МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИК

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, касается магнитною подшипника, который может быть использован в станкостроении, в редукторах, к электродвигателях, и в других узлах и механизмах в качестве подшипника качения.
Известен магнитный кольцевой подшипник (RU 70605 U1, кл. Н02K 7/09. опубл. 27.01.2008 г.), содержащий корпус, вал вращения, статор и ротор, расположенные с рабочим воздушным зазором относительно друг друга, причем статор вставлен жестко в корпус, а его ротор жестко соединен с валом вращения, проходящим через торцевые отверстия в корпусе, снабженные вспомогательными подшипниками, статор и ротор подшипника выполнены в виде кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью, причем магнит ротора размещен концентрично внутри магнита статора, с их разноименными магнитными полюсами навстречу друг другу, с равномерным воздушным зазором, в котором размещен вспомогательный радиальный подшипник скольжения, причем на торцевых поверхностях магнита ротора и внутренних торцевых поверхностях корпуса и в торцевых отверстиях корпуса размещены дополнительные подшипники скольжения.
Недостатком известного подшипника является то, что он имеет в своей конструкции подшипники трения, что обязательно скажется на продолжительности срока эксплуатации подшипника. Кроме этого, при изготовлении и применении таких магнитных подшипников на повышенные скорости вращения, превышающие 100 тысяч оборотов в минут, предъявляются повышенные требования к точности изготовления магнитных колец подшипников с микронным допусков в отклонении от идеальных полых цилиндров, в частности, по строгим допускам по отклонениям от идеальной окружности их боковых поверхностей.
Известен подшипник на магнитной подвеске (RU 2314443 С1, кл. F16C 32/04. F16C 39/06, опубл. 10.01.2008 г.), который включает кольцевые коаксиальные постоянные магниты, наружный из которых выполнен неподвижным, а внутренний установлен на оси, и обращены они друг к другу неэкранированными поверхностями. Подшипник снабжен дополнительным кольцевым постоянным магнитом, установленным на оси и обращенным неэкранированным полюсом к одноименному неэкранированному торцевому полюсу неподвижного кольцевого магнита. Магниты выполнены с осевым намагничиванием и отношение массы каждого из постоянных магнитов, установленных на оси, к массе неподвижного постоянного магнита составляет 1:4 и размещены с воздушным зазором между рабочими поверхностями 0,1-0,5 мм.
Недостатком известного подшипника является то, что он выполнен в корпусе устройства, для которого предназначен, является его составной частью, из-за чего возникает сложность использования подшипника на магнитной подвеске в других устройствах и узлах, необходимость в дополнительной его нагрузке, сложность его ремонта или замены. Конструктивное выполнение наружного неподвижного магнита и дополнительного кольцевого магнита не обеспечивает стабильного уравнивания сил отталкивания, что ведет к снижению надежности, срока эксплуатации и эффективности работы при нестабильных осевых нагрузках. Кроме этого при наличии в корпусе устройства других движущихся металлических элементов, может привести к попаданию пыли и металлических частиц в подшипник на магнитной подвеске и к его разбалансировке в дальнейшем.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является подшипник вала на постоянных магнитах (US 5321329 А1, кл. F16C 39/06; F16C 33/02; Н02К 7/09, опубл. 14.06.1994 г.), принятый за ближайший аналог (прототип).
Устройство, по прототипу, содержит вал, на концах которого установлены подшипники вала на постоянных магнитах, каждый из которых содержит втулку вала и втулку фланца, представляющих собой два кольцевых постоянных магнита с конусообразными поверхностями, установленных на валу одинаковыми полюсами друг к другу с зазором, образованным силами отталкивания. Между валом и втулкой вала установлена изолирующая втулка с магнитонепроницаемыми щитами на концах.
Преимуществами и общими признаками подшипника вала на постоянных магнитах, по прототипу, с предлагаемой полезной моделью является наличие кольцевых постоянных магнитов с конусными поверхностями, использование которых исключает трение между вращающимися поверхностями, способствуют уравниванию сил отталкивания в поперечном направлении.
Однако при этом, описанное в качестве прототипа устройство не лишено недостатков: во-первых, сложность конструкции, сложность использования в других устройствах и узлах, сложность ремонта и замены из-за необходимости парного использования подшипников вала на постоянных магнитах для обеспечения уравнивания сил отталкивания в осевом направлении, из-за необходимости индивидуального изготовления корпуса и ваш под подшипник;
во-вторых, из-за постоянной нагрузки на вал возможно его разбалансировка.
