УСТРОЙСТВО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ ИЗ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ С ВЕРТИКАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННОЙ НЕСУЩЕЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F16C17/00 F16C32/04 F16C39/06 

Изобретение относится к устройствам подшипников скольжения, содержащим постоянные магниты с вертикально расположенной несущей осью вращения, применяемым в станках по обработке материалов, в генераторах электрического тока, в транспортных средствах, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в химической, в сельскохозяйственной и в др.

Известно устройство подшипников скольжения, включающее неподвижный корпус, вкладыши в нем и основание с крепежными отверстиями /1/.

Недостатками устройства подшипника скольжения являются применение дорогостоящего смазочного материала, необходимого в связи с конструктивной частью корпуса и его деталей, требуемые высокие скорости вращения и температурный режим, соответствующий строго определенной консистенции смазочного материала, особенно в опорах подшипников вертикальных валов. Уменьшение скорости скольжения или увеличение температуры подшипника способствует нарушению режима жидкостного трения.

Цель изобретения - расширение ассортимента подшипников скольжения, снижение энергозатрат и стоимости, а также повышение стабильности работоспособности при вертикальном расположении подвижной оси вращения.

Цель достигается тем, что устройство подшипника скольжения из постоянных магнитов с вертикально расположенной несущей осью вращения включает неподвижный корпус, состоящий из трех самостоятельных частей, одна из которых соединяется с другой путем предусмотренной винтовой резьбы, выполненной у них в месте их соединения, а две другие соединяются крепежными изделиями, устройство также содержит постоянные магниты на внутренних поверхностях неподвижного корпуса, основание с крепежными отверстиями, размещенную по центру резервуара корпуса подвижную вертикальную ось с постоянными магнитами на ее поверхности, верхний конец которой свободный, торговую крышку к неподвижному корпусу с наружной резьбой на ее реборде и с круглым отверстием по ее центру для выведения через него свободного конца подвижной вертикальной оси, кольцевой постоянный магнит на внутренней поверхности крышки к неподвижному корпусу, совмещенный отверстиями, дополнительно стабилизирующий вертикальное вращение подвижной вертикальной оси диск, прикрепленный к нижнему торцу подвижной вертикальной оси, и прочно соединенное с краем диска внутренней стороной ленточное кольцо, несущее наружной стороной постоянные магниты, а также постоянные магниты на верхней и нижней поверхностях диска.

Применяемые постоянные магниты не содержат внешнего источника намагничивающей силы.

Все постоянные магниты, размещенные противоположно одноименными полюсами, закреплены на расстоянии 0,1l_мп÷0,6l_мп по нормали к их рабочим площадям, где l_мп - расстояние начала нулевого реагирования между постоянными магнитами, а обозначение ″мп″ расшифровывается как магнитное поле, окружающее постоянные магниты.

Преимущественная особенность такого подшипника скольжения заключается в том, что при вращательном движении вертикальной оси скольжение осуществляется между отдаленными слоями воздуха путем организации сжатых магнитных полей, и соответствующий этому низкий коэффициент трения достигается без применения каких-либо смазочных материалов.

На фиг.1 представлен вид сверху устройства подшипника скольжения из постоянных магнитов с вертикально расположенной несущей осью вращения; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез B-B на фиг.2; на фиг.4 - разрез С-С на фиг.2.

Устройство содержит неподвижный корпус 1, состоящий из трех частей, размещенные на внутренней поверхности корпуса постоянные магниты 2, торцевую крышку 3 к корпусу с круглым отверстием по ее центру и размещенный на внутренней поверхности крышки кольцевой постоянный магнит 4, снаружи корпуса - основание 5, подвижную вертикальную ось 6 и размещенные на поверхности оси постоянные магниты 7, прикрепленный к нижнему торцу подвижной вертикальной оси стабилизирующий вертикальное вращение оси диск 8 и жестко соединенное внутренней стороной с краем диска ленточное кольцо 9, несущее с наружной стороны постоянные магниты 10, и постоянные магниты 11 на верхней и нижней поверхностях диска.

Подсоединение предлагаемого подшипника скольжения к вращающейся части транспортного средства осуществляется традиционными методами.

Сущность стабилизирующего состояния подвижной оси вращения заключается в том, что предложенная система в устройстве при наклоне ее на угол в пределах 0-90° сохраняется без смещения отдельных деталей и узлов.

Площади S рабочих полюсов постоянных магнитов, размещенных напротив одноименными полюсами, находятся в прямой зависимости от полной нагрузки G, несущей подвижной вертикально расположенной осью вращения, где полная нагрузка соответствует сумме груза Р_гр и веса р_с подвижной системы устройства.

