RU170274U1

RU170274U1 - MAGNET BEARING

Info

Publication number: RU170274U1
Application number: RU2016140368U
Authority: RU
Inventors: Альберт Викторович Королев; Андрей Альбертович Королев; Наталия Валерьевна Григорьева; Александр Александрович Скрипкин
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2017-04-19

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению. Магнитный подшипник содержит наружное и внутреннее опорные кольца и жестко связанные с ними рабочие кольца, изготовленные из немагнитного материала. Рабочие части рабочих колец выполнены в виде тел вращения, размещенных одно в полости другого с возможностью свободного вращения рабочих колец относительно друг друга. На поверхности рабочих частей рабочих колец выполнены покрытия из магнитного материала, при этом рабочие части ориентированы одно к другому одноименными полюсами, а наружное рабочее кольцо выполнено сборным. Внутреннее рабочее кольцо выполнено монолитным, а наружное рабочее кольцо выполнено из двух одинаковых половинок. Поперечные сечения рабочих частей рабочих колец выполнены в виде эквидистантных эллипсов, большая ось которых расположена перпендикулярно действию максимальной внешней нагрузки на подшипник. Свободные части рабочих колец образуют лабиринтное соединение, зазоры в котором установлены меньше зазоров между рабочими частями наружного и внутреннего рабочих колец. Полезная модель позволяет увеличить нагрузочную способность подшипника при повышении надежности его работы. 1 ил.The utility model relates to mechanical engineering. The magnetic bearing contains the outer and inner support rings and rigidly connected working rings made of non-magnetic material. The working parts of the working rings are made in the form of bodies of revolution, placed one in the cavity of the other with the possibility of free rotation of the working rings relative to each other. Coatings made of magnetic material are made on the surface of the working parts of the working rings, while the working parts are oriented one to the other by the same poles, and the outer working ring is prefabricated. The inner working ring is made monolithic, and the outer working ring is made of two identical halves. Cross sections of the working parts of the working rings are made in the form of equidistant ellipses, the major axis of which is located perpendicular to the maximum external load on the bearing. The free parts of the working rings form a labyrinth connection, the gaps in which there are fewer gaps between the working parts of the outer and inner working rings. The utility model allows to increase the bearing capacity of the bearing while increasing its reliability. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к конструкции магнитного подшипника, который может быть использован в электродвигателях, в приборах, в автомобилях и в другой технике взамен подшипника качения в случаях, когда требуется обеспечить высокую скорость вращения, пониженный момент трения, отсутствие износа, высокую долговечность.The utility model relates to mechanical engineering, namely, to the design of a magnetic bearing that can be used in electric motors, in devices, in cars, and in other equipment to replace a rolling bearing in cases where it is necessary to ensure high rotation speed, reduced friction, no wear, high durability.

Известен магнитный кольцевой подшипник (патент RU на полезную модель №70605), содержащий корпус, вал вращения, статор и ротор, расположенные с рабочим воздушным зазором относительно друг друга. Статор вставлен жестко в корпус, а ротор жестко соединен с валом вращения, проходящим через торцевые отверстия в корпусе, снабженные вспомогательными подшипниками. Статор и ротор подшипника выполнены в виде кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью. Магнит ротора размещен концентрично внутри магнита статора, с их разноименными магнитными полюсами навстречу друг другу, с равномерным воздушным зазором, в котором размещен вспомогательный радиальный подшипник скольжения. На торцевых поверхностях магнита ротора и внутренних торцевых поверхностях корпуса и в торцевых отверстиях корпуса размещены дополнительные подшипники скольжения.Known magnetic ring bearing (RU patent for utility model No. 70605), comprising a housing, a rotation shaft, a stator and a rotor located with a working air gap relative to each other. The stator is rigidly inserted into the housing, and the rotor is rigidly connected to the rotation shaft passing through the end holes in the housing, equipped with auxiliary bearings. The stator and rotor of the bearing are made in the form of annular permanent magnets with axial magnetization. The rotor magnet is placed concentrically inside the stator magnet, with their opposite magnetic poles facing each other, with a uniform air gap in which the auxiliary radial sliding bearing is placed. On the end surfaces of the rotor magnet and the inner end surfaces of the housing and in the end openings of the housing additional sliding bearings are arranged.

