МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИК

Предлагаемая конструкция подшипника относится к машиностроению, касается магнитного подшипника, который может быть использован в электродвигателях, в приборах, в автомобилях и в другой технике взамен подшипника качения в случаях, когда требуется обеспечить высокую скорость вращения, пониженный момент трения, отсутствие износа, высокую долговечность.
Известен подшипник вала на постоянных магнитах (US 5321329 А1, МПК: F16C 39/06; F16C 33/02; H02K 7/09, опубл. 14.06.1994 г.), который 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.
Недостатком этого устройства являются: 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 вал под подшипник; во-вторых, из-за постоянной нагрузки на вал, возможно его разбалансировка.
Известен магнитный подшипник (полезная модель RU №112729), содержащий наружное и внутренние опорные кольца и жестко связанные с ними рабочие кольца, изготовленные из немагнитного материала, рабочие поверхности рабочих колец выполнены в виде тел вращения, размещенных один в полости другого с возможностью свободного вращения рабочих колец относительно друг друга, на рабочей поверхности торов выполнены покрытия из магнитного материала, ориентированные одно к другому одноименными полюсами, а наружное рабочее кольцо выполнено сборным. Рабочие части рабочих колец выполнены в виде торов, на поверхность которых закреплены пластины из полимерного магнитного материала. Наружный тор имеет съемную боковую стенку, указанные торы выполнены в сечении своими вырезами в стенках, обращенных в противоположные стороны, наружное опорное кольцо соединено с внутренним тором немагнитными втулками, выполненными с поперечным сечением, обладающим наибольшим моментом сопротивления внешнему изгибающему моменту.
Существенным недостатком этого подшипника является процесс приложения нагрузки на рабочие детали подшипника через немагнитные втулки, что приводит к повышенным прогибам и износам втулок при знакопеременных и реверсивных вращениях опорных колец. Подшипник не технологичен, так как наружное рабочее кольцо состоит из частей разной формы, что усложняет производство подшипника.
Известна конструкция магнитного подшипника (полезная модель RU №170274 от 19.04.2017 г.), содержащего наружное и внутренние кольца, изготовленные из немагнитного материала с возможностью свободного вращения относительно друг друга, на рабочей поверхности каждого из которых находится слой магнитного материала так, что оба из этих слоев ориентированные друг к другу одноименными полюсами. Наружное рабочее кольцо выполнено сборным, внутренне рабочее кольцо выполнено монолитным, а наружное кольцо выполнено из двух одинаковых половинок, поперечное сечение рабочей части торов выполнено в виде эквидистантных эллипсов, большая ось которых расположена перпендикулярно действию внешней максимальной нагрузки на подшипник, свободные части рабочих колец образуют лабиринтное соединение, зазоры в котором установлены меньше зазоров между рабочими поверхностями наружного и внутреннего рабочих колец.
Недостатком такой конструкции подшипника является низкая нагрузочная способность из-за слишком тонкого слоя магнитного материала, наносимого на рабочие поверхности немагнитных колец подшипника.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является магнитный подшипник (полезная модель RU №185370 от 03.12.2018 - прототип), содержащий наружное и внутреннее кольца с возможностью свободного вращения относительно друг друга, каждое из которых обладает магнитными свойствами и состоит из двух одинаковых половинок, каждая из половинок имеет тороидальную рабочую поверхность и противоположную плоскую торцевую поверхность, каждая пара половинок колец соединена между собой немагнитными соединительными кольцами, причем рабочие поверхности магнитных колец ориентированы друг к другу одноименными полюсами. Наружное и внутреннее кольца изготовлены из немагнитного материала, на поверхность которых нанесен слой магнитного материала, по крайней мере поверхность одного из слоев магнитного материала имеет антифрикционное покрытие на основе эластомеров.
Недостатком данного подшипника является низкая нагрузочная способность, так как тонкий слой магнитного материала не обеспечивает высокой напряженности магнитного поля между кольцами. Кроме того, внутренне кольцо, зажатое между половинками наружного кольца, соединено с немагнитной частью тонким перешейком, что также снижает нагрузочную способность подшипника.
