Магнитный упорный подшипник Советский патент 1984 года по МПК F16C39/00 

Изобретение относится к машиностроению и касается конструкций маг нитных упорных ПОД1ЯИПНИКОВ, работаю щих в высокотеглпературных узлах сухого трения. В высокотемпературных узлах сухого трения обычно используются твердые смазки. Широкому использованию твердых смазок в машиностроении препятствует главным образом их небольшой сро службы. Основной причиной, этого недостатка является отсутствие методов, обеспечивающих длительную и непрерывную подачу смазки в рабочую зону подшипника. Известна подшипниковая опора с магнитожидкой смазкой, состоящая из пяты и подпятника, расположенных бе механического контакта, образуя полость для магнитожидкой смазки, которая удерживается магнитным полем постоянных магнитов. В подпятнике установлены электромагниты для враще.ния магнитной жидкости . Недостатками известной подшипниковой опоры являются отсутствие сам разгружения, отсутствие циркуляции магнитной жидкости, а также использованке электромагнитов, которые потребляют большое количество энергии и усложняют конструкцию опоры. Известен магнитный упорный подши ник, содержащий пяту и подпятник, выполненные из постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименным полюсами 2J . Недостатком указанного магнитного упорного подшипника является о сутствие ограничителя, препятствующего соприкосновению пяты и подпятника, небольшая эффективность работ подшипника из-за воздушного зазора, который имеется между пятой и подпя ником. Цель изобретения - увеличение срока службы магнитного упорного подшипника при работе в широком интервале температур путем обеспечения возможности циркуляции твердой магнитной смазки в рабочей зоне магнитного упорного подшипника. Поставленная цель достигается тем, что в магнитном упорном подшип нике, содержащем пяту и подпятник, выполненные из постоянных магнитов и обращенных друг к другу одноименными полюсами, подпятник выполнен со сквозным радиальным каналом, вну ри которого установлен магнитопровод, на рабочей поверхности пяты вы полнены радиальные насечки, пята и подпятник снабжены немагнитными кон сообразными экранами, установленным на их боковых noBepxFiocTHX и обращенными друг к лругу меньшими основаниями . На фиг.1 изображен предлагаемый махнитный упорный подшипник; на фиг. 2 - разрез по плоскости контакта, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид снизу. Магнитный упорный подшипник помещен в немагнитный герметичный картер 1 с магнитоактивной твердой смазкой 2 и состоит из пяты 3 и подпятника 4. Пята 3 и подпятник 4 выполнены из постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами. Пята установлена на оси 5, которая позволяет ей совершать вращательное,, движение. На боковых поверхностях пяты 3 и подпятника 4 установлены конусообразные немагнитные экраны б и 7 соответственно. Подпятник выполнен со сквозным радиальным каналом 8, внутри которого установлен магнитопровод 9. Пята 3 выполнена с радиальгшмн насечками 10. По оси 5 на пяту 3 действует нагружающая сила N, которая частично компенсируется магнитостатической силой отталкивания, существующей между пятой 3 и подпятником 4 подшипника. Под действием градиента магнитного поля создаваемого магнитной системой, состоящей из пяты 3 и подпятникао 4, магнитопровода 9 и при помощи направляющих немагнитных экранов 6 и 7 магнитоактивная порошкообразная смазка 2 поступает из немагнитного картера 1 в сквозной радиальный канал 8 нижнего подпятника 4 и притягивается к радиальным насечкам 10 пяты 3. Радиальные насечки на пяте 3 создают неоднородное магнитное поле на поверхности магнита и поэтому смазка 2 удерживается около них. Благодаря насечкам 10 при вращении пяты 3 смазка 2 увлекается в зону трения. Топография магнитного поля в зоне трения способствует удержанию магнитной смазки 2 около границы перехода от магнита к немагнитному экрану. Смазка 2, которая выносится из зоны трения, попадает в картер 1 и снова через канал 8 поступает в зону трения. Канал 8 вы- полнен сквозным, чтобы создать градиент магнитного поля, который направлен к поверхности сопряженного магнита, и под действием которого магнитоактивная смазка заносится в зону трения. Немагнитные экраны, выполненные конусообразными, расположены так, что меньшие основания этих конусов обращены