В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 23
Текст из файла (страница 23)
По сигналу «Он селекторный магнит не срабатывает и на бумагу наносится черная точка. Бумага на барабане вращается и одновременно переме!цается вдоль оси, что дает возможность наносить двумерный рисунок. Известна также конструкция печатающего аппарата, в котором каждая капля может отклоняться неоднородным магнитным полем в двух направлениях. В таком аппарате буквы формируются под действием двух пар магнитов-соленоидов. Магнитные чернила сложнее по составу, чем традиционные магнитные жидкости.
Например, для получения магнитных чернил в водные магнитные жидкости до- бавляют полиэтиленовый гликоль и глицерин, чтобы увеличить коллоидальную устойчивость и фильтруемость чернил. Одновременно эти добавки понижают скорость испарения чернил, уменьшая, таким образом, вероятность закупорки сопла. В табл. 3.2 проводятся основные характеристики магнитных чернил на водной основе, содержащих стабили!у у=и у=0 Рис. 3.15 зированные олеатом натрия частицы ГезО! (К.
Дж. Сам- буцетти (С. Л.'БатЬисе111), 1980). 3.2.5. Магнитожидкостные опоры и подшипники Известны гидростатические опоры и подшипники сколшкения, в которых используется зависимость давления в магнитной жидкости от напряженности поля. В обычных гидростатических опорах поддерживающая подвижный элемент сила создается за счет прокачивания смазочно~о материала через зазор между вкладышем и шипом. В гндростатических опорах на магшитных жидкостях поддерживающая сила определяется конфигурацией и величиной магнитного поля в зазоре и, конечно, магнитными свойствами жидкости.
Источник магнитного поля может располагаться как на вкладыше, так и на шипе. На рис. 3.15 изображена модель плоской опоры, у котороп конфигурация магнитного поля соответствует полю плотно составленных подковообразных магнитов. Распределение магнитного момента в области 1П описывается выражением М1х, у) =-= Мге «~~~~ (сознх! — з1плх!), где А=2л/Х,; )о — расстояние между чередующимися одноименными поляками.
Основные характеристики опоры определяются распределением поля на поверхности у=А, максимальная величина которого при отсутствии магнитной жидкости 125 равна Ма/2. Жесткость такой опоры, расположенной между двумя немагнитными стенками и взвешенной в магнитной жидкости, зависит от отношения Цб, где 6— толшина слоя жидкости при симметричном положении опоры в зазоре. Для достижения максимальной жесткости опоры значения Х/6 должны находиться в интервале 12<Х/6<60. Это неравенство легко реализовать на практике, так как размеры постоянных магнитов, как Рис.
3.16 правило, значительно превышают величину зазора. Жесткость опоры возрастает пропорционально М', поэтому следует применять магниты из высококоэрцитивных материалов (например, ЬтСоз). На рнс. 3.16 приведена конструкция плоской опоры, для которой были найдены оптимизированные параметры: ширина В'=6/2 отдельного плоского самарий-кобальтового магнита равна 1,6 мм, толщина Т=2,8 мм и смещение при полной нагрузке В=0,15 мм. Расчет проводился для 6=0,25 мм, нагрузки Р=5.10з Н/мэ, намагниченности насыщения жидкости М =64 кЛ/м.
Магнитожндкостные гидростатическпе подшипники выгодно отличаются от других типов подшипников (магнитных подшипников, в которых шнп намагничивается в поле управляющих электромагнитов, гидродинамических подшипников, в которых поддерживающая сила возникает при вращении шипа, и шариковых подшипников) незначительным моментом трения и низким уровнем шума при высоких скоростях вращения, длительным ресурсом работы, отсутствием трения между твердыми поверхностями и внешнего подвода энергии к узлу. 123 Таблица 3.8 Гндаостатнческие подшипники днтнткидносгные мона жидкостные Магнитная жидкость герметизирует абластгч ааполненную неяагнитной жидкостью Смазочная среда — магнитная жидкость Немагнитный вал— источник магнитного поля располагается в корпусе Источник магнитного поля ва валу — немагнитный корпус Гидаодинамическне подшипники днукткнкиостные моножндкостные Магнитная жидкость герметизврует область, заполненную немагнитной жидкостью Смазочная среда — магнитная жидкость Фирмой «Геггойпгбгсз Согрогайоп» разработан магнитожидкостный подшипник для замены механических шпинделей на ткацких станках, который содержит набор кольцевых самарий-кобальтовых магнитов 3 с полюснымн наконечниками 5 (рис.
3.17). Внешний корпус 1 диаметром 2 см изготовлен из алюминия. Радиальный зазор между внутренней и внешней обоймами подшипника, заполненный магнитном жидкостью 4, составляет прибли- Рис. 3.17 427 кительно 0,5 мм. Вплоть до 10.000 об/мнн такой шпиндель работает бесшумно. Кроме того, он характеризуется исключительно низким (практически, нулевым) начальным моментом трения. После остановки станка наблюдались периодические колебания шпинделя, связанные с незнаштельным разбалансом узла. В табл.
