Опорный подшипниковый узел Советский патент 1992 года по МПК F16C39/06 F16C32/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях роторных машин и механизмов различного назначения: компрессорах, тур- бомашинах, электродвигателях.

Известен электромагнитный подшипник для узла с вращающимся валом 1.

Известен электромагнитный подшипник для электродвигателя 2.

Известен опорный подшипниковый узел, содержащий корпус, цапфу вала и смонтированные в корпусе радиальные подшипники, наружные подвижные кольца которых находятся во фрикционном зацеплении с цапфой вала 3.

В известном опорном подшипниковом узле используются шарикоподшипники, и вследствие значительного трения может возникнуть проскальзывание наружных подвижных колец относительно цапфы вала, обусловленное сопротивлением в шарикоподшипниках. Это приводит к износу цапфы

вала, как быстровращающегося тела, разрушению ее поверхности в районе контакта с наружными подвижными кольцами, задирам. Кроме того, указанное выше проскальзывание, особенно при высоких частотах вращения цапфы вала, или резком ее торможении вызывает интенсивный локальный нагрев цапфы вала и подплавления. В связи с этим возникает необходимость подачи смазки в зону фрикционного зацепления, что приведет к усложнению конструкции опорного подшипникового узла, увеличению затрат на его изготовление и эксплуатацию, ограничит область его применения. Известный опорный подшипниковый узел не имеет возможности обеспечить высокие частоты вращения цапфы вала из- за наличия в его конструкции шарикоподшипников. Срок службы его определяется сроком службы сопряжения наружных подвижный колец и цапфы вала, а срок службы указанного сопряжения недостаточен по

х| х|

О

ю

вышеупомянутым причинам Следовательно, и срок службы опорною подшипникового узла с шарико 1- ми подшипниками офани- чен. К недостаткам прототипа следует также от нес1и существенные поторч энергии на трение

Целью изобретения увеличение срока службы опорною подшипникового узла.

Для этого в предлагаемом опорном подшипниковом узле подшипники выполнены электромагнитными, на наружной поверхности каждого подвижного кольца, в средней его части, выполнена кольцевая канавка, в которой размещена роторная обмотка, а в корпусе по периметру с скнатом каждой роторной обмотки подшипников размещена единая статорная обмотка

Наличие на каждом подвижно кольце роторной обмотки электродвигателя, а эк же наличие в корпусе опорного подшипникового узла единой статорнои обмотки, охватывающей каждую роторную обмотку, позволяет осуществить принудительную раскрутку и торможение подвижных колец Таким образом удается синхронизировать вращение цапфы вала и подвижных колец, уравнять их окружные скорости, т е избежать возможного проскальзывания

Предлагаемый опорный подшипниковый узел позволяет сплть с цапфы вала ограничения по максимальной частоте вращения, так как электромагнитные подшипники в отличие oi шариковых ограничений по частоте вращения практически не имеют. Поскольку горние в электромагнитных подшипниках примерно на порядок меньше, чем в шариковых, то и вероятность появления проскальзывания подвижных колец относительно цапфы вала в предлагаемом подшипниковом узле значительно меньше, чем в прототипе А наличие принудительной раскрутки или юрможения подвижных колец, позволяющее придать им ту же окружную скорость, что и у иапфы вала, уменьшает вероятность появления проскальзывания практически до нуля, отсутствие проскальзывания подвижных колец относительно цапфы вала приводит к сохранению этой сопряженной пары, значительному уменьшению износовых явлений, перегревов в зоне контакта и, в конечном итоге, к увеличению срока службы и надежности опорного подшипникового узла. Оснащение последнего электромагнитными подшипниками может расширить область его применения в силу ряда известных преимуществ этого вала подшипников по сравнению с шариковыми.

На фиг.1 изображен предлагаемый опорный подшипниковый узел, общий вид; на фиг,2 - то же, разрез; на фиг.З - сечение Л-А на фиг.1.

