Стенд для испытания подшипников в вакууме

(51)4 С 01 М 13/04 РГРК ",е ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 0 СУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский институт нежити и газа им, И.М.Губкина(54) СТЕНД ДЛЯ ИСП 11 ТАНИЯ ПОДШИПНИКОВ В ВАКУУМЕ(57) Изобретение относится к облйсти машиностроения, в частности к стендам для испытания подшипников в вакууме, Цель изобретения - повышение производительности испытаний. Стенд содержит вакуумную камеру. Цилиндрический корпус 2 изготовлен иэ немагнитного материала. Ротор 3 из магнитомягкого материала установлен внутри на испытуемых подшипниках 4.Коаксиально корпусу 2 установлена электромагнитная катушка 5, а в зазоре между ней и корпусом размещен магннЯО 137596 топровод 6 с кольцевой вставкой 10из немагнитного материала, соединенный с приводом вращения 8 посредством зубчатой передачи 9, На элементах 11 и 12 магнитопровода 6 и на одном из концов ротора 3 выполнены продольные пазы, образующие выступы.Привращении магнитопровода 6 магнитныйпоток, создаваемый катушкой 5, замыкается через элементы 1, 12 и ротор3, За счет магнитного сцепления между выступами на одном конце ротора 3и магнитопроводе 6 ротор 3 увлекается во вращение. При этом момент сопротивления в подшипниках вызываетотносительное смещение выступов,чтообусловливает разную величину нормальной составляющей магнитной индукции потока между ротором 3 и элементами 1 и 2, вызывая некомпенсированную ЭДС в проводнике, размещенном в осевом направлении на корпусе2 вакуумной камеры. 4 з.п. ф-лы,Изобретение относится к машиностроению и касается стендов для испытания в вакууме подшипников.Целью изобретения является повыше 5 ,ние производительности испытаний путем исключения приостановлений вращения ротора для измерения момента сопротивления в подшипниках.На фиг.1 изображена схема предлагаемого стенда; на фиг,2 - схема расположения пазов на роторе и магнитопроводе в зоне их сцепления; на фиг.З - схема расположения пазов на магнитопроводе в зоне отсутствия сцепления его с ротором; на фиг.4 - развертка магнитопровода, ротора и цилиндрической оболочки корпуса вакуумной камеры; на фиг.5 - схема магнитного поля в зазоре между зубьями ро тора и магнитопровода при отсутствии трения в испытуемых подшипниках; на фиг.б - схема магнитного поля в зазоре между зубьями магнитопровода и периферией ротора; на фиг.7 - схема магнитного поля в зазоре между зубьями ротора и магнитопровода при наличии трения в испытуемых подшипниках; на фиг.8 - датчик с параллельным соединением проводников; на фиг.9 - дат чик с последовательным соединением проводников; на фиг10 - схема стенда с осевым и радиальным нагружением испытуемых подшипников.На основании 1 стенда установлена вакуумная камера 2, корпус которой выполнен в виде тонкостенного цилиндра, изготовленного из немагнитного материала, например стали Х 18 Н 10 Т. Камера подключена с помощью вакуум ной арматуры к посту для откачки воздуха из камеры 2 (не показан), Ротор 3, выполненный из магнитомягкого материала, например стали 10, установлен внутри корпуса камеры 2 на испытуемых подшипниках 4. Побудитель вращения ротора 3 содержит установленную на основании 1 электромагнитную катушку 5 с магнитопроводом 6, причемпоследний выполнен в виде втулки,рас положенной снаружи корпуса камеры 2 коаксиально ротору 3 в подшипниках 7. Электродвигатель 8 привода с помощью зубчатой передачи 9 кинематически связан с магнитопрбводом 6, Магнитопровод 6 имеет кольцевую вставку 10, изготовленную как и корпус камеры 2 из немагнитного материала. Вставка 10 жестко связывает между собой магнитопроводные кольцевые элементы 11 и 12, например они приварены к вставке 10. Ротор 3 и магнитопровод 6 снабжены пазами; По одну сторону от немагнитной вставки 10, например, в зоне коаксиального сопряжения магнитопроводного элемента 1 с ротором 3 они имеют пазы 13 и 14, которые обуславливают образование зубьев 15 и 16 соответственно (фиг.2). С противоположной стороны от вставки 1 О, в данном случае в зоне коаксиального сопряжения элемента 12 с ротором 3, пазы 13 или 14 продолжены только на сердечнике б или роторе 3. На фиг.З представлен вариант, в котором в зоне коаксиального оопряжения элемента 12 с ротором 3 пазы выполнены на магнитопроводе 6 и.они являются продолжением пазов 13, а зубья 17 - поодолжением зубьев 15.На внешней поверхности цилиндрической оболочки корпуса камеры 2 жестко установлен, например приклеен к ней, датчик 18 (фиг .4) . Датчик 18 выполнен в частности в виде одного электрически изолированного от корпуса камеры 2 проводника, Длина проводника и его расположение выбраны таковыми, что он пересекает по всей ширине зону коаксиального сопряжения сердечника 6 с ротором 3. Датчик подключен к измерительному устройству (не показано).