Недостатком описанного выше подшипника является то, что он имеет в своей конструкции подшипники скольжения, что снижает продолжительность срока эксплуатации подшипника. Кроме этого при изготовлении и применении таких магнитных высокоскоростных подшипников требуется высокая точность изготовления магнитных колец, что технологически затруднительно.The disadvantage of the bearing described above is that it has in its design plain bearings, which reduces the life of the bearing. In addition, the manufacture and use of such magnetic high-speed bearings requires high precision manufacturing of magnetic rings, which is technologically difficult.

Известен также подшипник на магнитной подвеске (патент RU на изобретение №2314443), который включает кольцевые коаксиальные постоянные магниты, наружный из которых выполнен неподвижным, а внутренний установлен на оси, и обращены они друг к другу неэкранированными поверхностями. Подшипник снабжен дополнительным кольцевым постоянным магнитом, установленным на оси и обращенным неэкранированным полюсом к одноименному неэкранированному торцевому полюсу неподвижного кольцевого магнита. Магниты выполнены с осевым намагничиванием и отношение массы каждого из постоянных магнитов, установленных на оси, к массе неподвижного постоянного магнита составляет 1:4 и размещены с воздушным зазором между рабочими поверхностями 0,1-0,5 мм.Also known is a bearing on a magnetic suspension (RU patent for invention No. 2314443), which includes annular coaxial permanent magnets, the outer of which is made stationary, and the inner is mounted on the axis, and they are facing each other with unshielded surfaces. The bearing is equipped with an additional annular permanent magnet mounted on the axis and facing the unshielded pole to the unshielded end pole of the fixed ring magnet of the same name. The magnets are made with axial magnetization and the mass ratio of each of the permanent magnets mounted on the axis to the mass of the stationary permanent magnet is 1: 4 and placed with an air gap between the working surfaces of 0.1-0.5 mm.

Недостатком известного подшипника является то, что он выполнен в корпусе устройства, является его составной частью, из-за чего возникает сложность использования подшипника на магнитной подвеске в других устройствах и узлах, необходимость в дополнительной его нагрузке, сложность его ремонта или замены. Конструктивное выполнение наружного неподвижного магнита и дополнительного кольцевого магнита не обеспечивает стабильного уравнивания сил отталкивания, что ведет к снижению надежности, срока эксплуатации и эффективности работы при нестабильных осевых нагрузках. Кроме этого наличие в корпусе устройства других движущихся металлических элементов может привести к попаданию пыли и металлических частиц в подшипник на магнитной подвеске и к его разбалансировке в дальнейшем.A disadvantage of the known bearing is that it is made in the housing of the device, is an integral part thereof, which makes it difficult to use the bearing on a magnetic suspension in other devices and assemblies, the need for additional load, the complexity of its repair or replacement. The design of the external stationary magnet and the additional ring magnet does not provide a stable equalization of repulsive forces, which leads to a decrease in reliability, service life and operational efficiency under unstable axial loads. In addition, the presence in the device case of other moving metal elements can lead to the ingress of dust and metal particles into the bearing on the magnetic suspension and to its imbalance in the future.

Известен также подшипник вала на постоянных магнитах (патент US на изобретение №5321329), который содержит вал, на концах которого установлены подшипники на постоянных магнитах, каждый из которых содержит втулку вала и втулку фланца, представляющих собой два кольцевых постоянных магнита с конусообразными поверхностями, установленных на валу одинаковыми полюсами друг к другу с зазором, образованным силами отталкивания. Между валом и втулкой вала установлена изолирующая втулка с магнитонепроницаемыми щитами на концах.A shaft bearing on permanent magnets (US patent No. 5321329) is also known, which comprises a shaft at the ends of which bearings on permanent magnets are installed, each of which contains a shaft sleeve and a flange sleeve, which are two annular permanent magnets with conical surfaces installed on the shaft with the same poles to each other with a gap formed by the repulsive forces. An insulating sleeve with magnetically tight shields at the ends is installed between the shaft and the shaft sleeve.

