ОПОРА ВРАЩЕНИЯ С МАГНИТНОЙ РАЗГРУЗКОЙ ТЕЛ КАЧЕНИЯ ОТ ДЕЙСТВИЯ ЦЕТРОБЕЖНЫХ СИЛ Российский патент 2009 года по МПК F16C19/10 F16C33/58 

Изобретение относится к широкому спектру отраслей народного хозяйства, в частности, может быть использовано в области станкостроения, метрологии, оптики, медицины, электронной промышленности, а также может найти широкое применение в опорных узлах, преимущественно, высокооборотных: приборов точной механики; опорах шпинделей станков, преимущественно, прецизионных, предназначенных для промышленной реализации современных микро- и нанотехнологий.

В развитии машиностроения и приборостроения подшипниковая промышленность занимает одно из важнейших мест, так как надежность и ресурс эксплуатации современных высокооборотных машин и механизмов в значительной степени определяются эксплуатационными характеристиками подшипников.

Дальнейшие улучшения конструкций подшипников качения направлены, с одной стороны, на повышение их грузоподъемности, долговечности и надежности, точности и скорости вращения, с другой же - на уменьшение веса и шумности.

Ресурс работы подшипника качения, кроме всех прочих факторов, в основном определяется центробежными силами, действующими на тела качения, так как именно от этих сил зависит режим трения тел качения с внутренним и наружным кольцами и, следовательно, степень износа контактирующих поверхностей, возрастающая пропорционально увеличению частоты вращения. Предел частоты вращения определяется той величиной центробежных сил, при которой режим износа (регламентируемый величиной сил трения) катастрофически переходит в режим разрушения контактных областей.

Следовательно, для повышения ресурса эксплуатации подшипника качения (особенно, высокооборотного) необходимо стремиться к разгрузке тел качения не только от контактной рабочей нагрузки, но и от действия центробежных сил, причем одновременно на весь комплект тел качения в каждый момент времени эксплуатации.

Из уровня техники известен подшипник качения, содержащий наружное кольцо, которое снабжено средством разгрузки тел качения от рабочей нагрузки, выполненным в виде углубления на дорожке качения, внутреннее кольцо и расположенные между ними тела качения. При этом углубление дорожки качения выполнено таким образом, что за счет определенной формы поверхности этого углубления отдельное тело качения (при входе и выходе из углубления) перемещается по касательной к окружности. То есть двигается по прямолинейной траектории и, следовательно, освобождается от действия центробежной силы (RU, №2128298 С1, 1999 г.).

К недостаткам данного известного из уровня техники подшипника следует отнести то, что его конструктивное выполнение не позволяет обеспечить разгрузку от действия центробежных сил одновременно всего комплекта тел качения. Следовательно, увеличение ресурса эксплуатации обеспечивается в крайне незначительной степени. Кроме того, выполнение средства разгрузки (углубления) со строго определенной формой поверхности крайне нетехнологично.

Наиболее близким к заявленному объекту изобретения является известный из уровня техники упорный шариковый подшипник, содержащий подвижное и неподвижное кольца и размещенный между ними ряд тел качения, разделенных сепаратором. При этом он снабжен смонтированным на валу между кольцами и закрепленным неподвижно на вращающемся кольце (через немагнитную прокладку) магнитным кольцом с толщиной, соответствующей высоте сепаратора. Магнитное кольцо выполнено с канавкой на его наружной цилиндрической поверхности для размещения тел качения при сборке подшипника. В режиме эксплуатации между поверхностью упомянутой канавки магнитного кольца и телами качения имеется радиальный воздушный зазор (RU, 2076959 С1, 1997 г.).

К недостаткам данного известного из уровня техники устройства можно отнести следующее.

Действительно, в существующей конструкции подшипника будет осуществляться частичная разгрузка тел качения от центробежных сил под действием магнитного взаимодействия тел качения с магнитным кольцом.

Однако, вследствие того, что замыкающийся через магнитную систему в целом (магнитное кольцо - тела качения - кольца подшипника - немагнитная прокладка - валы - воздушные зазоры) магнитный поток не является локализованным в области тел качения, эффект от его влияния на снижение сил трения в опоре будет незначительным, в особенности при высоких скоростях вращения.

