Стенд для испытаний подшипников в вакууме Советский патент 1993 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к испытательной технике и может найти применение 8 машиностроении для испытания различных подшипников качения и исследования их ресурсных и фрикционных характеристик подшипников в зависимости от условий эксплуатации и величины магнитного поля.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей стенда, упрощение конструкции и повышение надежности его в работе,

На фиг.1 изображен предлагаемый стенд; на фиг.2 - вид А на фиг. 1; на фиг.З - электрическая схема замещения прохождения магнитного потока.

В корпус 1. находящийся в вакуумной камере 2, установлены два магнитопроводных кольца 3 и 4, концентрично охватывающие испытуемые подшипники 5 и 6, а в промежутке между кольцами 3 и 4 размещены постоям ные магниты 7 в сепараторе 8. На внешней поверхности корпуса 1 размещен нагревательный элемент 9. Наружное кольцо испытуемого подшипнике, который установлен на шпиндель 10 через съемную втулку 11, через магнитопроводное кольцо v запорную шайбу 12 посредством поводка 13 связано с неподвижным тензодатчиком 14. Нагрузочное устройство состоит из якоря 15, установленного на корпус 1, и подковообразного магнита, выполненного в виде

00

ю о к

Ч

1ч

набора из нескольких магнитов 16 и расположенных между двумя мэгнитопроводны- ми пластинами 17, 18. Верхняя пластина 17 выполнена составной и разделена на части проставками 19. Фигурная втулка 20 закреплена на стенке 21 вакуумной камеры. Герметизация вакуумной камеры осуществляется магнитожидкостным уплотнением (МЖУ), установленным во втулке 20. МЖУ состоит из кольцевого постоянного магнита 22 и двух полюсных приставок 23, 24 на рабочих поверхностях которых выполнены кольцевые зубцы. Магнитный поток, возбуждаемый постоянным магнитом, удерживает магнитную жидкость 25 в рабочих зазорах между неподвижными полюсными приставками 23, 24 и шпинделем 10, обеспечивая тем самым герметизацию. Опорные подшипники 26 шпинделя размещены в атмосферной части перед магнитожидкостным уплотнением. Шпиндель 10 жестко связан о электроприводом 27, на съемной втулке 11 между подшипниками качения 5, 6 установлена измерительная катушка 28.

Работа стенда осуществляется следующим образом.

Для создания силы, способной удерживать магнитожидкостный смазочный материал в зоне трения, необходимо организовать магнитную цепь таким образом, чтобы магнитный поток прошел через зону трения. Для этого необходимо установить постоянные магниты в немагнитный сепаратор и произвести замер магнитного потока, проходящий через подшипники качения. На съемную втулку 11 между подшипниками 5 и 6 наматывается измерительная катушка 28, и подсоединяется к милливе- берметру. Для того чтобы прибор зафиксировал магнитный поток, необходимо быстрым Движением удалить постоянный магнит из цепи. Демонтируем корпус 1 и выдерживаем два полукольца сепаратора 8 с постоянными магнитами 7. В этот момент в измерительной катушке 28 наводится ЭДС, которая пропорциональна скорости изменения потокосцепления

w-,

где 1/ь- магнитное потокосцепление;

В - средняя индукция в сечении, охваченном катушкой;

t- время;

S - площадь сечения измерительной катушки;

у-число витков измерительной катушки.

Дальнейшая задача обработки этого напряжения является его интегрирование. Регистрация потока сцепления и его интегрирование осуществляются прибором

- веберметром. При изменении количества магнитов в сепараторе происходит ступенчатая регулировка магнитного потока, проходящего через подшипники качения.

Устанавливаем требуемую радиальную

нагрузку на подшипник, используя шунтирующие проставки 19, которые позволяют изменять направление прохождения магнитного потока Ф. Данные действия, в свою очередь, приводят к уменьшению силы прижатия якоря к магниту, а следовательно, к уменьшению нагрузки на узлы трения.

Рассмотрим электрическую схему замещения (фиг.2), где Ri.R2.R3 - сопротивления рабочего зазора между якорем и полюсными пластинами магнита;

R4.R5 - сопротивления, возникающие при прохождении магнитного потока Ф через шунтирующие проставки 19.

Сопротивления Ri.R2.R3 являются по- стоянными, т.к. зазор между якорем и магнитом остается неизменным. При достаточно большом сопротивлении и RS магнитный поток не проходит через них. а

полностью проходит через сопротивления Ri, R2, Ra. При уменьшении сопротивления R4 и Rs часть магнитного потока проходит через них. Так, изменяя величину R4 и RS, можно изменять нагрузку на подшипники

качения. Изменение величины R4 и RS достигается тем, что используется набор шунтирующих проставок, у которых разный объем - магнитопроводящего металла.