3.3 приведены сведения о подшипннковых узчах, содержащих магнитную жидкость. Рис 3.18 Из табл. 3.3 видно, что, кроме моножидкостиых гидро- статических (пассивных) подшипников, разработаны также конструкции двухжндкостных подшипников. Изобра2кеиный на рис. 3.17 шпиндельный узел содержит полость 2, заполненную воздухом под давлением, который компенсирует радиальные нагрузки, т. е. торцевой подшипник относится к двухжпдкостным. Простейшая конструкция двухжидкостного гидростатического подшипника приведена на рнс. 3.18. Рабочий зазор 4 заполняется газом под давлением, который удерживается кольцевым слоем магнитной жидкости 3. Магнитная жидкость расположена между полюсными наконечниками 1 и не- магнитной стенкой 5, где удерживается магнитным полем постоянного кольцевого магнита.
Неоднородность магнитного поля обусловлена конфигурацией полюсных наконечников, изготовленных из магнитомягкого материала. Под действием осевой нагрузки на подвижный элемент подшипника 2 давление в газовой полости возрастает, в результате образуется поддерживающая сила в подшипнике. Вязкость газа ниже вязкости магнитной 128 жидкости, поэтому момент трения в таком устройстве достаточно мал.
Рассмотренный подшипник работоспособен как в стояночном режиме, так и в период запуска узла. Отметим, что конструкция подшипника позволяет противодействовать усилию, разделяющему элементы подшипника: незначительная нагрузка компенсируется разрежением, возникающем в рабочем зазоре. При высоте зазора 6=1 мм смещение подвижной поверхности на 0,1 мм в условиях изо- ! термического сжатия или С,3 разрежения газа приводит к изменению давле- „~ ) г' '// с~и ния в зазоре на 9,8-10з Па, если начальное избы- з, и ' в и точное давление составляет 9,8 104 Па. чи К недостаткам этой з конструкции с.чедует отнести высокую чувствительность к незначитель- г ! ным утечкам газа из ра- ! бочего зазора и малое ! избыточное давление в ! рабочем зазоре, что свя- Ю вано с тангенциальным ! направлением магнитного поля в области герметизации.
Последний недостаток отсутствует в конструкции двухжидкостно- ',~ О ~ , /,, ! го гидростатического подшипника, предложенной Рис. 3.19 Д. Рабенхорстом (1972), В ней магнитная система образована двумя парами кольцевых постоянных магнитов 1 н 5, намагниченных в радиальном направлении, причем направление намагничивания подвижного элемента подшипникового узла противоположно направлению намагничивания неподвижного (рис. 3.19). Герметизнрующий слой магнитной жидкости 4 находится в нормальном магнитном поле, что позволяет увеличить избыточное давление газа в рабочих зазорах 3. Так как силы притяжения магнитов друг к другу зависят от расстояния между ними, то при отклонении оси ротора 2 от вертикального положения возможно заклппивание устройства.
До- 129 стоинство описанной конструкции состоит в том, что ротор центрируется под действием радиальной силы, которая возникает прн смещении относительно друг друга противоположных полюсов магнитов. При испытании одной из модификаций такой конструкции двухжидкостного подшипника в реальном устройстве получены хорошие результаты, В подшипнике смазочный материал должен постоянно находиться между трущимися поверхностями. В гидробЗ Рнс.
3.20 динамическом подшипнике с магнитным смазочным материалом существует возможность локализовать его в зоне трения неоднородным магнитным полем. Дж. Стайлз (Я. С. Я11ез) (1969) сконструировал гидродинамическпй двухжидкостный подшипник для поддержания ротора гироскопа (рнс. 3.20). Магнитная жидкость удерживается неоднорбдным магнитным полем в зазоре между валом! и корпусом 2 н герметнзирует газ, который под давлением заполняет спиральный паз 3.
При вращении ротора возникает поддерживающая сила, и ротор «всплывает». Эта же конструкция была использована Р. Шмидером (К. 97. Бспш)едег) (1972) при взвешивании крышки большого диаметра в технологической вакуумной камере с целью снижения механического момента, необходимого для ее поворота. Для улучшения технических характеристик как моножидкостных, так и двухжидкостных подшипников необходимо увеличивать намагниченность смазочной среды (т. е. концентрацию твердой фазы) и магнитное поле.
По 130 оценкам Р. Е. Розенцвейга (1978), применение многоступенчатых герметизаторов в двухжидкостных подшипниках позволит увеличить действующую удельную нагрузку до 8,3 10' Па. Однако пока еще характеристики существующих устройств далеки от этих оценок. Так, упоминавшийся шпиндельный узел выдерживает радиальную нагрузку всего 0,01 1О' Па, а допустимая осевая нагрузка не превышает 0,28. 1Оз Па.
Остается добавить, что магнитные смазочные материалы, содержащие коллондные частицы магнетита и поверхностно-активное вещество, предпочтительнее обычных даже в традиционных подшипниках. Притяжение магнитных частиц к трущимся стальным поверхностям увеличивает вязкость смазочного слоя, а поверхностно- активное вещество покрывает твердую поверхность гидрофобной пленкой. Исследования Д. В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