Подшипниковый узел содержит цапфу

вала 1, находящуюся во фрикционном зацеплении с наружной выпуклой поверхностью подвижных колец2, которые насажены на корпусные втулки 3. Между внутренней

0 вогнутой поверхностью подвижных колец 2 и корпусными втулками 3 находятся электромагнитные подшипники, Подвижные кольца 2 выполнены из магнитонепроница- емого материала (немагнитного), а на их

5 внутренней вогнутой поверхности размещены опорные гильзы 4 из магнитопроводяще- го материала. Необходимость последних диктуется спецификой магнитных подшипников. На наружной выпуклой поверхности

0 подвижных колец 2, в их средней части, выполнены кольцевые канавки, в которых размещены роторные обмотки 5. Последние охватывает единая сгаторная обмотка электродвигателя 6, которая размещена вкорпу5 се 7 по периметру

При подаче электрического тока на элект ромагниты. размещенные в корпусных втулках 3, подвижные кольца 2 входят во

0 фрикционное взаимодействие с цапфой вала 1 своей наружной выпуклой поверхностью Таким образом вращение цапфы вала 1 передается подвижным кольцам 2, а статические и динамические нагрузки воспри5 нимают электромагнитные подшипники, расположенные между корпусными втулками 3 и внутренней вогнутой поверхностью подвижных колец 2 В случае, если окружная скорость последних станет меньше, чем у

0 цапфы вала 1, то ее можно будет увеличить подав напряжение на статорную обмотку электродвигателя 6. Последняя, взаимодействуя с роторной обмоткой 5, приложит к подвижному кольцу 2 дополнительный

5 крутящий момент, и придаст ему ту же окружную скорость, что и у цапфы вала 1. При торможении последней может возникнуть опережение ее по частоте вращения подвижными кольцами 2. для предотвраще0 ния этого следует изменить полярность при подаче питания на статорную обмотку 6. За счет этого осуществляется торможение подвижных колец 2 и синхронизация их вращения с цапфой вала 1. Так как по5 движные кольца 2 обладают достаточно большой инерционностью, то при резком торможении цапфы вала 1 необходимо обезопасить фрикционное зацепление, что и достигается принудительным подтормажи- ванием подвижных колец 2.

В связи с применением в опорном подшипниковом узле электромагнитных подшипников значительно уменьшается вероятность проскальзывания подвижных колец относительно цапфы вала вследствие разницы величин трения в шариковых и электромагнитных подшипниках. Кроме того, в предлагаемом опорном подшипниковом узле все подвижные кольца снабжены принудительной раскруткой и торможением, которые позволяют им вращаться с той же окружной скоростью, что и цапфа вала, т.е. исключается возможность проскальзывания во фрикционном зацеплении подвижное кольцо - цапфа вала. Совокупность двух указанных выше факторов позволяет уменьшить износовые явления в указанной сопряженной паре и значительно

увеличить срок службы опорного подшипникового узла.

Формула изобретения Опорный подшипниковый узел, содержащий корпус, цапфу вала и смонтированные в корпусе радиальные подшипники, наружные подвижные кольца которых находятся во фрикционном зацеплении с цапфой вала, отличающийся тем, что. с

0 целью увеличения срока службы, подшипники выполнены электромагнитными, на наружной поверхности каждого подвижного кольца в средней его части выполнена кольцевая канавка, в которой размещена

5 роторная обмотка, а в корпусе по периметру с охватом каждой роторной обмотки подшипников размещена единая статорная обмотка.

Использование: в конструкциях роторных машин. Сущность изобретения: в корпусе размещены радиальные электромагнитные подшипники, наружные подвижные кольца которых находятся во фрикционном зацеплении с цапфой вала. На наружной поверхности каждого подвижного кольца, в средней его части, выполнена кольцевая канавка, в которой размещена роторная обмотка. В корпусе по периметру с охватом каждой роторной обмотки подшипников размещена единая статорная обмотка. 3 ил.

.vgggg -Z-Z-Z Vу f - 3х- . У v йУ

Фиг. 1

Го

с

5

я-я

Фиг.З