Недостатками этого устройства являются, во-первых, сложность конструкции, сложность использования в других устройствах и узлах, сложность ремонта и замены из-за необходимости парного использования подшипников вала на постоянных магнитах для обеспечения равновесия осевых сил, из-за необходимости изготовления специального корпуса под подшипник; во-вторых, из-за постоянной нагрузки на вал возможна его разбалансировка.The disadvantages of this device are, firstly, the complexity of the design, the complexity of use in other devices and components, the complexity of repair and replacement due to the need for pair use of shaft bearings with permanent magnets to ensure the balance of axial forces, because of the need to manufacture a special housing for the bearing ; secondly, due to the constant load on the shaft, its imbalance is possible.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является магнитный подшипник, содержащий наружное и внутреннее опорные кольца и связанные с ними рабочие кольца, изготовленные из магнитного материала, рабочие поверхности рабочих колец выполнены в виде тел вращения, размещенных одно в полости другого с возможностью свободного вращения рабочих колец относительно друг друга, на рабочей поверхности колец выполнены покрытия из магнитного материала, ориентированные одно к другому одноименными полюсами, а наружное рабочее кольцо выполнено сборным (патент RU на полезную модель №112729). Рабочие части рабочих колец подшипника выполнены в виде торов. Наружное опорное кольцо соединено с внутренним тором посредством втулок, выполненных из немагнитного материала. При этом торы выполнены из немагнитного материала в сечении своими вырезами в стенках, обращенных в противоположные стороны. Наружный тор имеет съемную боковую стенку. Немагнитные втулки, соединяющие наружное опорное кольцо с внутренним тором, выполнены с поперечным сечением, обладающим наибольшим моментом сопротивления внешнему изгибающему моменту.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed utility model is a magnetic bearing containing the outer and inner support rings and associated working rings made of magnetic material, the working surfaces of the working rings are made in the form of bodies of revolution placed one in the cavity of the other the possibility of free rotation of the working rings relative to each other, on the working surface of the rings are made of a magnetic material coating oriented to one another bubbled poles and the outer ring is working teams (RU Patent for Utility Model №112729). The working parts of the working rings of the bearing are made in the form of tori. The outer support ring is connected to the inner torus by bushings made of non-magnetic material. In this case, the tori are made of non-magnetic material in cross section with their cuts in the walls facing in opposite directions. The outer torus has a removable side wall. Non-magnetic bushings connecting the outer support ring with the inner torus are made with a cross section having the greatest moment of resistance to the external bending moment.

Существенными недостатками этого подшипника являются следующие. Немагнитные втулки, соединяющие наружное опорное кольцо с внутренним тором, под действием внешней реверсивной внешней нагрузки на подшипник прогибаются и изнашиваются, что снижает надежность подшипника. Так как рабочие части рабочих колец выполнены в виде тора, то силы магнитного взаимодействия колец в радиальном и в осевом направлениях примерно одинаковые, в то время как радиальная и осевая силы, действующие на подшипник, как правило, имеют разную величину. Это снижает нагрузочную способность подшипника. Подшипник не защищен от пыли и грязи, что также снижает надежность подшипника. Кроме того, устройство не защищено от чрезмерной внешней нагрузки, при которой рабочие части подшипника могут соприкасаться, что может вызвать его разрушение.The significant disadvantages of this bearing are as follows. Non-magnetic bushings connecting the outer support ring with the inner torus, under the action of an external reversible external load on the bearing, bend and wear out, which reduces the reliability of the bearing. Since the working parts of the working rings are made in the form of a torus, the forces of magnetic interaction of the rings in the radial and axial directions are approximately the same, while the radial and axial forces acting on the bearing, as a rule, have different values. This reduces the bearing capacity of the bearing. The bearing is not protected from dust and dirt, which also reduces the reliability of the bearing. In addition, the device is not protected from excessive external load, in which the working parts of the bearing may come into contact, which may cause its destruction.

Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно увеличение нагрузочной способности подшипника при повышении надежности его работы.The objective of the proposed utility model is to eliminate these drawbacks, namely, increasing the load capacity of the bearing while increasing the reliability of its operation.