Стабильное состояние подвижной оси вращения предложенной системы устройства подшипника скольжения описывается формулой:

F_от≥G·Sinα

где F_от - суммарная сила отталкивания противоположных магнитов - неизменная величина. В системе пары подвижного и неподвижного магнитов F_от=2F_м, т.е. сила отталкивания равна сумме сил отталкивания двух постоянных магнитов;

G - полная нагрузка, α - возможно предельный угол наклона системы устройства.

Устройство работает следующим образом.

Собранный подшипник скольжения основанием 5 закрепляется на специально предусмотренной рабочей платформе в специально определенном технологическом процессе или в транспортном средстве. Известными традиционными методами подсоединяют свободные наружный верхний конец подвижной оси 6 подшипника скольжения к вращающейся части технологического аппарата или транспортного средства. У предложенного устройства, находящегося в рабочем состоянии, вращается подвижная ось 6 и с ней одновременно постоянные магниты 7, диск 8, ленточное кольцо 9 и постоянные магниты 10 и 11. Невращающиеся постоянные магниты 2 сближены одноименными полюсами с постоянными магнитами 7, 10 и 11 до расстояния воздушного зазора 0,1l_мп÷0,6l_мп, при котором выполняется условие: F_от≥G·Sinα.

При вертикальном расположении оси 6 для пар постоянных магнитов 2 и 11 рабочее состояние системы соответствует ее работе при угле наклона, равном 90°. Следовательно, сила отталкивания F_от постоянных магнитов равна полной нагрузке G·Sin90° или больше, за счет чего система уравновешена и работает стабильно. Но при этом для пар постоянных магнитов 2 и 10, 2 и 7 рабочее состояние системы соответствует ее работе при угле наклона, равном 0°. Следовательно, сила отталкивания F_от постоянных магнитов больше G·Sin0°. Правая часть формулы стабильного состояния объясняет, что пары постоянных магнитов 2 и 10, 2 и 7 не находятся под какой-либо внешней нагрузкой G и смещение оси 6 в сторону от ее вертикали по горизонтали исключается.

При расположении подшипника скольжения с отклонением от горизонтали на угол α соответственно полная нагрузка G перераспределяется по парам постоянных магнитов (2, 10 и 2, 7), соответственно углу α находятся также под частичной нагрузкой G. Подшипник скольжения работоспособен стабильно, так как согласно правой части формулы стабильного состояния F_от>G·Sinα, где α<90°, суммарная сила отталкивания F_от всех пар постоянных магнитов значительно больше полной нагрузки G.

Пример. Подшипник скольжения из постоянных магнитов с вертикально расположенной несущей осью вращения.

Конструктивные параметры устройства.

Общий диаметр оси G с установленными на ней постоянными магнитами 7 равен: ⊘=25×10^-3 м.

Длина постоянных магнитов 7 равна: l=30×10^-3 м.

Суммарная рабочая площадь постоянных магнитов 7 равна: S=2355×10^-6 м².

Диаметр диска 8 равен: ⊘=62×10^-3 м.

Длина ленты толщиной 5×10^-3 м и шириной 20,6×10^-3 м ленточного кольца 9 равна: l_л=226,08×10^-3 м.

Установленные магнитные элементы 2, 10 и 11 имеют длину 20,6×10^-3 м, ширину 11,8×10^-3 м и толщину 6,2×10^-3 м.

Технологические параметры устройства.

Сила отталкивания магнитного элемента равна: F_от=11,3 Н. Площадь рабочей поверхности полюса магнитного элемента равна: S_п.м.=221,76×10^-6 м².

Магнитные элементы 11 установлены сверху и снизу по краю диска 8, а также снизу по его центру. На внутренней поверхности корпуса 1 установлены магнитные элементы 2. Они расположены напротив одноименными полюсами к магнитным элементам 11. По наружной поверхности ленточного кольца 9 и по внутренней поверхности корпуса 1 установлены противоположно навстречу одноименными полюсами соответственно магнитные элементы 10 и 2.

Воздушный зазор между одноименными полюсами постоянных магнитов равен: δ=10,2×10^-3 м.

Нагрузка на верхнем конце оси G равна: G=78,43 Н.

Суммарная сила отталкивания снизу диска 8 равна:

Суммарная сила отталкивания сверху диска 8 равна:

Суммарная сила отталкивания по ленточному кольцу 9 равна:

При наклоне всей системы устройства на угол α=0° подшипник скольжения находится в рабочем положении с вертикально установленной осью вращения. Суммарная сила отталкивания 180,13 Н, направленная перпендикулярно к диску 8, значительно больше нагрузки G и обеспечивает условия стабильной работы подшипника скольжения. Ленточное кольцо 9 при этом не имеет какой-либо внешней нагрузки и дополнительно обеспечивает неизменность вертикальности оси вращающейся части подшипника скольжения, несущего нагрузку, равную 78,43 Н.