друг к другу и расположены В одной плоскости с контактирующими поверхностями опорных элементов. Основное назначеЕ1ие немагнитных экранов - предотвращать налипание смазки, находящейся в 1сартере на нерабочие поверхности опорных элементов, выполненных из постоянных магнитов, и тем самым обеспечивать циркуляцию почти всей смазки через зону трения. Для циркуляции магнитоактивной смазки должен быть удобный выход частиц смазки из зоны трения, что и обеспечивается меньшими основаниями конусообразных немагнитных экранов, расположенных в одной плоскости с зоной трения. Диаметр меньшего основания немагнитного конусообразного экрана должен быть несколько больше диаметра контактирующих опорных элементов, так чтобы около контактирующих поверхностей образовалась площадка из немагнитного материала, искусственно увеличивающая зону трения. Назначение ее удержание магнитоактивной смазки в зоне трения. Объясняется это тем, что на краю магнитов в зоне трения частицы магнитоактивной смазки обладают минимумом потенциальной энер гии . В предлагаемом узле большая част внешней нормальной нагрузки N компе сируется силами магнитостатического отталкивания между сопряженными маг нитами.. Компенсация части нормально нагрузки приводит к уменьшению меха нических напряжений в зоне контакта к снижению трения, изнашиванию, а значит и к увеличению срока службы. Например, для опоры, выполненной из сплава типа SmCOj- саморазгружающая сила может достигать 5-10 кг/см Сила трения в зоне конт.акта для немагнитного узла трения по определению равна F - сила трения; f - коэффициент трения; N - нагрузка. В предлагаемом узле трения, сила трения, действующая в зоне контакта будет равна N - Р: FP- сила трения при разгрузке; К - нагрузка, р - разгружающая сила. Из этой формулы следует, что при Р N, т.е. при разгрузке, равной нагрузке, сила трения , а значит износ будет равен 0. Важной характеристикой опор трения является величи на потерь энергии на трение. Сравним потери энергии в известной и предлагаемой опорах. При одинаковой внешней нормальной нагрузке N на опоры и одинаковых размерах зоны трения потери на трение в основном будут определяться коэффициентом трения f. При гидростатической смазке, как в известной опоре, коэффициент трения составляет 0,001-0,005. В предлагаемой опоре необходимо учитывать эффективный коэффициент трения, так как опора саморазгружается магнитными силами. Эффективный коэффициент трения можно определить следующим образом: ff РЧ - . где frp -. сила трения;, f - фактический коэффициент трения в присутствии магнитоактивной смазки, который равен 0,1-0,2; Рц - нескомпенсированная магнитными силами нагрузка, которая в случае, если общая внешняя нагрузка не изменяется во времени, зависит от неоднородности магнитнйх свойств магнитов и для магнитов -из сплава типа R-Co составляет (1-0,5%) от Р. Значит f, 0,00050,002, что на порядок меньше, чем в известной опоре. Кроме компенсации большей части нормальной нагрузки, т,е, саморазгружений подшипника, такая структура магнитной системы обеспечивает поступление ферромагнитной смазки в зону трения и удержания ее там. Отметим, что смазка нужна для нормальной работы опоры при действии незначительной.нескомпенсированной нагрузки. Одним из важных преимуществ предлагаемого подшипникового узла является широкий диапазон рабочих температур (от А- 170 К до 550 К). В предлагаемом подшипниковом узле допустимый широкий температурный диапазон определяется, в основном, свойствами выбранных магнитов (например, для узла из магнитов на основе сплава SmCoy- температурный диапазон работы находится в пределах от 170 К до 550 К

) МАГНИТНЫЙ УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК, содержащий пяту и подпятник, выпол- ненные из постоянных магнитов, обраИенных друг к другу одноименными полюсами, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы при работе в широком интервале температур путем обеспечения возможности циркуляции твердой магнитной смазки в рабочей зоне,подпятник выполнен со сквозным радиальным каналом, внутри которого установлен магнитопровод, на рабочей поверхности пяты выполнены радиальные насечки, пята и подпятник снабжены немагнитными конусообразными экранами, установленными на их боковых поверхностях и обращенными друг к друзту меньшими основаниями., . , 4 16