Указанные задача и техническая результат достигаются за счет того, что в магнитном подшипнике, содержащем наружное и внутреннее опорные кольца и жестко связанные с ними рабочие кольца, изготовленные из немагнитного материала, рабочие части рабочих колец выполнены в виде тел вращения, размещенных одно в полости другого с возможностью свободного вращения рабочих колец относительно друг друга, на поверхности рабочих частей рабочих колец выполнены покрытия из магнитного материала, ориентированные одно к другому одноименными полюсами, а наружное рабочее кольцо выполнено сборным, внутреннее рабочее кольцо выполнено монолитным, а наружное кольцо выполнено из двух одинаковых половинок, поперечные сечения рабочих частей рабочих колец выполнены в виде эквидистантных эллипсов, большая ось которых расположена перпендикулярно действию максимальной внешней нагрузки на подшипник, свободные части рабочих колец образуют лабиринтное соединение, зазоры в котором установлены меньше зазоров между рабочими частями наружного и внутреннего рабочих колец.The indicated task and technical result are achieved due to the fact that in a magnetic bearing containing the outer and inner support rings and rigidly connected working rings made of non-magnetic material, the working parts of the working rings are made in the form of bodies of revolution placed one in the cavity of the other the possibility of free rotation of the working rings relative to each other, on the surface of the working parts of the working rings are made of a coating of magnetic material oriented to one another by the same poles, and the outer working ring is prefabricated, the inner working ring is monolithic, and the outer ring is made of two identical halves, the cross sections of the working parts of the working rings are made in the form of equidistant ellipses, the large axis of which is perpendicular to the maximum external load on the bearing, the free parts of the working rings form labyrinth connection, the gaps in which there are fewer gaps between the working parts of the outer and inner working rings.

Техническим результатом является предотвращение возможности соприкасания рабочих поверхностей подшипника при чрезмерной нагрузке на подшипник, создание препятствия для попадания в рабочую часть подшипника пыли и грязи, обеспечение жесткого соединения рабочих частей с опорными кольцами, обеспечение максимальной силы магнитного взаимодействия колец в направлении действия на подшипник максимальной внешней нагрузки.The technical result is to prevent the contact of the working surfaces of the bearing with excessive load on the bearing, creating obstacles for dust and dirt to enter the working part of the bearing, ensuring a rigid connection of the working parts with the support rings, ensuring maximum magnetic force of the rings in the direction of maximum external load on the bearing .

Так как внутреннее рабочее кольцо выполнено монолитным, то это обеспечивает его высокую жесткость и малую чувствительность к изгибающему моменту, что повышает надежность подшипника. Эллиптическая форма профиля рабочей части рабочих колец, ориентированная большей осью в направлении, перпендикулярном максимальной нагрузке на подшипник, обеспечивает в этом направлении большую площадь и большую силу магнитного взаимодействия между рабочими поверхностями, что повышает нагрузочную способность подшипника. Подшипник предлагаемой конструкции более технологичен, так как наружное рабочее кольцо выполнено из одинаковых половинок, что позволяет использовать одну и ту же технологическую оснастку для их изготовления и снизить затраты на производство подшипника. Наличие лабиринтного соединения защищает подшипник от пыли и грязи, особенно при высокой частоте его вращения, что повышает надежность подшипника. Так как зазоры в лабиринтном соединении меньше зазоров между рабочими поверхностями рабочих колец, то возможная чрезмерная внешняя нагрузка на подшипник компенсируется взаимодействием деталей лабиринтного соединения, что предотвращает рабочие части подшипника от разрушения и также повышает надежность подшипника.Since the inner working ring is made monolithic, this ensures its high rigidity and low sensitivity to bending moment, which increases the reliability of the bearing. The elliptical shape of the profile of the working part of the working rings, oriented by the larger axis in the direction perpendicular to the maximum load on the bearing, provides in this direction a large area and a large force of magnetic interaction between the working surfaces, which increases the load capacity of the bearing. The bearing of the proposed design is more technologically advanced, since the outer working ring is made of equal halves, which allows the use of the same technological equipment for their manufacture and reduce the cost of manufacturing the bearing. The presence of the labyrinth connection protects the bearing from dust and dirt, especially at a high frequency of rotation, which increases the reliability of the bearing. Since the gaps in the labyrinth connection are smaller than the gaps between the working surfaces of the working rings, the possible excessive external load on the bearing is compensated by the interaction of the parts of the labyrinth connection, which prevents the working parts of the bearing from destruction and also increases the reliability of the bearing.

Заявляемая конструкция поясняется с помощью чертежа, на котором показан общий вид магнитного подшипника.The inventive design is illustrated using the drawing, which shows a General view of the magnetic bearing.