Стенд работает следующим образом.После установки ротора 3 в испьг туемых подшипниках 4 внутри вакуумной камеры 2 из нее откачивается воздух. По достижению требуемого вакуума электромагнитную катушку 5 подключают к источнику постоянного тока, Создаваемый ею магнитный поток замыкается в магнитной цепи, образованной элементами 11 и 2 магнитопровода 6 и ротором 3. Ход замыкания магнитного потока представлен на фиг. пунктирной линией со стрелками. Не- магнитная вставка 10 сердечника б и немагнитная цилиндрическая оболочка камеры 2 не позволяют осуществиться замыканию иным путем. Магнитный поток в радиальном зазоре между магнитопроводным элементом 1 иротором 3 сосредоточен преимущественно на вершинах зубьев 15 и 16 (фиг.5), а в зазоре между элементом 12 и ротором 3 - на вершинах зубьев 7 (фиг.б), так как именно в этих местах радиальные зазоры минимальны. Магнитный поток в зазоре между вершинами зубьев 15 и 16 противоположен по направлению потоку в зазоре между зубьями 17 и периФерией ротора 3, При вращении магнитопровода 6, которое осуществляется зубчатой передачей 9 от электродвигателя 8, из-за сопротивления вращению ротора 3, которое обусловлено потерями на трение в испытуемых подшипниках 4, зубья 15 и 16 начинают смещаться один относительно другого. При этом магнитное поле в зазоре между вершинами зубьев 15 и 16 деФормируется. Нормальная к внешней поверхности корпуса вакуумной камеры 2 составляющая вектора магниткой индукции поля здесь уменьшается, но появляется касательная составляющая (Фиг.7), которая и определяет величину момента, передаваемого от магнитопровода 6 к ротору 3. После того, как указанный момент сравняется с моментом трения в испытуемых 25 подщипниках 4, а это происходит при вполне определенном смещении зубьев 15 и 16, сердечник 6 и ротор 3 двигаются совместно, В зоне взаимодействия зубьев 17 с периФерией ротора тоже происходит смещение взаимодействующих поверхностей, но деФормация магнитного поля в зазоре между выступами 17 и периФерией ротора 3 не наблюдается так как здесь нет зубьУ35 ев на роторе, а следовательно, магнитное поле по-прежнему отвечает схеме, приведенной на Фиг,6. Магнитное сцепление ротора 3 с зубьями 17 магнитопровода, обеспечивая замыка О ние магнитного потока, не создает крутящего момента на роторе 3.При совместном перемещении магнитопровода 6 и ротора 3 проводник датчика 18, оставаясь в силу его жест 45 кой связи с камерой 2 неподвижным, как бы перемещается со скоростью ч то в зазоре между вершинами зубьев, то между впадинами (Фиг.4). В про - воднике датчика 18 при этом индуцируется электродвижущая сила. Поскольку магнитный поток в радиальном зазоре между верщинами зубьев 15 и 16 направлен противоположно потоку в радиальном зазоре между вершинами ,зубьев 17 и периФерией ротора 3, то55 в соответствующих частях проводника датчика 18 (а именно, расположенных в зазоре между ротором 3 и элементом 1; в зазоре между ротором 3 и элементом 12) индуцируются ЭДС противоположного знака, В указанных частях проводника датчика 18 потекут токих и ., направленные противополож 1но друг другу. Индуцируемые ЭДС или токи 1. и 1 полностью компенсируют1 2друг другч, когда зубья 15 и 16 сердечника и ротора строго оппоэитны одни другим. При таком расположении зубьев магнитное поле в зазоре между ротором 3 и элементом 11 идентично полю в зазоре между ротором 3 и элементом 12. Однако оппозитное расположение зубьев 15 и 16 возможно лишь при отсутствии трения в испытуемых подщипниках. При наличии трения зубья 15 и 16 смещены, магнитные поля в зазорах ротор 3 - элемент 11 и ротор 3 - элемент 12 неидентичны, а следовательно, ни ЭЛС, ни токи и 1., нескомпенсированы. Чем больще потери на трение в испытуемых подшипниках, тем больше смещение зубьев 15 и 16, а следовательно, тем в большей степени нескомпенсированы ЭДС или токи. Измеряя напряжение или ток, вырабатываемый датчиком 18 при испытаниях, определяют величину смещения зубьев 5 и 16, т,е. момент трения в испытуемых подшипниках.Количество проводников в датчике может быть равным количеству зубьев 15, при этом проводники располагаются равномерно по периФерии корпуса камеры 2, т.е. с шагом (по углу), равным шагу зубьев, а соединяют их параллельно. При прочих равных условиях ток, вырабатываемый этим датчиком при испытаниях больше, чем ток от датчика с одним проводником. Конструктивно такой датчик может быть выполнен в виде бумажной ленты 9 с напыленным или наклеенным на нее проводниками 20 (Фиг,8).