Радиальная электромагнитная опора шпинделя

 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в шпиндельных узлах металлорежущих станков. Целью изобретения является повышение жесткости опор путем управления характеристики рабочего зазора. Система управления состоит из задатчика 6, сравнивающего устройства 7 и усилителя 8. Под действием внешних возмущений шпиндель 1 смещается от заданного положения. Нарушается баланс датчика 3 и задатчика 6. Устройство 7 фиксирует разность этих сигналов, пропорциональную величине смещения шпинделя. После усиления сигнала поступает на электромагниты 2. Они развивают суммарное усилие, равное и противоположно направленное действию внешнего возмущения. Шпиндель 1 возвращается в заданное положение. Наличие магнитной жидкости 9 в рабочем зазоре опоры между шпинделем 1 и электромагнитами 2 повышает ее жесткость и демпфирующую способность, а также повышает ее несущую способность за счет снижения магнитного сопротивления. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1484441 (Ю 4 В 23 В 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

l10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4213108/25-08 (22) 23.03.87 .(46) 07.06.89. Бюл. № 21 (71) Тольяттинский политехнический институт (72) А. С. Крит, В. С. Гончаров, О. В. Сергеева, В. В. Чуров и В. А. Веселовский

{53) 621.9.046 (088.8) (56) Журавлев Ю. Н. и др. Экспериментальное исследование электромагнитных опор для высокоскоростных роторов. — Станки и инструмент. М.: Машиностроение, 1982, № 5, с. 13, 14. (54) РАДИАЛ ЬНАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПОРА ШПИНДЕЛЯ (57) Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в шпиндельных узлах металлорежущих станков.

Целью изобретения является повышение жесткости опор путем управления характеристиками рабочего зазора. Система управления состоит из задатчика б, сравнивающего устройства 7 и усилителя 8. Под действием внешних возмущений шпиндель 1 смещается от заданного положения. Нарушается баланс датчика 3 и задатчнка б, Устройство 7 фиксирует разность этих сигналов, пропорциональную величине смещения шпинделя.

После усиления сигнал поступает на электромагниты 2. Они развивают суммарное усилие, равное н противоположно направленное действию внешнего возмущения.

Шпиндель 1 возвращается в заданное положение. Наличие магнитной жидкости 9 в рабочем зазоре опоры между шпинделем 1 и электромагнитами 2 повышает ее жесткость и демпфирующую способность, а также повышает ее несущую способность за счет снижения магнитного сопротивления 1 ил.

1484441

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в конструкциях шпинделей металлорежущих станков.

Цель изобретения — повышение жесткости опор путем управления характеристиками рабочего зазора опоры.

На чертеже приведена конструкция предлагаемой радиальной электромагнитной опоры шпинделя.

Радиальная электромагнитная опора шпинделя включает в себя шпиндель .1, электромагниты 2, датчики 3 положения шпинделя 1 н магнитожидкостные уплотнения 4, смонтированные в корпусе 5. Система автоматического регулирования положения шпинделя 1 состоит из задатчика 6, 35 сравнивающего устройства 7 и усилителя 8, Зазор между шпинделем 1 и электромагнитами 2 заполнен магнитной жидкостью 9.

Опора шпинделя работает следующим образом.

При смешении шпинделя 1 от заданного положения, например под действием внешних возмущений либо собственного веса, нарушается баланс датчика 3 и задатчика 6. В результате этого на выходе сравнивающего устройства 7 появляется разность этих сиг- 75 налов, пропорциональная величине смещения шпинделя 1. После усиления в усилителе 8 она поступает на электромагниты 2. Они развивают суммарное усилие, равное по величине и противоположное по направлению действию внешнего возмуще- ЗО ния, вызвавшего смешение. Шпиндель 1 возвращается в заданное положение.

Наличие магнитной жидкости в зазоре приводит к тому, что под воздействием магнитного потока электромагнитов 2 в зазоре между ними и шпинделем 1 формируется 35 эпюра внутренних давлений магнитной жидкости. Равнодействующая ее направлена противоположно силе, действующей со стороны электромагнитов 2 на ферромагнитный шпиндель 1. Учитывая, что последняя гораздо больше по величине равнодействующей сил внутреннего давления магнитной жидкости, они существенного воздействия на величину несущей способности (в смысле ее ухудшения) не оказывают. Вместе с тем шпиндель 1, возвращаясь в заданное поло- 45, жение, еще более «уплотняет» магнитную жидкость. Это ведет к некоторому повышению жесткостных характеристик опоры и ее демпфирующей способности. Кроме того, наличие магнитной жидкости в зазоре резко снижает его магнитное сопротивление и, соот- 5О ветственно, увеличивает магнитный поток в цепи. Это приводит к повышению несущей способности опоры.

Пример. Электромагнитная радиальная опора шпинделя собиралась в общем корпусе в форме полного цилиндра с внутренним диаметром 80 мм и стягивалась с обеих сторон крышками. Для электромагнитов использов ал ось ш и хто ва нное железо стато ров электродвигателей РД-09 или СД-54. Пакет листов не менялся. Штатная обмотка снималась и укладывалась новая. Число витков

120 на полюс, провод ПЭЛ-0,4. Для датчиков использовалось то же железо, но пакет листов уменьшался в три раза (для снижения потерь на перемагничивание, так как рабочая частота датчика 20 кГц). Новая обмотка включала 80 витков провода ПЭЛ-Q,08.

Диаметр шпинделя 22,5 мм, рабочий зазор составл яв 0,35 м м н а сторо ну.

Магнитожидкостные уплотнения устанавливались по обе стороны от электромагнитов, чтобы исключить утечку магнитной жидкости и ее попадание в зазор между датчиками и шпинделем. Для магнитожидкостных уплотнений использовались магниты из феррита бария с аксиальной намагниченностью и магнитопроводы из от. 10 в виде колец с зубьями в поперечном сечении (фиг. 1) у внутреннего диаметра.

Последние служили концентраторами магнитного потока. Организованная магнитная цепь (на фиг. 1 показана пунктирными линиями) препятствовала растеканию магнитной жидкости. Для снятия сравнительных характеристик проводились две серии экспериментов, причем в первой заливка магнитной жидкости в зазор не производилась.

Полученные данные (для магнитной жидкости на основе керосина с намагниченностью насыщения 800 Гц) свидетельству ют, что радиальная электромагнитная опора с магнитной жидкостью в зазоре имеет в 1,5 раза увеличенную несущую способность. Снятие АЧХ показало, что амплитуда колебаний шпинделя в опоре с магнитной жидкостью ниже в два раза, чем без магнитной жидкости.

Формула изобретения

Радиальная электромагнитная опора шпинделя, содержащая силовые радиальные электромагниты, установленные по отношению к шпинделю с рабочим зазором, датчик положения шпинделя и систему управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения жесткости опоры путем управления характеристиками рабочего зазора, рабочий зазор заполнен магнитной жидкостью и уплотнен по обе стороны от электромагнитов магнитно-жидкостными уплотнениями, а электромагниты электроизолированы от магнитной жидкости.