Позициями 1-6 обозначены:Positions 1-6 are indicated:

1 - внутреннее опорное кольцо,1 - inner support ring,

2 - наружное опорное кольцо,2 - outer support ring,

3 - внутреннее рабочее кольцо,3 - inner working ring,

4 - наружное рабочее кольцо,4 - outer working ring,

5 - рабочие части наружного и внутреннего рабочих колец,5 - working parts of the outer and inner working rings,

6 - запорные шайбы.6 - locking washers.

Принципиальная конструкция подшипника содержит внутреннее 1 и наружное 2 опорные кольца, жестко связанные с ними рабочие внутреннее 3 и наружное 4 кольца. Рабочая часть 5 внутреннего рабочего кольца 3, имеющая диаметр dm, размещена в полости рабочей части 5 наружного рабочего кольца 4. Профили рабочих частей 5 рабочих колец 3 и 4 выполнены в виде эквидистантных эллипсов, ориентированных большей осью в направлении, параллельном оси подшипника. На рабочих частях 5 внутреннего 3 и наружного 4 рабочих колец нанесены покрытия из магнитного материала, обращенные друг к другу одноименными полюсами.The basic design of the bearing comprises an inner 1 and an outer 2 support rings, rigidly connected working inner 3 and an outer 4 rings. The working part 5 of the inner working ring 3, having a diameter dm, is placed in the cavity of the working part 5 of the outer working ring 4. The profiles of the working parts 5 of the working rings 3 and 4 are made in the form of equidistant ellipses oriented with the larger axis in a direction parallel to the bearing axis. On the working parts 5 of the inner 3 and outer 4 working rings, coatings of magnetic material are applied, facing each other with the same poles.

Между рабочими частями 5 рабочих колец 3 и 4 установлен зазор λ. Свободные части рабочих колец 3 и 4 образуют лабиринтное соединение с максимальным зазором δ. Величина зазоров в лабиринтном соединении δ гарантированно меньше величины зазоров λ между рабочими частями 5 рабочих колец 3 и 4. Наружное рабочее кольцо 4 выполнено из двух одинаковых половинок. Обе половинки наружного рабочего кольца 4 установлены в наружном опорном кольце 2 с гарантированным натягом и дополнительно закреплены запорными шайбами 6. В наружном рабочем кольце 4 со стороны внутреннего рабочего кольца 3 имеется паз для обеспечения возможности вращения колец относительно друг друга.Between the working parts 5 of the working rings 3 and 4, a gap λ is established. The free parts of the working rings 3 and 4 form a labyrinth connection with a maximum gap of δ. The size of the gaps in the labyrinth connection δ is guaranteed to be less than the size of the gaps λ between the working parts 5 of the working rings 3 and 4. The outer working ring 4 is made of two identical halves. Both halves of the outer working ring 4 are installed in the outer supporting ring 2 with a guaranteed tightness and are additionally fixed by locking washers 6. In the outer working ring 4 from the side of the inner working ring 3 there is a groove for allowing the rings to rotate relative to each other.

Работа подшипника осуществляется следующим образом. На опорные кольца подшипника 1 и 2 подают нагрузку, а одному из колец придают вращение. При этом вращение опорных колец 1 и 2 относительно друг друга обеспечивается с помощью бесконтактного магнитного взаимодействия двух намагниченных рабочих частей 5 рабочих колец 3 и 4. Бесконтактность их вращения обеспечивают покрытия рабочих частей 5 рабочих колец 3 и 4, выполненные из магнитного материала и обращенные одно к другому одноименными полюсами, что и позволяет внутреннему рабочему кольцу 3 подвешиваться в полости наружного рабочего кольца 4 с зазором λ.The operation of the bearing is as follows. A load is applied to the bearing rings of the bearings 1 and 2, and rotation is imparted to one of the rings. Moreover, the rotation of the support rings 1 and 2 relative to each other is ensured by non-contact magnetic interaction of two magnetized working parts 5 of the working rings 3 and 4. Contactless rotation is provided by the coating of the working parts 5 of the working rings 3 and 4, made of magnetic material and facing one to poles of the same name, which allows the inner working ring 3 to be suspended in the cavity of the outer working ring 4 with a gap λ.

