Подшипниковый узел Советский патент 1992 года по МПК F16C37/00 

Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве опор вращающихся деталей машин.

Чрезмерный нагрев подшипников опор вращающихся деталей машин может привести к заклиниванию подшипников и в конеч- ном итоге к поломке механизма. В значительной мере это относится к высокоскоростным и тяжело нагруженным опорам узлов. Как правило,нагрев опор неравномерный. Большему нагреву подвержены вращающиеся кольца подшипников опор (з основном наружные).

В настоящее время охлаждение подшипников опор производится в основном путем отбора тепла от наружных колец, закрепленных в корпусе узла. Для этого в корпусе узла выполняют полости, в которые подают охлаждающую жидкость или устанавливают тепловые трубы.

Недостатком таких устройств является то, что при незначительном общем теплоотводе в опоре еще больше увеличивается разность температур колец подшипника что не исключает возможности его заклинивания и ведет к неравномерному износу колец и быстрому выходу подшипника из строя, т. е. к снижению его долговечности

Известны подшипниковые узлы с непрерывным подводом охлаждающей жидкости или газа к вращающимся деталям машин.

Недостатком таких устройств является невозможность непосредственного отвода гепла от вращающихся колец подшипников, а также сложность одновременного обеспечения герметичности и отсутствия дополнительного тептовыделения в уплотнениях подшипников. Эго является причиной малой эффективности охлаждения и в конечном итоге не приводит к повышению долговечности по дш йпникоЪ.

В качестве прототипа принят подшипниковый узел с подшипником качения, внутреннее кольцо которого монтируется на

сл

sazf&t

пустотелой втулке, которая,в свою очередь, установлена на вращающемся валу. Полость втулки заполнена теплопроводным материалом. На другом конце втулки, удаленном от подшипника, имеются выступаю- щие наружу кольцевые ребра охлаждения.

Недостатком такого устройства является невозможность управления мощностью теплоотвода в процессе работы подшипникового узла. Мощность тепловыделения в подшипнике зависит как от частоты его вращения, так и от воспринимаемой нагрузки. Данное устройство может только частично компенсировать повышение тепловыделения при изменении режима работы, т. к, его теплота ограничена теплопроводностью охлаждающего материала и градиентом температур между теплоносителем и окружающей средой (радиатором), что ограничивает возможности долговечности под- шипников.

Целью изобретения является повышение долговечности подшипни1 ового узла.

Поставленная цель достигается тем, что средство отбора тепла выполнено в виде термоэлектрического холодильника с контактирующими с коллектором холодными спаями и горячими - с радиатором, а система электропитания холодильника выполнена в виде генератора с размещенной на валу и соединенной через выпрямитель с холодильником обмоткой якоря и со статором, образованным посредством диаметрально расположенных в корпусе с возможностью радиального перемещения постоянных маг- нитов.

Принципиальное отличие устройства от прототипа заключается в том, что средство отбора тепла выполнено в виде термоэлек- трического холодильника с автономной системой питания и возможностью регулирования мощности теплоотвода во время работы узла,

Использование предлагаемых существенных отличительных признаков в других устройствах при другой совокупности признаков авторам неизвестно.

На фиг. 1 представлен подшипниковый узел; на фиг. 2 - принципиальная электри- ческая схема устройства.

Подшипниковый узел содержит установленный на валу 1 и в корпусе 9 подшипник качения 2, средство отбора тепла в виде размещенного на валу 1 термоэлектрического холодильника 4 с коллектором 3 и радиатором 5, а также систему электропитания термоэлектрического холодильника 4. Термоэлектрический холодильник 4 содержит размещенные по окружности поочередно скоммутированные полупроводниковые термоэлектрические ветви дырочной и электронной проводимости. Холодные спаи термоэлектрического холодильника 4 находятся в плотном тепловом контакте с коллектором 3, а горячие - с радиатором 5. С другой стороны коллектор 3 примыкает к торцу внутреннего кольца подшипника 2 и находится с ним в плотном тепловом контакте. Система электропитания термоэлектрического холодильника 4 выполнена в виде генератора с размещенной на валу 1 обмоткой возбуждения 6 якоря 7 и со статором, образованным посредством диаметрально расположенных в корпусе 9 с возможностью радиального перемещения постоянных магнитов 8. Последние установлены с гарантированным зазором по отношению к обмотке возбуждения 6 якоря 7 и являются источником постоянного магнитного поля, воздействующего в диаметральном направлении вала 1. Обмотка возбуждения 6 якоря

7соединена через выпрямляющее устройство 10 с токовыводами термоэлектрического холодильника 4.