При угле наклона, например, α=30°, часть нагрузки, равная 39,22 Н, воздействует на ленточное кольцо 9. Эта часть нагрузки нейтрализуется суммарной силой отталкивания, равной 118,65 Н, ленточного кольца 9. В создавшихся условиях наклона под углом 30° обеспечивается неизменное расположение оси вращения в системе устройства, а следовательно, и стабильная работа подшипника скольжения.

Условия стабильности работы: F_от≥G·Sinα

- по диску 8, 180,13>78,43×Sin(90-30°)

- по ленточному кольцу 9, 118,65>78,43×Sin30°.

Использование в промышленности предложенного устройства подшипника скольжения из постоянных магнитов с вертикально расположенной несущей осью вращения позволит расширить их ассортимент, снизить энергозатраты и стоимость за счет исключения дорогостоящего дефицитного смазочного материала, а также в роторных технологических процессах, предусматривающих плавное скоростное перемещение продукции, так как устройство одновременно обладает и амортизационными свойствами.

Предложенный подшипник скольжения, обладая исключительной новизной и, по существу, коэффициентом трения, равным нулю, предназначен для использования в устройстве, например, в части опоры для вертикально расположенной несущей оси, по заявке на изобретение от 28.07.2005 года с регистрационным №2005123992 "Способ получения электрического постоянного тока и устройство для его осуществления". Это позволит увеличить скорость вращения без дополнительных затрат, а значит повысить мощность и КПД предложенного генератора постоянного электрического тока.

Источники информации

1. В.И.Анурьев. Справочник конструктора машиностроителя, том 2, М., Машиностроение, 1983 год, стр.28-60.

Изобретение относится к устройствам подшипников скольжения, содержащим постоянные магниты с вертикально расположенной несущей осью вращения, применяемым в станках по обработке материалов, в генераторах электрического тока, в транспортных средствах, в промышленности строительных материалов, в химической, сельскохозяйственной и в др. Устройство подшипника скольжения содержит неподвижный корпус и основание с крепежными отверстиями. Корпус состоит из трех частей, одна из которых соединяется с другой путем предусмотренной резьбы, выполненной у них в месте их соединения, а две другие соединяются крепежными изделиями. Устройство также содержит магниты на внутренних поверхностях корпуса, основание с крепежными отверстиями, размещенную по центру резервуара корпуса подвижную вертикальную ось с магнитами на ее поверхности, верхний конец которой свободный, торцевую крышку к корпусу с наружной резьбой на ее реборде и с отверстием по ее центру для выведения через него свободного конца оси, кольцевой магнит на внутренней поверхности крышки к корпусу, совмещенный отверстиями. Диск прикреплен к нижнему торцу оси, с краем которого прочно соединено внутренней стороной ленточное кольцо, несущее наружной стороной магниты. На верхней и нижней поверхностях диска расположены магниты. Технический результат: расширение ассортимента подшипников скольжения, снижение энергозатрат и стоимости, а также повышение стабильности работоспособности при вертикальном расположении подвижной оси вращения. 4 ил.

Устройство подшипника скольжения из постоянных магнитов с вертикально расположенной несущей осью вращения, содержащее неподвижный корпус и основание с крепежными отверстиями, отличающееся тем, что неподвижный корпус состоит из трех самостоятельных частей, одна из которых соединяется с другой путем предусмотренной винтовой резьбы, выполненной у них в месте их соединения, а две другие соединяются крепежными изделиями, устройство также содержит постоянные магниты на внутренних поверхностях неподвижного корпуса, основание с крепежными отверстиями, размещенную по центру резервуара корпуса подвижную вертикальную ось с постоянными магнитами на ее поверхности, верхний конец которой свободный, торцевую крышку к неподвижному корпусу с наружной резьбой на ее реборде и с круглым отверстием по ее центру для выведения через него свободного конца подвижной вертикальной оси, кольцевой постоянный магнит на внутренней поверхности крышки к неподвижному корпусу, совмещенный отверстиями, дополнительно стабилизирующий вертикальное вращение подвижной вертикальной оси диск, прикрепленный к нижнему торцу подвижной вертикальной оси, и прочно соединенное с краем диска внутренней стороной ленточное кольцо, несущее наружной стороной постоянные магниты, а также постоянные магниты на верхней и нижней поверхностях диска.