Так как зазоры δ в лабиринтном соединении меньше зазоров λ между рабочими частями 5, то это повышает надежность подшипника, так как при возникновении чрезмерной внешней нагрузки она компенсируется механическим взаимодействием деталей лабиринтного уплотнения колец 3 и 4, предотвращая соприкосновение и разрушение рабочих частей 5. Выполнение внутреннего рабочего кольца 3 и наружного рабочего кольца монолитными обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую жесткость и более высокий момент сопротивления внешнему изгибающему моменту, что повышает надежность подшипника. Так как обе половинки наружного рабочего кольца 4 выполнены одинаковыми, то это повышает технологичность подшипника, так как для изготовления каждой из этих половинок требуется одна и та же технологическая оснастка. Важной особенностью предлагаемой конструкции подшипника является то, что рабочие части 5 рабочих колец 3 и 4 имеют в поперечном сечении форму эллипса с большей осью, расположенной вдоль оси подшипника. За счет этого более рационально используется рабочее пространство подшипника, уменьшаются его габариты. При этом в радиальном направлении, в котором преимущественно действует внешняя нагрузка на подшипник, обеспечивается большая площадь взаимодействия магнитных сил рабочих частей 5 наружного и внутреннего рабочих колец 3 и 4, что повышает нагрузочную способность подшипника. В осевом направлении площадь магнитного взаимодействия меньше, но в этом направлении, как правило, действует меньшая нагрузка. Если бы наибольшая нагрузка действовала в осевом направлении, то большую ось эллиптического профиля рабочих частей 5 следовало бы расположить в радиальном направлении подшипника.Since the gaps δ in the labyrinth connection are smaller than the gaps λ between the working parts 5, this increases the reliability of the bearing, since when an excessive external load occurs, it is compensated by the mechanical interaction of the parts of the labyrinth seal of the rings 3 and 4, preventing contact and destruction of the working parts 5. Internal the working ring 3 and the outer working ring monolithic provides, in comparison with the prototype, higher rigidity and higher moment of resistance to external bending moment y, which increases the reliability of the bearing. Since both halves of the outer working ring 4 are made identical, this increases the manufacturability of the bearing, since the same tooling is required for the manufacture of each of these halves. An important feature of the proposed bearing design is that the working parts 5 of the working rings 3 and 4 are in cross section an elliptical shape with a larger axis located along the axis of the bearing. Due to this, the working space of the bearing is more rationally used, its dimensions are reduced. Moreover, in the radial direction, in which the external load on the bearing predominantly acts, a large area of interaction of the magnetic forces of the working parts 5 of the outer and inner working rings 3 and 4 is provided, which increases the bearing capacity of the bearing. In the axial direction, the area of magnetic interaction is smaller, but in this direction, as a rule, a smaller load acts. If the greatest load would act in the axial direction, then the large axis of the elliptical profile of the working parts 5 should be located in the radial direction of the bearing.

Поэтому данный подшипник, сохраняя все преимущества прототипа, превосходит его по показателям надежности, технологичности и нагрузочной способности.Therefore, this bearing, while retaining all the advantages of the prototype, surpasses it in terms of reliability, manufacturability and load capacity.

Пример. Изначально были определены конструктивные параметры магнитного подшипника со следующими габаритными размерами: внутренний диаметр d=30 мм, наружный диаметр D=62 мм, высота H=16 мм. Внутреннее опорное кольцо подшипника брали с внутренним диаметром d=30 мм, высотой Н=16 мм и толщиной стенки 2 мм. Наружное опорное кольцо брали с наружным диаметром D=62 мм, высотой Н=16 мм и толщиной стенки 2 мм.Example. Initially, the design parameters of the magnetic bearing were determined with the following overall dimensions: inner diameter d = 30 mm, outer diameter D = 62 mm, height H = 16 mm. The inner bearing support ring was taken with an inner diameter of d = 30 mm, a height of H = 16 mm and a wall thickness of 2 mm. The outer support ring was taken with an outer diameter of D = 62 mm, a height of H = 16 mm and a wall thickness of 2 mm.

