Ударопрочный подшипник на бесконтактном магнитном подвесе

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к опорам качения и скольжения различных механизмов и машин, а также к отдельным деталям машин - валикам, роликам, втулкам, осям и другим деталям.
Известны многочисленные конструкции подшипников качения, детали которых изготовлены из сплошного материала [Спришевский А.И. Подшипники качения. М: Машиностроение, 1968. - 632 с.]. Недостатком данной конструкции является повышенный расход материала и высокая трудоемкость изготовления.
t
t
Известна конструкция упорного подшипника по патенту авторов №2604907 от 11.06.2015 г., содержащая детали, изготовленные из металлического малоразмерного проката в виде многослойной упрочненной металлической ленты или металлической проволоки, в котором малоразмерный металлический прокат выполнен из аморфного металла или аморфного металлического сплава толщиной 0,02…0,08 (мм) и уложен по профилю рабочей поверхности с натягом σ=(0,02…0,08)σ, где: σ - напряжение растяжения, МПа; σ - предел текучести материала малоразмерного проката, МПа.
Недостатком известной конструкции является значительная сложность, трудоемкость изготовления и дороговизна упорного подшипника.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является магнитный подшипник по патенту авторов №196910 от 19.12.2019 г. (прототип), содержащий наружное и разделенное на две половинки внутреннее кольца, изготовленные из магнитотвердого материала, ориентированные друг к другу одноименными полюсами и защищенные от внешнего воздействия немагнитными оболочками, профили поперечного сечения рабочей части колец выполнены в виде подобных равнобедренных трапеций с углом при основании в пределах от 30° до 90°, а наружное магнитное кольцо подшипника выполнено монолитным.
Недостатком данного подшипника является ограниченная несущая способность в радиальном направлении, особенно при ударных нагрузках.
Задачей полезной модели является повышение несущей способности подшипника в радиальном направлении при ударных нагрузках.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении нагрузочной способности в радиальном направлении при ударных нагрузках.
Указанная задача решается тем, что в магнитном подшипнике, содержащем наружное и разделенное на две половинки внутреннее кольца, изготовленные из магнитотвердого материала, ориентированные друг к другу одноименными полюсами и защищенные от внешнего воздействия немагнитными оболочками, а профили поперечного сечения рабочей части колец выполнены в виде подобных равнобедренных трапеций с углом при основании в пределах от 30° до 90°, и наружное кольцо подшипника выполнено монолитным, внешняя часть немагнитной наружной оболочки в радиальном направлении выполнена полой, в которой в эластичной оболочке с дилатантной неньютоновской жидкостью размещены тела вращения, например, металлические шарики малого диаметра.
При радиальной ударной нагрузке тела вращения, например, металлические шарики малого диаметра, размещенные в полости внешней части немагнитной наружной оболочки в радиальном направлении в герметичной эластичной оболочке, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью, за счет собственных инерционных свойств принимающие на себя энергию отдачи будут эффективно воспринимать и компенсировать такую ударную нагрузку.
При этом дополнительным источником для компенсации ударной нагрузки будет являться значительное скачкообразное увеличение вязкости дилатантной неньютоновской жидкости, заполняющей герметичную эластичную оболочку. Тем самым решается задача повышения несущей способности подшипника в радиальном направлении при ударных нагрузках.
Сущность полезной модели поясняется рисунком. На фиг.1 показан общий вид конструкции ударопрочного магнитного подшипника.
На фиг.1 используются следующие обозначения:
1. наружное магнитное кольцо подшипника,
2. внутреннее магнитное кольцо подшипника,
3. немагнитная наружная оболочка,
4. немагнитная внутренняя оболочка,
5. эластичная герметичная оболочка,
6. дилатантная неньютоновская жидкость,
7. металлические шарики малого диаметра.
Конструкция ударопрочного магнитного подшипника содержит монолитное наружное магнитное кольцо 1 и две одинаковые половинки внутреннего магнитного кольца 2. Наружное магнитное кольцо подшипника 1 заключено в немагнитную наружную оболочку 3, имеющую наружный диаметр D и высоту Н. Левая и правая половинки внутреннего магнитного кольца 2 установлены плотно друг к другу своими плоскими внутренними торцами, имеющими одинаковый полюс, и соединены немагнитной внутренней оболочкой 4, имеющей внутренний диаметр d и высоту Н. Рабочие поверхности наружного 1 и внутреннего кольца 2 выполнены в форме подобных равнобедренных трапеций, имеют одинаковый магнитный полюс и установлены с зазором λ. В полости внешней части немагнитной наружной оболочки 3 в радиальном направлении в герметичной эластичной оболочке 5, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью 6, размещены тела вращения, например, металлические шарики малого диаметра 7.
Работа подшипника осуществляется следующим образом. На немагнитную наружную 3 и внутреннюю 4 оболочки подают комбинированную - осевую и радиальную, внешнюю нагрузку, а одному из колец придают вращение. Так как форма рабочих поверхностей наружного магнитного кольца 1 и внутреннего магнитного кольца 2 имеют формы подобных трапеций, то основания этих трапеций создают магнитную силу взаимодействия, направленную в радиальном направлении подшипника и уравновешивающую внешнюю радиальную нагрузку. Боковые грани трапеций создают магнитную силу взаимодействия, направленную под углом к оси подшипника. Поэтому эта магнитная сила уравновешивает частично осевую и частично радиальную внешние нагрузки. Соотношение радиальной и осевой магнитных сил, возникающих между рабочими поверхностями магнитных колец 1 и 2 подшипника, зависит от геометрических параметров их трапецеидального профиля: высоты трапеции a, основания b и угла при основании β. Чем больше угол при основании β, тем больше осевая сила магнитного взаимодействия между кольцами 1 и 2 и меньше сила радиального взаимодействия. Наоборот, чем меньше угол при основании β, тем больше радиальная сила магнитного взаимодействия между кольцами 1 и 2 и меньше сила осевого взаимодействия. Пределы изменения угла при основании трапецеидального профиля рабочих поверхностей магнитных колец 1 и 2 определяются конструктивными ограничениями. При угле β>90° наружное и внутренне кольца будут более сложны в изготовлении и в намагничивании. При угле β<30° получается слишком малая сила осевого взаимодействия магнитных колец, что может привести к неустойчивости работы подшипника. Поэтому угол при основании трапеции профиля магнитных колец должен находиться в пределах 30°≤β≤90°.
При радиальной ударной нагрузке тела вращения, например, металлические шарики малого диаметра 7, размещенные в полости внешней части немагнитной наружной оболочки в радиальном направлении в герметичной эластичной оболочке 5, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью 6, за счет собственных инерционных свойств принимающие на себя энергию отдачи будут эффективно воспринимать и компенсировать такую ударную нагрузку.
При этом дополнительным источником для компенсации ударной нагрузки будет являться значительное скачкообразное увеличение вязкости дилатантной неньютоновской жидкости, заполняющей герметичную эластичную оболочку.
Тем самым решается задача повышения несущей способности подшипника в радиальном направлении при ударных нагрузках.