Опорный подшипниковый узел

 

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.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873833/27 (22) 09.07.90 (46) 07.11.92. Бюл, M 41 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им.адм. С.О.Макарова (72) А.И.Тарабрин, А.Г.Чумак, В.M.Ãîðáîâ и А.Г.Емец (56) Патент США

М 4583794, кл, F 16 6 39/06, заяв. 12,10,84, опубл. 22.04.86.

Патент США

М 4597613, кл. F 16 С 39/06, заяв. 14,09.84, опубл. 01,07,86.

Патент Японии

N 24202, кл, 53 А 221, заявл, 05,05,62, опубл.

23.10.65 (прототип}.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях роторных машин и .механизмов различнаго назначения; компрессорах, турбомашинах, 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

5U 1774О91 А1 (sl)s F 16 С 39/06, 32-/Од 5 (54} ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ (57) 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, 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 изза 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

1774091

1.0

50 вышеупомянутым причлнаM. Следовательно, и срок службы опорного подшипникового узла с шарика.,ыми подшипIIèêàìè ограничен. К нсдоста гкам прототипа следует также отнести существенные потери энергии на трение.

Целью лзобретения является увеличение срока службы опорного подшипникового узла.

Для этого в предлагаемом опорном подшипниковом узле подшипники выпол ены электромагнитными, на нару>кной поверхности каждого подвижного кольца, в средней его части, выполнена кольцевая канавка, в которой размец,ена роторная обмотка, а в корпусе по периме-|ру с охватом каждой роторной обмотки подшипников размешена единая статорная обмотка.

Наличие на каждом подвижном кольце роторной обмотки электродвига1еля, а .гакже наличие в корпусе опорного подшипникового узла единой статорной обмотки, охватывающей ка>кдую роторную обмотку, позволяет осуществить принудительную раскрутку и торможение подви>кных колец.

Таким образом удается синхронизировать вращение цапфы вала и подвижных колец, уравнять лх окружные скорости, т.е. избе>кать возможного проскальзывания.

Предлагаемый опорный подшипниковый узел позволяет cllATb с цапфы B3ff3 ограни чения по максимальной частоте вращения, так как электромагнитные подшипники в отличие от шариковых ограничений по частоте вращения практически не имеют. Поскольку трение в элек1ромагнитных подшипниках примерно на порядок меньше, чем в шариковых, То и вероятность появления проскальзывания подви>кных колец относлтельно цапфы вала в предлагаемом подшипниковом узле значительно меньше, чем в прототипе, А наличие принудительной раскрутки или торможения подви>кных колец, позволяющее придать икту же окружную скорость, что и у цапфы 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 наде>кности 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 >ке, разрез; на фиг.3 — сечение

А-А на фиг.1, Подшипниковый узел содер>кит цапфу вала 1, находящуюся во фрикционном зацеплении с наружной выпуклой поверхностью подвижных колец 2, которьге насажены на корпусные втулки 3. Между внутренней вогнутой поверхностью подвижных колец 2 и корпусными втулками 3 находятся электромагнитные подшипники, Подвижные кольца 2 выполнены из магнитонепроницаемого материала (немагнитного), а на их внутренней вогнутой поверхности размещены опорные гильзы 4 из магнитопроводящего материала. Необходимость последних диктуется спецификой магнитных подшипников. На наружной выпуклой поверхности подвижных колец 2, в их средней части, выполнены кольцевые канавки, в которых размещены роторные обмотки 5. Последние охватывает единая статорная обмотка электродвигателя 6, которая размещена в корпусе 7 по периметру, Пpl1 подаче электрического тока на электромагниты. размещенные в корпусных втулках 3, подви>кные кольца 2 входят во фрикционное взаимодействие с цапфой вала 1 своей нару>кной выпуклой поверхностью. Таким образом вращение цапфы вала

1 передается подвижным кольцам 2, а статические и динамические нагрузки воспринимают электромагнитные подшипники, располо>кенные между корпусными втулками 3 и внутренней вогнутой поверхностью подвижных колец 2. В случае, если окружная скорость последних станет меньше, чем у

40 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

45 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 предотвращения 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 подвижные кольца 2 обладают достаточно большой инерционностью, то при резком торможении цапфы вала 1 необходимо обезопасить фрикционное зацепление, что и достигается принудительным подтормаживанием подвижных колец 2.

1774091

Б связи с применением в опорном подшипниковом узле электромагнитных подшипников значительно уменьшается вероятность проскальзывания подвижных колец относительно цапфы вала вследствие 5 разницы величин трения в шариковых и электромагнитных подшипниках. Кроме того, в предлагаемом опорном подшипниковом узле все подвижные кольца снабжены принудительной раскруткой и торможени- 10 ем, которые позволя1от им вращаться стой же окружной скоростью, что и цапфа вала, т.е. исключается возможность проскальзывания во фрикционном зацеплении подвижное кольцо — цапфа вала. Совокуп- 15 ность 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 целью увеличения срока службы, 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 охватом каждой роторной обмотки подшипников размещена единая статорная обмотка.

177409 1

1774091

Составитель А. Чумак

Техред M.Ìoðãåíòàn

Корректор Л. Лукач

Редактор С. Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 3915 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5