Сначала определяли габариты наружного рабочего кольца. Высота наружного рабочего кольца не должна превышать высоту подшипника. Поэтому брали ее равной Н_n=14 мм, оставляя по 1 мм с двух сторон для размещения запорных шайб. Наружный диаметр наружного рабочего кольца равен внутреннему диаметру наружного опорного кольца: D_n=62-2⋅2=58 мм. Внутренний диаметр наружного рабочего кольца равен внутреннему диаметру подшипника d=30 мм, плюс 2 толщины внутреннего опорного кольца, плюс по 2 мм с двух сторон для основания внутреннего рабочего кольца. Таким образом, внутренний диаметр наружного рабочего кольца равен D_ν=30+2⋅2+2⋅2=38 мм. Внутри наружного рабочего кольца размещали полость вращения, профиль которой представляет собой эллипс. Центр эллипса совпадает с центром поперечного сечения наружного рабочего кольца, то есть находится на окружности диаметром D₀=(D_n+D_ν)/2=(38+58)/2=48 мм.First, the dimensions of the outer working ring were determined. The height of the outer working ring must not exceed the height of the bearing. Therefore, they took it equal to H _n = 14 mm, leaving 1 mm on both sides to place the locking washers. The outer diameter of the outer working ring is equal to the inner diameter of the outer support ring: D _n = 62-2⋅2 = 58 mm. The inner diameter of the outer working ring is equal to the inner diameter of the bearing d = 30 mm, plus 2 thicknesses of the inner support ring, plus 2 mm on both sides for the base of the inner working ring. Thus, the inner diameter of the outer working ring is D _ν = 30 + 2⋅2 + 2⋅2 = 38 mm. A rotational cavity was placed inside the outer working ring, the profile of which is an ellipse. The center of the ellipse coincides with the center of the cross section of the outer working ring, that is, it is located on a circle of diameter D ₀ = (D _n + D _ν ) / 2 = (38 + 58) / 2 = 48 mm.

Так как радиальный подшипник преимущественно нагружен радиальной нагрузкой, то в радиальном направлении должна находиться максимальная площадь взаимодействия рабочих колец, так как от этого зависит сила магнитного взаимодействия между рабочими кольцами. Толщину рабочей части наружного рабочего кольца в радиальном направлении принимали равной t_r=2 мм. Величину зазоров между рабочими частями устанавливали равной λ=0,5 мм. Таким образом, малая полуось эллипса рабочей поверхности наружного рабочего кольца получилась равной а _n=(D_n-2t_r-D₀)/2=(58-2⋅2-48)/2=3 мм. Малая полуось рабочей части внутреннего рабочего кольца меньше полуоси рабочей части наружного рабочего кольца на величину зазора λ и равна а=а _n-λ=2,5 мм.Since the radial bearing is predominantly loaded with a radial load, the maximum area of interaction of the working rings should be in the radial direction, since the strength of the magnetic interaction between the working rings depends on this. The thickness of the working part of the outer working ring in the radial direction was taken equal to t _r = 2 mm The gap between the working parts was set equal to λ = 0.5 mm. Thus, the semi-minor axis of the ellipse of the working surface of the outer working ring turned out to be equal to a _n = (D _n -2t _r -D ₀ ) / 2 = (58-2-2-48) / 2 = 3 mm. The minor axis of the working part of the inner working ring is less than the half axis of the working part of the outer working ring by the gap value λ and is equal to а = а _n -λ = 2.5 mm.

Радиальная нагрузка на радиальный подшипник обычно более чем вдвое превышает осевую нагрузку. Поэтому толщину боковой поверхности наружного рабочего кольца принимали вдвое меньше, чем в радиальном направлении, то есть равной по t_b=1,2 мм с двух сторон. Тогда большая полуось эллипса профиля рабочей поверхности наружного рабочего кольца равна b_n=Н_n/2-t_b=5,8 мм. Большая полуось рабочей части профиля внутреннего рабочего кольца с учетом зазора с наружным рабочим кольцом, равным 0,5 мм, равна b=5,3 мм.The radial load on a radial bearing is usually more than double the axial load. Therefore, the thickness of the side surface of the outer working ring was taken to be half as much as in the radial direction, that is, equal to t _b = 1.2 mm on both sides. Then the semimajor axis of the ellipse profile of the working surface of the outer working ring is equal to b _n = N _n / 2-t _b = 5.8 mm The semi-major axis of the working part of the profile of the inner working ring, taking into account the gap with the outer working ring equal to 0.5 mm, is b = 5.3 mm.