В основу заявленного изобретения была положена задача повышения ресурса эксплуатации опоры и ее надежности при высоких скоростях вращения за счет снижения механического трения между конструктивными элементами опоры за счет конструктивного (в части составляющих элементов магнитной вставки и их пространственной компоновки относительно стандартных элементов опоры), а также технологического (в части подбора материалов элементов магнитной вставки и опоры в целом в отношении механических, и/или электрических, и/или магнитных свойств, а также относительной направленности векторов намагниченности в постоянных магнитах магнитной вставки) выполнения магнитной системы опоры.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения заключается в снижении трения, вызванного механической природой взаимодействия между элементами опоры при выходе на рабочий режим эксплуатации (т.е. режим, при котором действующая на тело качения центробежная сила больше либо /в оптимальном случае/ равна силе магнитного притяжения), за счет увеличения сил магнитного притяжения тел качения, противодействующих центробежным силам, не только при одинаковых с прототипом массогабаритных параметрах магнитных элементов в магнитной вставке и одном и том же материале источника магнитного поля (постоянного магнита), но и при значительном уменьшении упомянутых массогабаритных параметров.

В качестве еще одного технического результата, являющегося, по существу, следствием вышерассмотренного, является обеспечение возможности значительного повышения частоты вращения по отношению к прототипу при одинаковой мощности потерь на совершение работы против сил трения.

В качестве косвенного технического результата, обеспечиваемого заявленным техническим решением, можно отметить также снижение нагрузки на привод (двигатель) ведущего вала.

Поставленная задача решается посредством того, что в опоре вращения с магнитной разгрузкой тел качения от действия центробежных сил, содержащей два базовых элемента, установленных с возможностью относительного вращения и выполненных с кольцевыми дорожками качения на оппозитно расположенных рабочих поверхностях, в которых размещены тела качения в контакте с соответствующими участками поверхности упомянутых дорожек, а также средство магнитной разгрузки тел качения от действия центробежных сил, представляющее собой магнитную систему, включающую стандартные конструктивные элементы опоры и кольцевую магнитную вставку, функционально являющуюся источником постоянного магнитного поля, которая кинематически связана с одним из базовых элементов; при этом магнитная система в целом организована таким образом, что создаваемые ею силы магнитного притяжения, действующие на тела качения, противодействуют центробежным силам, действующим на эти тела в динамическом режиме эксплуатации опоры, согласно изобретению опора вращения конструктивно выполнена в виде радиального или радиально-упорного подшипника, кольца которого функционально являются базовыми элементами; внутреннее кольцо подшипника выполнено составным и включает: содержащую, по меньшей мере, втулку со ступицей, базовую структуру, а также установленную на ступице втулки съемную кольцевую структуру из магнитного материала; дорожка качения размещена на наружной поверхности монолитной части кольцевой структуры; магнитная вставка установлена в глухой кольцевой полости, образованной со стороны внутренней поверхности кольцевой структуры, функционально являющейся магнитопроводом; в состав магнитной системы входят: кольцевая структура внутреннего кольца подшипника, а из стандартных конструктивных элементов непосредственно опоры - только тела качения; при этом магнитная система выполнена механически замкнутой в пределах технологических допусков и конструктивно, в части пространственной компоновки составляющих ее элементов и их расположения относительно стандартных конструктивных элементов подшипника, а также технологически, в части подбора материалов составляющих элементов в отношении механических, и/или электрических, и/или магнитных свойств, а также направления векторов намагниченности магнитной вставки, организована таким образом, что эффективная часть создаваемого магнитной системой в целом магнитного потока, обеспечивающая притяжение тел качения в направлении оси вращения, превышает ту часть магнитного потока, которая приходится на потоки рассеяния, не используемые для упомянутого притяжения.

