ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ШПИНДЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК B23B19/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для оснащения высокоскоростных обрабатывающих станков.

Ряд зарубежных фирм изготавливают шпиндели с магнитными подшипниками вала, например компания "SKF Group" (General Catalogue School edition (Catalogue 5000 E-June 2003), стр.1095, 1103). Они содержат блок активных магнитных подшипников, встроенный электродвигатель и два аварийных (используемых в случае отказа активных магнитных подшипников) шарикоподшипника, установленные с зазором относительно корпуса шпинделя. Блок активных магнитных подшипников содержит два радиальных и один осевой магнитный подшипник.

Недостатком такой конструкции является сложность системы управления подшипниками, которая одновременно должна контролировать три активных магнитных подшипника; низкая надежность аварийных шарикоподшипников, установленных с зазором в корпусе шпинделя, которые при отказе магнитного подвеса подвергаются сильным механическим перегрузкам, что может привести к их неисправности, а как следствие к неисправности всего механизма.

Известен высокоскоростной шлифовальный шпиндель, который содержит электродвигатель (статор, ротор), блок активных магнитных подшипников, состоящий из двух радиальных и одного осевого активных магнитных подшипников (Журавлев Ю.Н. «Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение», «Политехника», С.-Петербург, 2003, стр.31, рис.2.9).

Основным недостатком такой конструкции является сложность системы управления магнитными подшипниками, дороговизна магнитных подшипников со сложными блоками управления.

Известна конструкция шпинделя, содержащего статор, ротор и блок активных магнитных подшипников, который состоит из 16 аксиальных и 16 радиальных гибридных магнитных подшипников(O. Petzold, "Hybridmagnete für einen magnetisch gelagerten Rundtisch", TECHNISCHE MECHANIK, Band 26, Heft 2, (2006), стр. 85-86 Abb.1, Abb2.)

Недостатком такой конструкции является сложность конструкции и сложность системы управления гибридными магнитными подшипниками, дороговизна магнитных подшипников со сложными блоками управления.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является конструкция шпинделя [РФ №237034, кл. В23В 19/02, 2009 г.], содержащая статор и ротор, насаженный на полый вал, аварийные подшипники, установленные между полой частью вала и осью, блок активных магнитных подшипников, закрепленных в выходной части вала, и три блока управления магнитными подшипниками.

Недостатком этой конструкции является сложность системы управления, малая прочность вала, обусловленная тем, что вал выполнен полым, низкая надежность шпинделя, вызванная тем, что радиальная жесткость обеспечивается аварийными шарикоподшипниками, которые находятся в механическом контакте с валом шпинделя.

Задача изобретения - упрощение системы управления благодаря выполнению блока магнитных подшипников в виде блока, состоящего из двух пассивных магнитных подшипников (подшипников на постоянных магнитах), установленных со смещением между внешним и внутренним кольцом, тем самым обеспечивающих пассивное радиальное управление, и одного гибридного магнитного подпятника (подпятника с постоянным магнитом и электромагнитом), обеспечивающего аксиальное управление, увеличение прочности вала за счет использования сплошного вала, повышение надежности шпинделя за счет отказа от аварийных подшипников, их функции выполняют пассивные магнитные подшипники.

Поставленная задача достигается тем, что в высокоскоростном шпинделе, содержащем статор, ротор, насаженный на вал, блок магнитных подшипников, согласно изобретению блок магнитных подшипников выполнен в виде блока, состоящего из двух пассивных магнитных подшипников, установленных со смещением между внешним и внутренним магнитным кольцом, и гибридного магнитного подпятника, причем вал выполнен сплошным.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображен общий вид устройства. На фигуре 2 изображены пассивные магнитные подшипники, установленные со смещением между внешним и внутренним кольцом.

Предложенное устройство содержит (фиг.1): статор - 1, ротор - 2, насаженный на сплошной вал - 3, установленные в корпусе - 4, пассивные магнитные подшипники - 5, 6, состоящие из внешнего и внутреннего кольца, установленные со смещением между внешним и внутренним кольцом, конический гибридный магнитный подпятник - 7, состоящий из постоянного магнита конической формы и электромагнита с коническим вырезом.

Предложенный шпиндель работает следующим образом. Пассивные магнитные подшипники 5, 6, насаженные на сплошной вал 3, установленные со смещением между внешним и внутренним кольцом, обеспечивают радиальную жесткость сплошного вала. Благодаря установке пассивных магнитных подшипников со смещением обеспечивается равновесие роторной системы, тем самым происходит пассивное радиальное управление роторной системой, для осуществления которого не требуется блок управления. Радиальное управление обеспечивается непосредственно способом установки подшипников. Функции аварийных шарикоподшипников выполняют пассивные магнитные подшипники, так как пассивные магнитные подшипники являются более надежными, нежели активные магнитные подшипники, благодаря простой конструкции и отсутствию внешнего источника питания. Конический гибридный магнитный подшипник 7 обеспечивает аксиальное управление роторной системой.

Итак, заявляемое изобретение позволяет упростить систему управления благодаря выполнению блока подшипников в виде блока, состоящего из двух пассивных магнитных подшипников, установленных со смещением между внешним и внутренним кольцом, тем самым обеспечивающих пассивное радиальное управление и гибридного магнитного подпятника, обеспечивающего аксиальное управление, увеличить прочность вала за счет использования сплошного вала, повысить надежность шпинделя за счет отказа от аварийных подшипников, их функции выполняют пассивные магнитные подшипники. Следствием этого является снижение стоимости предложенного решения по сравнению с аналогичными конструкциями.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шпинделям высокоскоростных обрабатывающих станков. Шпиндель установлен в магнитных подшипниках, установленных на валу и выполненных в виде блока, состоящего из двух пассивных магнитных подшипников, установленных со смещением между их внешними и внутренними кольцами, и гибридного магнитного подпятника, состоящего из постоянного магнита конической формы и электромагнита с коническим вырезом, а вал выполнен сплошным. Повышается надежность шпинделя за счет увеличения прочности вала и упрощения системы управления. 2 ил.

Шпиндель, содержащий статор, ротор, насаженный на вал, и магнитные подшипники, отличающийся тем, что магнитные подшипники выполнены в виде блока, состоящего из двух пассивных магнитных подшипников, установленных со смещением между их внешними и внутренними кольцами, и магнитного подпятника, состоящего из постоянного магнита конической формы и электромагнита с конической выемкой, причем вал выполнен сплошным.