Электроприводом 27 приводим во вращение шпиндель 10 со съемной втулкой 11, на которую установлены испытуемые подшипники 5,6. Постоянный магнит 7, магни- топроводное кольцо 3, наружное кольцо испытуемого подшипника 5, тела качения,

внутреннее кольцо подшипника, съемная втулка 11, внутреннее кольцо испытуемого подшипника 6, тела качения, наружное кольцо подшипника и магнитопроводное кольцо 4 образуют замкнутую магнитную

цепь. При введении магнитного материала в испытуемые подшипники он равномерно распределяется и удерживается в рабочей зоне, т.к. под действием неоднородного магнитного поля магнитный смазочный материал перемещается и удерживается там, где его градиент имеет максимальное значение. Момент трения, возникающий в испытуемом подшипнике, передается через магнитопроводное кольцо и запорную шай

бу 12 посредством поводка 13 на неподвижный тензодатчик. Герметичность ввода в камеру обеспечивается мэгнитожидкостным

уплотнением.

Эффективность предлагаемого стенда в сравнении с прототипом заключается в следующем.

Созданы условия для испытания магни- тожидкостных смазочных материалов в под- шипниках качения при помощи соответствующей организации магнитного

поля в зоне трения.

Появилась возможность исследовать влияние магнитного поля на процесс трения. При использовании сепаратора, состоящего из двух полуколец, облегчился процесс измерения магнитного потока, проходящего через зону трения.

Предлагаемое загрузочное устройство позволяет регулировать нагрузку на испыту- емые подшипники. Применение магнито- жидкостного уплотнения позволило вынести из герметичной камеры технологические подшипники, уменьшить габариты узла и обеспечить постоянство скорости при высоких нагрузках на испытуемые подшипники качения.

Перечисленные выше достоинства предлагаемого устройства позволяют расширить его эксплуатационные возможности. Формула изобретения 1. Стенд для испытаний подшипников в вакууме, содержащий вакуумную камеру, установленный на опорных подшипниках шпиндель, корпус для размещения с зазо-

0

.5

0 25

35

30

ром по отношению друг к другу двух испытуемых подшипников, а также электропривод с герметичной передачей вращения на шпиндель, нагрузочное устройство в виде якоря и- подковообразного магнита, нагревательный элемент и измерители фрикцион- ных характеристик и температуры, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей стенда, он снабжен установленными в корпусе и концентрично охватывающими испытуемые подшипники двумя магнитопроводными кольцами шириной, равной ширине подшипников, и расположенными между упомянутыми магнитопроводными кольцами в сепараторе постоянными магнитами из двух полуколец, а также охватывающими подковообразный магнит двумя магнитопроводными пластинами, при этом подковообразный магнит выполнен составным из магнитов чередующейся полярности, а маг- нитопроводная пластина со стороны вакуумной камеры выполнена составной с разделяющими ее части проставками.

2. Стенд по п.1, о тли чающийся тем. что, с целью повышения надежности в работе и упрощения конструкции, он снабжен для герметизации шпинделя магнито- жидк остным уплотнением, опорные подшипники шпинделя размещены в атмосферной части стенда перед магнитожидко- стным уплотнением, .при этом шпиндель снабжен съемной втулкой для установки на ней испытуемых подшипников.

Использованием испытательной технике для испытания различных подшипников качения и исследования их рабочих характеристик. Сущность изобретения: стенд для испытаний подшипников в вакууме содержит вакуумную камеру, шпиндель, установленный на опорных подшипниках, электропривод с герметичной передачей вращения на шпиндель, два испытуемых подшипника, размещенных в корпусе с промежутками между ними, нагрузочное устройство в виде якоря и подковообразного магнита, магнитный узел, охватывающий испытуемые подшипники, нагревательный элемент, измерители фрикционных характеристик и температуры. В корпусе установлены два магнитопроводных кольца, концентрично охватывающие испытуемые подшипники с .шириной, равной ширине подшипников. В промежутке между ними размещены постоянные магниты в сепараторе, состоящем из двух полуколец. Подко- вообразный магнит выполнен из нескольких магнитов и расположен между двумя магнитопроводными пластинами. Для герметизации шпинделя установлено магнитожидкостное уплотнение. Опорные подшипники шпинделя размещены в атмосферной части перед мэгнитожидкостным уплотнением. Испытуемые подшипники установлены на шпиндель через съемную втулку. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

27

77 S

/vчууд |чУу и

7 Т л $У #

Фиг.$

Bl/fA

Фиё.2