Для различных конкретных вариантов выполнения опоры вращения оптимально, чтобы их конструкторско-технологическая структура была бы организована следующим образом:

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенной концентрично дорожке качения одной части, вектора намагниченности которой ориентированы вдоль оси подшипника; базовая структура внутреннего кольца дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности съемной кольцевой структуры; при этом наружное кольцо и базовая структура внутреннего кольца выполнены из немагнитного материала;

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части и оснащена двумя кольцевыми вставками из немагнитного материала; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенной концентрично дорожке качения одной части, вектора намагниченности которой ориентированы радиально; наружное кольцо выполнено из немагнитного материала, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; при этом каждая из упомянутых кольцевых вставок из немагнитного материала размещена в глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности магнитной вставки;

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных средним участком монолитной части секций; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в противоположных направлениях; каждая из упомянутых частей магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости; базовая структура внутреннего кольца выполнена из немагнитного материала и дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности съемной кольцевой структуры; наружное кольцо выполнено составным и включает: базовую структуру в виде втулки из немагнитного материала, а также размещенные в ее полости съемную кольцевую вставку из магнитного, преимущественно магнитомягкого материала, и заглушку, выполненную из немагнитного материала, установленную в полости втулки наружного кольца со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой вставки; при этом дорожка качения размещена на внутренней поверхности съемной кольцевой вставки;

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных участком монолитной части секций, и оснащена четырьмя кольцевыми вставками из немагнитного материала; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы радиально в одном направлении; наружное кольцо выполнено из немагнитного материала, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; при этом каждая из упомянутых кольцевых вставок из немагнитного материала размещена в соответствующей секции глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности соответствующей части магнитной вставки;

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных участком монолитной части секций, и оснащена четырьмя кольцевыми вставками из немагнитного материала; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы радиально в противоположных направлениях; наружное кольцо выполнено из немагнитного материала, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; при этом каждая из упомянутых кольцевых вставок из немагнитного материала размещена в соответствующей секции глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности соответствующей части магнитной вставки;

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована из трех частей, с возможностью формирования посредством этих частей глухой полости в виде двух пространственно разделенных участком средней части секций; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в одном направлении; каждая из упомянутых частей магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости; наружное кольцо и базовая структура внутреннего кольца выполнены из немагнитного материала; при этом базовая структура дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой структуры;

- съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована из трех частей, с возможностью формирования посредством этих частей глухой полости в виде двух пространственно разделенных участком средней части секций; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в противоположных направлениях; каждая из упомянутых частей магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости; наружное кольцо выполнено из магнитного, преимущественно магнитомягкого материала; базовая структура внутреннего кольца выполнена из немагнитного материала и дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой структуры.

Целесообразно чтобы сепаратор (в любом из вариантов выполнения) был бы выполнен из немагнитного материала.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте изобретения, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию условию патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:

- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;

- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

Фиг.1 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.2 формулы изобретения.

Фиг.2 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.3 формулы изобретения.

Фиг.3 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.4 формулы изобретения.

Фиг.4 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.5 формулы изобретения.

Фиг.5 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.6 формулы изобретения.

Фиг.6 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.7 формулы изобретения.

Фиг.7 - вариант выполнения подшипника качения в соответствии с п.8 формулы изобретения.

Фиг.8, Фиг.9, Фиг.10, Фиг.11, Фиг.12, Фиг.13, Фиг.14 - иллюстрация распределения эффективной части создаваемого магнитной системой магнитного потока, обеспечивающей притяжение тел качения к оси вращения и потоков рассеяния (которые не используются для упомянутого притяжения) в вариантах конструктивного исполнения подшипника качения в соответствии с п.п.2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 формулы изобретения соответственно (т.е. в соответствии с Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6 и Фиг.7 соответственно), при этом конструктивные элементы подшипника условно не заштрихованы.

Далее по тексту структурные элементы подшипника качения обозначены следующими позициями.

1 - кольцо наружное подшипника качения.

2 - втулка со ступицей базовой структуры внутреннего кольца подшипника качения.

3, 4, 5 - части кольцевой структуры внутреннего кольца подшипника качения.

6 и 7 - части кольцевой магнитной вставки.

8 - тела качения.

