Опорный магнитный узел - SU1141241A1
Код документа: SU1141241A1
Описание
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 суш,ности и достигаемому результату является магнитный подвес, содержаший вал, смонтированный в корпусе на ра-20 диальных магнитных подшипниках, снабженных осевыми механическими упорами, и подвижное звено (оно же подвешенное тело), посаженное на валу подвижно относительно него в осевом направлении и за-25 фиксированное в этом направлении относительно корпуса посредством упорных магнитных подшипников 2. Осевые упоры в этом устройстве нагружаются лишь силами сопротивления (трения ) перемешению подвижного звена вдоль30 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, так35 как при высоких скоростях вращения это создает опасность появления люфтов, дисбаланса , вибрации и разрушения. Цель изобретения - увеличение ресурса работы -и улучшение динамических ха-до рактеристик. 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 подщипника, снабжен компенсирующим устройством, размещенным между валом и упорным магнитным подшипником игп 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, подвижное55 звено соединено с валом посредством по меньшей мере двух параллельных упругих пластин, установленных перпендикулярно оси вала, жестко соединенных с валом и с подвижным звеном. Подвижное звено имеет по отношению к валу такое осевое положение, при котором осевые составляюш,ие 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 жесткос- ь, равную компенсируемой жесткости упругих направляюш ,их. 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). 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 этогоне произойдет, так как осевое смещение подвижного звена 4 относительно вала 1 не только изгибает вдоль оси упругие направляющие 5, но также смещает поетоянные магниты 6 и 7 относительно друг друга, которые, отталкиваясь, создадут осевую составляющую силу, равную силе противодействия упругих направляющих, и скомпенсируют ее. Предложенное устройство фактически рещает проблему создания трехосного подвеса тел на постоянных магнитах (не опровергая теоремы Ирищоу). 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 подвещиваемому телу внещние 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 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 уравновещены и подвижное звено будет перемещаться относительно вала без сопротивления, т. е. без сил противодействия , а следовательно, и без нагружения осевых механических упоров.
Реферат
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. -