Задачей полезной модели является повышение напряженности магнитного поля между кольцами подшипника и повышение прочности внутреннего кольца.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении нагрузочной способности магнитного подшипника.
Указанная задача решается тем, что в магнитном подшипнике, содержащим наружное и внутреннее кольца с возможностью свободного вращения относительно друг друга, каждое из которых обладает магнитными свойствами и состоит из двух одинаковых половинок, каждая из половинок имеет тороидальную рабочую поверхность и противоположную плоскую торцевую поверхность, каждая пара половинок колец соединена между собой немагнитными соединительными кольцами, причем рабочие поверхности магнитных колец ориентированы друг к другу одноименными полюсами, каждая из половинок наружного и внутреннего колец изготовлена из магнитотвердого материала, половинки наружных колец соединены между собой гладкими торцовыми сторонами, имеющими одноименные полюсы, а половинки внутреннего кольца установлены по обе стороны от наружного кольца.
Так как каждая из половинок наружного и внутреннего колец изготовлена из магнитотвердого материала, то каждое из колец обладает высокой коэрцитивной силой, обеспечивающей повышение напряженности магнитного поля между кольцами и увеличение нагрузочной способности подшипника. В результате того, что половинки внутреннего кольца установлены по обе стороны от наружного кольца, они соединяются между собой массивным немагнитным внутренним кольцом, что тоже повышает нагрузочную способность подшипника.
Сущность полезной модели поясняется чертежом - фиг., где показан общий вид конструкции магнитного подшипника и используются следующие обозначения: 1 - левая и правая половинки наружного магнитного кольца; 2 - левая и правая половинки внутреннего магнитного кольца; 3 - немагнитное наружное соединительное кольцо; 4 - немагнитное внутреннее соединительное кольцо.
Заявляемый магнитный подшипник содержит наружное магнитное кольцо 1, состоящее из двух одинаковых половинок, и внутреннее магнитное кольцо 2, состоящее из двух одинаковых половинок. Половинки наружного кольца имеют вогнутую тороидальную внешнюю рабочую поверхность и плоскую противоположную внутреннюю торцевую поверхность. Половинки внутреннего кольца имеют выпуклую внутреннюю тороидальную рабочую поверхность и плоскую противоположную внешнюю торцевую поверхность. При этом наружное и внутреннее кольца обладают магнитными свойствами, выполнены из магнитотвердого материала с возможностью свободного вращения относительно друг друга. Левая и правая половинки наружного магнитного кольца 1 установлены плотно друг к другу своими плоскими торцевыми поверхностями, имеющими одинаковый полюс, и соединены немагнитными наружными соединительными кольцами 3, имеющими требуемый наружный диаметр D. Левая и правая половинки внутреннего магнитного кольца 2 установлены по обе стороны от наружного магнитного кольца 1 и соединены немагнитным внутренним соединительным кольцом 4, имеющим требуемый внутренний диаметр d. Рабочие поверхности наружного 1 и внутреннего кольца 2 имеют одинаковый полюс и установлены с зазором Я.
Работа подшипника осуществляется следующим образом. На опорные кольца подшипника 1 и 2 подают нагрузку, одному из этих колец придают вращение. Так как наружное 1 и внутреннее 2 кольца целиком изготовлены из магнитотвердого материала, а их рабочие поверхности расположены друг к другу одноименными полюсами, то это обеспечивает высокую напряженность магнитного поля между ними и повышает нагрузочную способность подшипника. А так как левое и правое внутренние магнитные кольца 2 расположены по обе стороны от левой и правой половинок наружного кольца 1, то это обеспечивает возможность соединения этих половинок массивным немагнитным внутренним кольцом 4, способным выдерживать значительные нагрузки. Это тоже способствует повышению нагрузочной способности подшипника.
Тем самым решается задача повышения напряженности магнитного поля между магнитными кольцами подшипника и способствует повышению нагрузочной способности подшипника.