9 - вставка кольцевая наружного кольца подшипника качения.

10 - заглушка базовой структуры внутреннего кольца подшипника качения.

11 - заглушка наружного кольца подшипника качения.

12 - кольца уплотнительные.

13 - сепаратор.

14 - материал немагнитный наружного кольца подшипника качения.

15 - материал магнитный наружного кольца подшипника качения.

16 - материал немагнитный базовой структуры внутреннего кольца подшипника качения.

17 - материал магнитный базовой структуры внутреннего кольца подшипника качения.

18, 19, 20, 21 - вставки кольцевые из немагнитного материала кольцевой структуры внутреннего кольца подшипника качения.

Стрелками в графических материалах обозначены направления векторов намагниченности в кольцевых магнитных вставках (постоянных магнитах).

Для удобства визуального восприятия графических материалов в части магнитных свойств составных элементов опоры качения магнитные (магнитомягкие) материалы (за исключением частей 6 и 7 кольцевой магнитной вставки, т.е. постоянных магнитов) обозначены жирной штриховкой, немагнитные - более светлой штриховкой.

Опора вращения с магнитной разгрузкой тел качения от действия центробежных сил содержит: два базовых элемента, установленных с возможностью относительного вращения и выполненных с кольцевыми дорожками качения на оппозитно расположенных рабочих поверхностях, в которых размещены (посредством сепаратора 13) тела 8 качения в контакте с соответствующими участками поверхности упомянутых дорожек, а также средство магнитной разгрузки тел качения от действия центробежных сил, представляющее собой магнитную систему, включающую стандартные конструктивные элементы опоры и кольцевую магнитную вставку (выполненную в виде постоянных магнитов и функционально являющуюся источником постоянного магнитного поля), которая кинематически связана с одним из базовых элементов. При этом магнитная система в целом организована таким образом, что создаваемые ею силы магнитного притяжения (действующие на тела 8 качения) противодействуют центробежным силам, действующим на эти тела 8 в динамическом режиме эксплуатации опоры.

Опора вращения конструктивно выполнена в виде радиального или радиально-упорного подшипника, кольца которого функционально являются базовыми элементами. Внутреннее кольцо подшипника выполнено составным и включает: содержащую, по меньшей мере, втулку 2 со ступицей, базовую структуру, а также установленную на ступице втулки 2 съемную кольцевую структуру из магнитного материала. Дорожка качения внутреннего кольца размещена на наружной поверхности монолитной части 3 съемной кольцевой структуры. Магнитная вставка установлена в глухой кольцевой полости, образованной со стороны внутренней поверхности кольцевой структуры, функционально являющейся магнитопроводом. В состав магнитной системы входят: кольцевая структура внутреннего кольца подшипника, а из стандартных конструктивных элементов непосредственно опоры в целом - только тела 8 качения (в данном случае под используемым термином «в целом» понимается тот факт, что практически весь магнитный поток, формируемый магнитной системой, концентрируется в материале тел 8 качения и, следовательно, используется для создания сил притяжения тел 8 качения в направлении оси вращения опоры, при этом лишь незначительная часть этого потока, которой в практическом смысле можно пренебречь, может выйти за пределы рассматриваемой в рамках заявленного изобретения магнитной системы). При этом магнитная система выполнена механически замкнутой (т.е. в пределах технологических допусков в ее сборке отсутствуют воздушные зазоры) и конструктивно, в части пространственной компоновки составляющих ее элементов и их расположения относительно стандартных конструктивных элементов подшипника, а также технологически, в части подбора материалов составляющих элементов в отношении механических, и/или электрических, и/или магнитных свойств, а также направления векторов намагниченности магнитной вставки, организована таким образом, что эффективная часть создаваемого магнитной системой в целом магнитного потока (обеспечивающая притяжение тел качения в направлении оси вращения) превышает ту часть магнитного потока, которая приходится на потоки рассеяния, не используемые для упомянутого притяжения.

Для различных конкретных вариантов выполнения опоры вращения оптимально, чтобы их конструкторско-технологическая структура была бы организована следующим образом.