Электрическая схема устройства содержит термоэлектрический холодильник 4, обмотку возбуждения 6 якоря 7, постоянные магниты 8 и выпрямляющее устройство 10.

Устройство работает следующим образом. При вращении вала 1 происходит выделение тепла в подшипнике 2, вследствие чего нагреваются его составные элементы, в том числе и внутреннее кольцо, причем внутреннее кольцо подшипника 2 нагревается сильнее наружного. Одновременно с этим при взаимодействии постоянного магнитного поля, образованного постоянными магнитами 8, с обмоткой возбуждения 6 якоря 7. размещенного на валу 1, в последней индуцируется переменный электрический ток, который поступает на выпрямляющее устройство 10. С выпрямляющего устройства 10 постоянный электрический ток поступает на термоэлектрический холодильник 4.

8термоэлектрическом холодильнике 4 со стороны внутреннего кольца подшипника 2 поглощается тепло Пельтье, а с другой выделяется. Выделенное тепло поглощается радиатором 5 и рассеивается в окружающую среду.

При увеличении частоты вращения вала 1 происходит усиление нагрева подшипника качения 2, в том числе и его внутреннего кольца. В то же время увеличение частоты вращения вала 1 с размещенной на нем обмоткой возбуждения 6 приводит к увеличению ЭДС индукции а, следовательно, и термо-ЭДС ветвей термоэлектрического холодильника 4. Таким образом увеличивается мощность термоэлектрического холодильника, а соответственно и мощность теплоотвода, т. е. происходит более интенсивное охлаждение внутреннего кольца подшипника 2. Кроме того, получение необходимой величины ЭДС в зависимости от режима работы подшипникового узла может обеспечиваться регулированием величины зазора между обмоткой возбуждения б якоря 7 и постоянными магнитами 8 путем перемещения последних в диаметральном направлении вала 1.

Таким образом, подшипниковый узел работает в режиме постоянного регулируемого охлаждения внутреннего кольца подшипника, что обеспечивает выравнивание температур колец подшипников, равномерный их износ, а следовательно, повышение долговечности подшипникового узла,

Формула изобретения

Подшипниковый узел, содержащий установленный в корпусе и на валу подшипник качения и средство отбора тепла с радиатором и коллектором, примыкающим к торцу внутреннего кольца подшипника, о т- личающийся тем, что, с целью повышения долговечности, средство отбора тепла выполнено в виде термоэлектрического холодильника с контактирующими с коллектором холодными спаями.и горячими - с радиатором, а система электропитания холодильника выполнена в виде генератора

с размещенной на валу и соединенной через выпрямитель с холодильником обмоткой якоря и со статором, образованным посредством диаметрально расположенных в корпусе с возможностью радиального

перемещения постоянных магнитов.

Изобретение относится к машиностроению. Цель- повышение долговечности узла. Лодшипниковь и узел с устройством охлаждения содержит установленный нэ валу и в корпусе подшипник качения, средство отбора тепла Е виде размещенного на валу термоэлектрического холодильника с коллектором и радиатором и систему электропитания, выполненную в виде генератора с размещенной на валу и соединенной через выпрямитель с холгдильником обмоткой якоря. Статор образован посредством диаметрально расположенных в корпусе с возможностью радиального перемещения постоянных магнитов. Предлагаемое устройство позволяет повысить долговечность подшипникового узла за счет постоянного регулируемого охлаждения внутреннего кольца подшипника, 2 ил.

8

Фиг.1

8l{

г-жн

Фиг. 2