпус камеры.

3. Стенд по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что он снабжен фланцами из магнитомягкого материала, размещенными в торцах электромагнитной катушки коаксиально цилиндрическому магнитопроводу, а в радиальный зазор между фланцами и магнитопроводами помещена ферромагнитная жидкость °

4. Стенд по п.1 о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью создания осевой нагрузки на испытуемые подшипники, пазы на роторе и магнитопроводе выполнены в виде однонаправленных спиральных канавок.

5. Стенд по п.I, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью созда1375968 8 ния динамической радиальной нагрузки на испытуемые подшипники, он снабжен телом вращения, а ротор выполнен полым, при этом тело вращения помещено в полости ротора.!

375968

Составитель Т.Хромова

Редактор В.Бугренкова Техред Л.-OsrHHHbnc Корректор С.Шекмар

Заказ 78l/42 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открь:тий

1!3035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,r.Ужгород,ул.Проектная,4