Вариант 1 (фиг.1, п.2 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части 3. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенной концентрично дорожке качения одной части 6, вектора намагниченности которой ориентированы вдоль оси подшипника. При этом базовая структура внутреннего кольца дополнительно включает заглушку 10, установленную на ступице ее втулки 2 со стороны соответствующей боковой поверхности съемной кольцевой структуры. Наружное кольцо 1 и базовая структура внутреннего кольца выполнены из немагнитного материала 14 и 16 соответственно.

Вариант 2 (фиг.2, п.3 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части 3 и оснащена двумя кольцевыми вставками 18 и 19 из немагнитного материала. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенной концентрично дорожке качения одной части 6, вектора намагниченности которой ориентированы радиально, например, в направлении тел качения. Наружное кольцо 1 выполнено из немагнитного материала 14, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала 17. При этом каждая из упомянутых кольцевых вставок 18 и 19 из немагнитного материала размещена в глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности магнитной вставки.

Вариант 3 (фиг.3, п.4 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части 3, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных средним участком монолитной части 3 секций. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей 6 и 7, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в противоположных направлениях, например, навстречу друг другу. Каждая из упомянутых частей 6 и 7 магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости. Базовая структура внутреннего кольца выполнена из немагнитного материала 16 и дополнительно включает заглушку 10, установленную на ступице ее втулки 2 со стороны соответствующей боковой поверхности съемной кольцевой структуры. Наружное кольцо 1 выполнено составным и включает: базовую структуру в виде втулки 2 из немагнитного материала 14, а также размещенные в ее полости съемную кольцевую вставку 9 из магнитного, преимущественно магнитомягкого материала, и заглушку 11, выполненную из немагнитного материала, установленную в полости втулки 2 наружного кольца 1 со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой вставки. При этом дорожка качения размещена на внутренней поверхности съемной кольцевой вставки 9.

Вариант 4 (фиг.4, п.5 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части 3, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных участком монолитной части 3 секций, и оснащена четырьмя кольцевыми вставками 18, 19, 20 и 21 из немагнитного материала. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей 6 и 7, вектора намагниченности которых ориентированы радиально в одном направлении, например, в направлении тел 8 качения. Наружное кольцо 1 выполнено из немагнитного материала 14, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала 17. При этом каждая из упомянутых кольцевых вставок 18, 19, 20 и 21 из немагнитного материала размещена в соответствующей секции глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности соответствующей части 6 или 7 магнитной вставки.

Вариант 5 (фиг.5, п.6 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части 3, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных участком монолитной части 3 секций, и оснащена четырьмя кольцевыми вставками 18, 19, 20 и 21 из немагнитного материала. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей 6 и 7, вектора намагниченности которых ориентированы радиально в противоположных направлениях. Наружное кольцо 1 выполнено из немагнитного материала 14, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала 17. При этом каждая из упомянутых кольцевых вставок 18, 19, 20 и 21 из немагнитного материала размещена в соответствующей секции глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности соответствующей части 6 или 7 магнитной вставки.

Вариант 6 (фиг.6, п.7 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована из трех частей 3, 4, 5 с возможностью формирования посредством этих частей 3, 4, 5 глухой полости в виде двух пространственно разделенных участком средней части 3 секций. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух 6 и 7 частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в одном направлении. Каждая из упомянутых частей 6 и 7 магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости. Наружное кольцо 1 и базовая структура внутреннего кольца выполнены из немагнитного материала 14 и 16 соответственно. При этом базовая структура дополнительно включает заглушку 10, установленную на ступице ее втулки 2 со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой структуры.

Вариант 7 (фиг.7, п.8 формулы изобретения).

Съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована из трех частей 3, 4, 5, с возможностью формирования посредством этих частей 3, 4, 5 глухой полости в виде двух пространственно разделенных участком средней части 3 секций. Кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей 6 и 7, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в противоположных направлениях, например, навстречу друг другу. Каждая из упомянутых частей 6 и 7 магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости. Наружное кольцо 1 выполнено из магнитного, преимущественно магнитомягкого материала 15. Базовая структура внутреннего кольца выполнена из немагнитного материала 16 и дополнительно включает заглушку 10, установленную на ступице ее втулки 2 со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой структуры.