Если рабочие поверхности наружного и внутреннего рабочих колец выполнить, как предлагается в прототипе, тороидальными, то профилем поперечного сечения рабочей части внутреннего рабочего кольца являлась бы окружность радиусом 2,5 мм. Площадь магнитного взаимодействия рабочей части рабочих колец уменьшилась бы более чем вдвое по сравнению с предлагаемым, что существенно снизило бы нагрузочную способность подшипника в радиальном направлении.If the working surfaces of the outer and inner working rings are made toroidal, as proposed in the prototype, then a circle with a radius of 2.5 mm would be a cross-sectional profile of the working part of the inner working ring. The area of magnetic interaction of the working part of the working rings would be reduced by more than half compared with the proposed, which would significantly reduce the bearing ability of the bearing in the radial direction.

Форму нерабочей части наружного и внутреннего рабочих колец выполняли с учетом образования между ними лабиринтного соединения с зазором δ=λ/2=0,25 мм, что препятствует проникновению во внутреннюю полость подшипника пыли и загрязнений, а главное - предотвращает разрушение рабочих поверхностей подшипника при превышении на него внешней нагрузки. Это повышает надежность подшипника.The shape of the inoperative part of the outer and inner working rings was performed taking into account the formation of a labyrinth connection between them with a gap δ = λ / 2 = 0.25 mm, which prevents dust and contaminants from penetrating into the inner cavity of the bearing, and most importantly, prevents the destruction of the working surfaces of the bearing when on it is an external load. This increases bearing reliability.

Для обеспечения возможности вращения колец относительно друг друга в наружном рабочем кольце со стороны внутреннего рабочего кольца сделали круговой паз шириной 2,5 мм. Через этот паз рабочая часть внутреннего рабочего кольца соединена с его основанием державкой в виде диска толщиной 2 мм. Это существенно повышает жесткость данного соединения и приводит к повышению надежности подшипника.To enable rotation of the rings relative to each other in the outer working ring from the side of the inner working ring made a circular groove 2.5 mm wide. Through this groove, the working part of the inner working ring is connected to its base with a holder in the form of a disk 2 mm thick. This significantly increases the rigidity of this connection and leads to increased reliability of the bearing.

Наружное рабочее кольцо выполняли в виде соединения из двух равных частей, каждую из которых брали высотой по 7 мм и устанавливали с натягом в наружном опорном кольце. Дополнительно закрепляли наружное рабочее кольцо с боковых сторон запорными шайбами. Это упрощает производство подшипника, повышает его технологичность.The outer working ring was made in the form of a connection of two equal parts, each of which was taken 7 mm high and installed with an interference fit in the outer support ring. Additionally, the outer working ring was fixed on the sides with locking washers. This simplifies the production of the bearing, increases its manufacturability.

Claims

Магнитный подшипник, содержащий наружное и внутреннее опорные кольца и жестко связанные с ними рабочие кольца, изготовленные из немагнитного материала, рабочие части рабочих колец выполнены в виде тел вращения, размещенных одно в полости другого с возможностью свободного вращения рабочих колец относительно друг друга, на поверхности рабочих частей рабочих колец выполнены покрытия из магнитного материала, при этом рабочие части ориентированы одно к другому одноименными полюсами, а наружное рабочее кольцо выполнено сборным, отличающийся тем, что внутреннее рабочее кольцо выполнено монолитным, а наружное рабочее кольцо выполнено из двух одинаковых половинок, поперечные сечения рабочих частей рабочих колец выполнены в виде эквидистантных эллипсов, большая ось которых расположена перпендикулярно действию максимальной внешней нагрузки на подшипник, свободные части рабочих колец образуют лабиринтное соединение, зазоры в котором установлены меньше зазоров между рабочими частями наружного и внутреннего рабочих колец.A magnetic bearing containing outer and inner support rings and rigidly connected working rings made of non-magnetic material, working parts of working rings are made in the form of bodies of revolution placed one in the cavity of the other with the possibility of free rotation of the working rings relative to each other, on the surface of the working parts of the working rings are made of a coating of magnetic material, while the working parts are oriented to one another by the same poles, and the outer working ring is made prefabricated, distinguishing I mean that the inner working ring is made in one piece and the outer working ring is made of two identical halves, the cross sections of the working parts of the working rings are made in the form of equidistant ellipses, the large axis of which is perpendicular to the maximum external load on the bearing, the free parts of the working rings form a labyrinth connection, the gaps in which there are fewer gaps between the working parts of the outer and inner working rings.