Датчик может содержать и большее количество проводников, но при этом их располагают с вдвое меньшим шагом, соединяют последовательно. В этом случае целесообразно толщину зубьев иметь несколько меньшую, чем ширина пазов 13 или 14. Этот датчик при прочих равных условиях вырабатывает при испытаниях большее напряжение, чем датчик с одним проводником. Кроме того, он позволяет осуществлять выводы проводника 21 с одной из его боковых сторон (Фиг.9), что существен 1375968но, если магнитопровод 6 не имеетсквозного внутреннего отверстия(Фиг.10).Проводник датчика может быть непосредственно уложен на корпусе ка 5меры 2 по винтовой линии с шагом,например, меньшим, чем ширина элемента 11 или 12 магнитопровода 6, Напряжение или ток, вырабатываемый этим 10датчиком, несет в себе информацию осмещениях всех зубьев 15 и 16 в любой промежуток времени, т.е. позволяет производить измерения трения виспытуемых подшипниках более дифференцированно,При необходимости испытания подшипников в условиях действия осевойвнешней нагрузки стенд снабжается дополнительными комплектами магнитопроводов и роторов. В каждом из этихкомплектов (пара магнитопровод-ротор)зубья на магнитопроводе 6 и роторе 3выполнены в виде однонаправленныхрезьб 22 (Фиг.10), Резьба может бытьоднозаходной или многозаходной. Осевое усилие создается здесь за счетосевой составляющей винтового магнитного сцепления магнитопровода сротором, 30Электромагнитную ка,тушку 5 привода вращения ротора целесообразно заключать между фланцами 23 и 24, выполненными из магнитомягкого материала и расположенными коаксиальноэлементам 11 и 12 (фиг.10). Это позволяет более полно использоватьэлектромагнитную энергию катушки. Врадиальный зазор между магнитопроводом 6 и Фланцами 23 и 24 вводят 40также ферромагнитную жидкость 25,чтов свою очередь уменьшает потери магнитного потока.Радиальная нагрузка на испытуемыеподшипники создается весом ротора 3,При выполнении ротора полым его весварьируется разновесами, устанавливаемыми в этой полости. Если разновесвыполнить в виде свободно установленного в полости ротора тела 26 враще 50ния, то при вращении ротора вследствие неравномерности качения этоготела создается динамическая радиальная нагрузка на испытуемые подшипники.Применение изобретения позволяетпроизводить измерения момента сопротивления подшипников при различныхскоростях вращения и видах нагружения беэ остановки вращения ротора и промежуточных разгерметизаций вакуумной камеры, что существенно повышает производительность испытаний.Формула изобретения1. Стенд для испытания подшипников в вакууме, содержащий привод, датчик сопротивления вращению, основание, установленный на нем корпус вакуумной камеры, выполненный в виде тонкостенной цилиндрической оболочки из немагнитного материала, ротор из магнитомягкого материала для установки испытуемых подшипников, размещенный внутри корпуса и соосно ему на испытуемых подшипниках, привод вращения ротора, выполненный в виде электромагнитной катушки, установленной коаксиально с зазором относительно корпуса камеры, и цилиндрического магнитопровода с кольцевой вставкой из немагнитного материала, размещенного в зазоре между катушкой и корпусом и соединенного с приводом, при этом на роторе и магнитопроводе, по одну сторону от кольцевой вставки, выполнены пазы, расположенные оппозитно друг другу, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности испытаний, по другую сторону от кольцевой вставки на роторе или магнитопроводе выполнены пазы, а датчик выполнен в виде по меньшей мере одного, жестко связанного с корпусом камеры и изолированнного от него проводника, пересекающего в осевом направлении зону сопряжения магнитопровода с ротором.2. Стенд по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше ния точности измерения момента сопротивления вращению, проводник датчика размещен по спирали, охватывающей корпус камеры.3. Стенд по п,1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что он снабжен фланцами из магнитомягкого материала, размещенными в торцах электромагнитной катушки коаксиально цилиндрическому магнитопроводу, а в радиальный зазор между Фланцами и магнитопроводами помещена ферромагнитная жидкость4. Стенд по п.1 о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью создания осевой нагрузки на испытуемыеподшипники, пазы на роторе и магнитопроводе выполнены в виде однонаправленных спиральных канавок.5. Стенд по и.), о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью созда 1375968 вния динамической радиальной нагрузки на испытуемые подшипники, он снабжен телом вращения, а ротор выполнен полым, при этом тело вращения помещено в полости ротора.375968 Составитель Т.ХРедактор В.Бугренкова Техред Л.Олийнык ов орректор С.Ше Заказ 78/ е ИИП 130 Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная Государс елам изо Москва,аж 847 Подписивенного комитета СССРретений и открытий