В задачу полезной модели положено усовершенствование магнитного подшипника.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении срока эксплуатации, повышении надежности, упрощении ремонта и замены, расширении возможностей применения.
Поставленная задача достигается тем, что в подшипнике на постоянных магнитах, содержащем установленную на валу втулку, два постоянных кольцевых магнита с конусными поверхностями, с одинаковыми углами конусности - наружный и внутренний, расположенных коаксиально, одинаковыми полюсами друг к другу, на одной стороне втулки выполнена опорная часть, а на другой резьба, дополнительно устройство содержит удерживающий магнит, внешний корпус с полкой на внутренней поверхности, стопорное кольцо, прижимную гайку с резьбой и с нейлоновой вставкой, установленной в паз прижимной гайки, магнитонепроницаемые вставки, при этом наружный магнит установлен между полкой внешнего корпуса и стопорным кольцом, внутренний магнит установлен на опорную часть втулки, удерживающий магнит выполнен кольцевым и установлен на прижимной гайке с торца наружного магнита, одинаковыми полюсами друг к другу, втулка посредством резьбы соединена с прижимной гайкой, одна из магнитонепроницаемых вставок установлена в прорези опорной части втулки и в прорези внешнего корпуса, а другая в прорези внешнего корпуса и в прорези прижимной гайки; угол конусности наружного магнита и внутреннего магнита может составлять 20°-160°; втулка, внешний корпус и прижимная гайка выполнены из нержавеющего немагнитного материала 08X18Н10Т.
На фиг.1 приведен чертеж разреза магнитного подшипника.
На фиг.2 приведен чертеж разреза А-А магнитного подшипника.
На фиг.3 приведен чертеж разреза В-В подшипника на постоянных магнитах.
Конструктивно предлагаемый подшипник на постоянных магнитах на фиг.1-3 содержит:
1 - наружный магнит;
2 - внутренний магнит;
3 - удерживающий магнит;
4 - втулку;
5 - опорная часть втулки;
6 - метрическая резьба;
7 - внешний корпус;
8 - полку;
9 - прижимную гайку;
10 - нейлоновое кольцо;
11 - стопорное кольцо;
12, 13 - магнитонепроницаемые вставки.
Два постоянных кольцевых магнита с конусными поверхностями, с одинаковым углом конустности - наружный 1 и внутренний 2, расположены коаксиально, одинаковыми полюсами друг к другу.
Удерживающий магнит 3 выполнен кольцевым и установлен с торца наружного магнита 1, одинаковыми полюсами друг к другу.
С одной стороны втулки 4 выполнена опорная часть 5, а с другой - резьба 6.
Внешний корпус 7 выполнен с полкой 8 на внутренней поверхности.
Прижимная гайка 9 выполнена с метрической резьбой 6.
В паз прижимной гайки 9 установлено нейлоновое кольцо 10.
Наружный магнит 1 установлен между полкой 8 внешнего корпуса 7 и стопорным кольцом 11.
Внутренний магнит 2 установлен на опорную часть 5 втулки 4.
Удерживающий магнит 3 установлен на прижимной гайке 9.
Втулка 4 посредством метрической резьбы 6 соединена с прижимной гайкой 9.
Одна из магнитонепроницаемых вставок 12 установлена в прорези опорной части 5 втулки 4 и в прорези внешнего корпуса 7, а другая 13 - в прорези внешнего корпуса 7 и в прорези прижимной гайки 9.
Угол конусности наружного магнита 1 и внутреннего магнита 2 может составлять 20°-160°.
Втулка 4, внешний корпус 7, прижимная гайка 9 выполнены, например, из нержавеющего немагнитного материала 08Х18Н10Т.
Сборку предлагаемой полезной модели осуществляют следующим образом.