Целесообразно чтобы сепаратор 13 (в любом из вариантов выполнения) был бы выполнен из немагнитного материала.

В качестве немагнитного материала составных элементов внутреннего кольца подшипника, а также наружного кольца, целесообразно использовать, преимущественно, немагнитную подшипниковую сталь или подшипниковую керамику, а в качестве магнитного материала - преимущественно магнитную подшипниковую сталь.

В целях оптимизации конструктивного выполнения подшипник качения может быть оснащен уплотнительными кольцами 12.

Физико-механический принцип работы подшипников качения широко известен и не требует дополнительных пояснений.

Совершенно очевидно, что рассмотренные в рамках настоящей заявки частные конструктивные варианты выполнения подшипников качения (см. чертежи) не охватывают все предусматриваемые признаками первого пункта формулы варианты конструктивного выполнения заявленного объекта (например, в части структурных составляющих магнитной вставки).

Следует отметить, что в оптимальном варианте реализации заявленного устройства проектирование и расчет магнитной системы в целом (а также ее окружения в плане стандартных элементов опоры вращения, в частности материалов колец и сепаратора) осуществляют таким образом, чтобы реализуемые магнитной системой силы притяжения тел 8 качения в сторону оси вращения на заданной предельной частоте вращения были приблизительно равны действующим на тела 8 качения центробежным силам при этой же частоте вращения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в различных отраслях промышленности, преимущественно, для обеспечения относительного вращения деталей приборов и машин с высокими скоростями;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленные объекты соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам качения. Опора вращения с магнитной разгрузкой тел качения от действия центробежных сил содержит два базовых элемента, установленных с возможностью относительного вращения и выполненных с кольцевыми дорожками качения на оппозитно расположенных рабочих поверхностях. Тела качения размещены в контакте с соответствующими участками поверхности упомянутых дорожек. Средство магнитной разгрузки тел качения от действия центробежных сил представляет собой магнитную систему, включающую стандартные конструктивные элементы опоры и кольцевую магнитную вставку, которая функционально является источником постоянного магнитного поля и которая кинематически связана с одним из базовых элементов. Магнитная система создает силы магнитного притяжения, которые действуют на тела качения, противодействуют центробежным силам, действующим на эти тела в динамическом режиме эксплуатации опоры. Эффективная часть создаваемого магнитной системой в целом магнитного потока, обеспечивающая притяжение тел качения в направлении оси вращения, превышает ту часть магнитного потока, которая приходится на потоки рассеяния, не используемые для упомянутого притяжения. Достигается снижение трения. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Опора вращения с магнитной разгрузкой тел качения от действия центробежных сил, содержащая два базовых элемента, установленных с возможностью относительного вращения и выполненных с кольцевыми дорожками качения на оппозитно расположенных рабочих поверхностях, в которых размещены тела качения в контакте с соответствующими участками поверхности упомянутых дорожек, а также средство магнитной разгрузки тел качения от действия центробежных сил, представляющее собой магнитную систему, включающую стандартные конструктивные элементы опоры и кольцевую магнитную вставку, функционально являющуюся источником постоянного магнитного поля, которая кинематически связана с одним из базовых элементов; при этом магнитная система в целом организована таким образом, что создаваемые ею силы магнитного притяжения, действующие на тела качения, противодействуют центробежным силам, действующим на эти тела в динамическом режиме эксплуатации опоры, отличающаяся тем, что опора вращения конструктивно выполнена в виде радиального или радиально-упорного подшипника, кольца которого функционально являются базовыми элементами; внутреннее кольцо подшипника выполнено составным и включает содержащую, по меньшей мере, втулку со ступицей, базовую структуру, а также установленную на ступице съемную кольцевую структуру из магнитного материала; дорожка качения размещена на наружной поверхности монолитной части кольцевой структуры; магнитная вставка установлена в глухой кольцевой полости, образованной со стороны внутренней поверхности кольцевой структуры, функционально являющейся магнитопроводом; в состав магнитной системы входят кольцевая структура внутреннего кольца подшипника, а из стандартных конструктивных элементов непосредственно опоры - только тела качения; при этом магнитная система выполнена механически замкнутой в пределах технологических допусков и конструктивно в части пространственной компоновки составляющих ее элементов и их расположения относительно стандартных конструктивных элементов подшипника, а также технологически в части подбора материалов составляющих элементов в отношении механических, и/или электрических, и/или магнитных свойств, а также направления векторов намагниченности магнитной вставки организована таким образом, что эффективная часть создаваемого магнитной системой в целом магнитного потока, обеспечивающая притяжение тел качения в направлении оси вращения, превышает ту часть магнитного потока, которая приходится на потоки рассеяния, не используемые для упомянутого притяжения.

2. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенной концентрично дорожке качения одной части, вектора намагниченности которой ориентированы вдоль оси подшипника; базовая структура внутреннего кольца дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности съемной кольцевой структуры; при этом наружное кольцо и базовая структура внутреннего кольца выполнены из немагнитного материала.

3. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части и оснащена двумя кольцевыми вставками из немагнитного материала; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенной концентрично дорожке качения одной части, вектора намагниченности которой ориентированы радиально; наружное кольцо выполнено из немагнитного материала, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; при этом каждая из упомянутых кольцевых вставок из немагнитного материала размещена в глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности магнитной вставки.

4. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных средним участком монолитной части секций; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в противоположных направлениях; каждая из упомянутых частей магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости; базовая структура внутреннего кольца выполнена из немагнитного материала и дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности съемной кольцевой структуры; наружное кольцо выполнено составным и включает: базовую структуру в виде втулки из немагнитного материала, а также размещенные в ее полости съемную кольцевую вставку из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала, и заглушку, выполненную из немагнитного материала, установленную в полости втулки наружного кольца со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой вставки; при этом дорожка качения размещена на внутренней поверхности съемной кольцевой вставки.

5. Опора вращения по п,1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных участком монолитной части секций, и оснащена четырьмя кольцевыми вставками из немагнитного материала; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы радиально в одном направлении; наружное кольцо выполнено из немагнитного материала, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; при этом каждая из упомянутых кольцевых вставок из немагнитного материала размещена в соответствующей секции глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности соответствующей части магнитной вставки.

6. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована в виде одной монолитной части, глухая полость в которой организована в виде двух пространственно разделенных участком монолитной части секций, и оснащена четырьмя кольцевыми вставками из немагнитного материала; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы радиально в противоположных направлениях; наружное кольцо выполнено из немагнитного материала, а базовая структура внутреннего кольца - из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; при этом каждая из упомянутых кольцевых вставок из немагнитного материала размещена в соответствующей секции глухой кольцевой полости кольцевой структуры со стороны соответствующей боковой поверхности соответствующей части магнитной вставки.

7. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована из трех частей, с возможностью формирования посредством этих частей глухой полости в виде двух пространственно разделенных участком средней части секций; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в одном направлении; каждая из упомянутых частей магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости; наружное кольцо и базовая структура внутреннего кольца выполнены из немагнитного материала; при этом базовая структура дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой структуры.

8. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что съемная кольцевая структура внутреннего кольца сформирована из трех частей, с возможностью формирования посредством этих частей глухой полости в виде двух пространственно разделенных участком средней части секций; кольцевая магнитная вставка сформирована в виде расположенных коаксиально дорожке качения двух частей, вектора намагниченности которых ориентированы вдоль оси подшипника в противоположных направлениях; каждая из упомянутых частей магнитной вставки установлена в соответствующей секции глухой полости; наружное кольцо выполнено из магнитного, преимущественно магнитомягкого, материала; базовая структура внутреннего кольца выполнена из немагнитного материала и дополнительно включает заглушку, установленную на ступице ее втулки со стороны соответствующей боковой поверхности кольцевой структуры.

9. Опора вращения по п.1, отличающаяся тем, что сепаратор выполнен из немагнитного материала.