Для магнитного подшипника изготавливают три кольцевых постоянных магнита радиальной намагниченности. Наружный магнит 1 выполняют с внутренней конусностью, внутренний магнит 2 - с наружной конусностью, с одинаковым углом конусности и располагают одинаковыми полюсами друг к другу. Наружный магнит 1 устанавливают легкопрессовой посадкой между полкой 8 внешнего корпуса 7 и стопорным кольцом 11. Внутренний магнит 2 устанавливают легкопрессовой посадкой на опорную часть 5 втулки 4. В паз прижимной гайки 9 устанавливают нейлоновое кольцо 10. Удерживающий магнит 3 устанавливают легкопрессовой посадкой на прижимную гайку 9. Удерживающий магнит 3 располагают с торца наружного магнита 1 одинаковыми полюсами друг к другу. Во внешний корпус 7 с установленным наружным магнитом 1 вставляют втулку 4 с установленным внутренним магнитом 2, посредством резьбы 6 соединяют втулку 4 с прижимной гайкой 9 с установленным удерживающим магнитом 3. С помощью прижимной гайки 9 регулируют силу отталкивания магнитов 2 и 3 от 1. Угол конусности наружного магнита 1 и внутреннего магнита 2 могут менять в зависимости от расположения вала и уровня нагрузки на него.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Подшипник на постоянных магнитах устанавливают на валу через втулку 4. Когда вал начинает вращаться, то от наружного магнита 1 в разные стороны отталкиваются внутренний магнит 2 и удерживающий магнит 3, создавая эффект левитации. Так как внутренний магнит 2 ограничен опорной частью 5 втулки 4, а удерживающий магнит 3 - прижимной гайкой 9, то между ними и наружным магнитом 1 образуются зазоры. Внутренний магнит 2 вместе с удерживающим магнитом 3, втулкой 4 и прижимной гайкой 9 вращается на валу, внутри наружного магнита 1, не соприкасаясь с ним. При этом внешний корпус 7 и наружный магнит 1, установленный между полкой 8 внешнего корпуса 7 и стопорным кольцом 11, остаются неподвижны. Смещение магнитов в поперечном направлении не происходит из-за конусных поверхностей наружного магнита 1 и внутреннего магнита 2. Вал вращается, не теряя энергии вращения на трение.
Наличие нейлоновой вставки, установленной в паз прижимной гайки, обеспечивает надежное резьбовое соединение, предотвращая разворачивание втулки и прижимной гайки в процессе эксплуатации.
Наличие удерживающего магнита предотвращает смещение магнитов в осевом (продольном) направлении, что способствует повышению надежности и увеличению срока эксплуатации магнитного подшипника.
Повышению надежности и увеличению срока эксплуатации магнитного подшипника способствует также наличие втулки, внешнего корпуса и прижимной гайки, обеспечивающих фиксированную посадку магнитов и их предохранение от механических воздействий и разбалансировки.
Упрощение ремонта подшипника на постоянных магнитах обеспечивает наличие втулки, внешнего корпуса, соединенного посредством резьбы с прижимной гайкой, стопорного кольца и магнитонепроницаемых вставок.
Конструктивное выполнение предлагаемого магнитного подшипника обеспечивает расширение возможностей его применения в устройствах и узлах вместо обыкновенных подшипников качения. Кроме этого, конструктивное выполнение предлагаемого магнитного подшипника обеспечивает возможность его применения в паре с подшипниками качения и трения.
Ниже приведены примеры конкретного применения предлагаемой полезной модели.
Предлагаемый магнитный подшипник может быть использован, например, в ортогональном ветрогенераторе.
На опорную часть ротора ортогонального ветрогенератора устанавливают магнитный подшипник, в котором наружный и внутренний магнит выполнены с углом конусности 160° для высоких осевых нагрузок, а на верхний опорный узел устанавливают магнитный подшипник, в котором наружный магнит и внутренний магнит выполнены с углом конусности 20° для высоких радиальных нагрузок. При работе магнитные подшипники гасят радиальные и осевые нагрузки возникающие в механизме. Такая комбинация позволяет увеличить срок эксплуатации опорных узлов и всего устройства в целом.
Возможно применение магнитного подшипника, например, в промышленных редукторах.
На один конец вала и на другой конец вала редуктора устанавливаются магнитные подшипники с углом конусности 90° для придания опорным частям вала радиальной и осевой стабильности. В процессе эксплуатации магнитные подшипники, не имеют трения и поэтому не изнашиваются, не дают люфта, что способствует равномерной и продолжительной работе механизма в целом. В результате этого увеличивается срок службы и упрощение обслуживания механизма.
Возможно применение магнитного подшипника, например, в электродвигателе. Вместо подшипников качения, на электродвигатель устанавливаются в корпусе на ротор магнитные подшипники с углом конусности 90° для придания опорным частям ротора радиальной и осевой стабильности, что способствует держанию равномерного зазора между ротором и статором на протяжении всего эксплуатационного периода электродвигателя. Способность магнитного подшипника выдерживать любые обороты ротора в отличие от подшипников качения, дает ему преимущество и тем самым увеличивает ресурс и упрощение обслуживания электродвигателя.