ตลับลูกปืนแม่เหล็ก ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอคทีฟ

หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการใช้แรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าซึ่งวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าสามารถเป็นของแข็งหรือของเหลวได้ ในกรณีหลังเรียกว่าตัวรองรับ

ประเภทสื่อกระแสไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิก สารแขวนลอยที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสารแขวนลอยกระแสตรงและ .ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของกระแส กระแสสลับ(สนามแม่เหล็กและกระแสต้องอยู่ในเฟส)

สารแขวนลอยนำไฟฟ้าที่แสดงในรูปที่ 1.2.5 มี การออกแบบที่เรียบง่ายและในขณะเดียวกันก็มีกำลังการบรรทุกสูง

รูปที่ 1.2.5 - สารแขวนลอยนำไฟฟ้า

ข้อเสียที่สำคัญที่จำกัดการใช้สารแขวนลอยที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าคือความจำเป็นในการกระตุ้นกระแสโดยตรงบนตัวแขวนลอย ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มน้ำหนักของตัวเองอย่างมีนัยสำคัญและประสิทธิภาพของระบบกันกระเทือนลดลง ความต้องการแหล่งกระแสขนาดใหญ่ยังสามารถนำมาประกอบกับข้อเสีย

อุทิศให้กับเสานำไฟฟ้า . จำนวนเล็กน้อยใช้งานได้ แต่ยังไม่พบการใช้งานที่กว้างขวาง บน ช่วงเวลานี้สารแขวนลอยนำไฟฟ้าใช้ในโลหะวิทยา (สำหรับการหลอมโลหะบริสุทธิ์) การขนส่ง

สารแขวนลอยแม่เหล็กแบบแอคทีฟ

ระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็ก? มันจัดการได้ อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งถือส่วนที่หมุนของเครื่อง (โรเตอร์) ในตำแหน่งที่กำหนดซึ่งสัมพันธ์กับส่วนที่อยู่กับที่ (สเตเตอร์)

ระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กแบบแอคทีฟต้องการหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ป้อนกลับแบบพิเศษจากภายนอก

เพื่ออธิบายหลักการทำงานของสารแขวนลอยแม่เหล็กแบบแอคทีฟ ให้พิจารณารูปที่ 1.2.6 ซึ่งแสดงให้เห็นที่ง่ายที่สุด แบบแผนโครงสร้างระงับ ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ที่วัดการกระจัดของวัตถุแขวนลอยที่สัมพันธ์กับตำแหน่งสมดุล, ตัวควบคุมที่ประมวลผลสัญญาณการวัด, เพาเวอร์แอมป์ที่ขับเคลื่อนโดย แหล่งภายนอกซึ่งแปลงสัญญาณนี้เป็นกระแสควบคุมในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า สัญญาณนี้ทำให้เกิดแรงที่ยึดและกลับร่างเฟอร์โรแมกเนติกสู่สภาวะสมดุล

ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของวงจรแอ็คทีฟคือความสามารถในการบรรลุการควบคุมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นของสนามการชั่งน้ำหนัก ดังนั้นจึงปรับปรุงคุณลักษณะด้านกำลังไฟฟ้า ระบบกันสะเทือนแบบแอคทีฟมีความจุสูง ความแข็งแรงทางกล, ความฝืดและหน่วงที่หลากหลาย, ไม่มีเสียงและการสั่นสะเทือน, ไม่ผ่านมลภาวะ, ไม่สึก, ไม่ต้องใช้สารหล่อลื่น ฯลฯ เสถียรภาพของระบบกันสะเทือน ตลอดจนความฝืดและหน่วงที่จำเป็น ทำได้โดยการเลือกกฎหมายควบคุม ข้อเสียของระบบกันสะเทือนแบบแอกทีฟแม่เหล็ก ได้แก่ ค่าใช้จ่ายสูง, การใช้พลังงานจากแหล่งภายนอก, ความซับซ้อนของชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ

รูปที่ 1.2.6 - การระงับแม่เหล็กแบบแอคทีฟ

ประเด็นสำคัญของการใช้ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอกทีฟคือเทคโนโลยีอวกาศ (ปั๊มสุญญากาศโมเลกุลเทอร์โบ) อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์ใน อุตสาหกรรมอาหาร, การขนส่งภาคพื้นดินความเร็วสูง เป็นต้น

ด้านล่างเราพิจารณาการออกแบบระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กของ Nikolaev ซึ่งอ้างว่าเป็นไปได้ที่จะทำให้แม่เหล็กถาวรลอยได้โดยไม่ต้องหยุด แสดงประสบการณ์การตรวจสอบการทำงานของโครงการนี้

แม่เหล็กนีโอไดเมียมขายในร้านค้าจีนแห่งนี้

การลอยด้วยแม่เหล็กโดยไม่มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน - แฟนตาซีหรือความเป็นจริง? เป็นไปได้ไหมที่จะทำให้ง่ายที่สุด แบริ่งแม่เหล็ก? และนิโคเลฟแสดงอะไรในช่วงต้นยุค 90? ลองดูคำถามเหล่านี้ ใครก็ตามที่เคยถือแม่เหล็กไว้ในมือต้องสงสัย: “ทำไมคุณไม่สามารถเอาแม่เหล็กตัวหนึ่งลอยอยู่เหนืออีกอันได้โดยไม่ได้รับการสนับสนุนจากภายนอก? มีลักษณะเฉพาะ เช่น สนามแม่เหล็กคงที่ พวกมันจะถูกขับไล่ด้วยขั้วที่มีชื่อเดียวกันโดยไม่มีการใช้พลังงานอย่างเด็ดขาด นี่เป็นพื้นฐานที่ยอดเยี่ยมสำหรับความคิดสร้างสรรค์ทางเทคนิค! แต่ไม่ใช่ทุกอย่างจะง่ายนัก

ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Earnshaw ได้พิสูจน์ว่าการใช้แม่เหล็กถาวรเพียงอย่างเดียว เป็นไปไม่ได้ที่จะจับวัตถุที่ลอยอยู่ในสนามแรงโน้มถ่วงได้อย่างมั่นคง การลอยตัวบางส่วนหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ การลอยตัวแบบหลอก ทำได้ด้วยการรองรับทางกลเท่านั้น

วิธีทำแม่เหล็กแขวนลอย?

ระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กที่ง่ายที่สุดสามารถทำได้ภายในไม่กี่นาที คุณจะต้องใช้แม่เหล็ก 4 ตัวที่ฐานเพื่อสร้างฐานรองรับ และแม่เหล็กคู่หนึ่งที่ติดอยู่กับวัตถุที่ลอยได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ได้ เช่น ปากกาสักหลาด ดังนั้นเราจึงได้โครงสร้างแบบลอยตัวซึ่งมีความสมดุลไม่คงที่ทั้งสองด้านของแกนปากกาสักหลาด การหยุดทางกลตามปกติจะช่วยรักษาเสถียรภาพของตำแหน่ง

ระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กที่ง่ายที่สุดพร้อมการเน้น

การออกแบบนี้สามารถกำหนดค่าได้ในลักษณะที่น้ำหนักหลักของวัตถุที่ลอยอยู่บนแม่เหล็กรองรับ และแรงผลักด้านข้างมีขนาดเล็กมากจนแรงเสียดทานทางกลที่นั่นแทบไม่มีเลย

ตอนนี้มันสมเหตุสมผลแล้วที่จะลองเปลี่ยนตัวหยุดทางกลด้วยตัวหยุดแม่เหล็ก เพื่อให้ได้การลอยตัวของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ แต่น่าเสียดายที่ไม่สามารถทำได้ บางทีประเด็นคือการออกแบบดั้งเดิม

การออกแบบทางเลือก

พิจารณาเพิ่มเติม ระบบที่เชื่อถือได้การระงับดังกล่าว แม่เหล็กวงแหวนถูกใช้เป็นสเตเตอร์ซึ่งแกนหมุนของแบริ่งจะผ่าน ปรากฎว่า ณ จุดหนึ่ง แม่เหล็กวงแหวนมีคุณสมบัติในการรักษาเสถียรภาพของแม่เหล็กอื่นๆ ตามแกนของการทำให้เป็นแม่เหล็ก และที่เหลือเราก็มีเหมือนกัน ไม่มีสมดุลที่เสถียรตามแกนของการหมุน สิ่งนี้จะต้องถูกกำจัดด้วยการหยุดที่ปรับได้

พิจารณาการออกแบบที่เข้มงวดมากขึ้น

บางทีที่นี่อาจเป็นไปได้ที่จะทำให้แกนมีเสถียรภาพด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็กถาวร แต่แม้แต่ที่นี่ก็ยังไม่สามารถรักษาเสถียรภาพได้ อาจจำเป็นต้องวางแม่เหล็กแรงขับทั้งสองด้านของแกนหมุนของตลับลูกปืน วิดีโอที่มีตลับลูกปืนแม่เหล็กของ Nikolaev ได้รับการกล่าวถึงบนอินเทอร์เน็ตมานานแล้ว คุณภาพของภาพไม่อนุญาตให้มีมุมมองที่ละเอียดของการออกแบบนี้ และดูเหมือนว่าเขาสามารถลอยตัวได้อย่างมั่นคงโดยใช้แม่เหล็กถาวรเท่านั้น ในกรณีนี้ ไดอะแกรมอุปกรณ์จะเหมือนกับที่แสดงด้านบน เพิ่มเฉพาะจุดแม่เหล็กที่สองเท่านั้น

ตรวจสอบการออกแบบของ Gennady Nikolaev

อันดับแรก ดูวิดีโอแบบเต็มซึ่งแสดงการระงับแม่เหล็กของ Nikolaev วิดีโอนี้ทำให้ผู้ที่ชื่นชอบในรัสเซียและต่างประเทศหลายร้อยคนพยายามออกแบบที่สามารถสร้างการลอยตัวได้โดยไม่หยุด แต่น่าเสียดายที่การออกแบบในปัจจุบันของระบบกันกระเทือนดังกล่าวยังไม่ถูกสร้างขึ้นในปัจจุบัน สิ่งนี้ทำให้ใครคนหนึ่งสงสัยในโมเดลของ Nikolaev

สำหรับการตรวจสอบ ได้ทำการออกแบบเหมือนกันทุกประการ นอกจากส่วนประกอบเพิ่มเติมทั้งหมดแล้ว ยังมีแม่เหล็กเฟอร์ไรท์แบบเดียวกับของ Nikolaev อีกด้วย พวกมันอ่อนแอกว่านีโอไดเมียมและไม่ผลักออกด้วยแรงมหาศาลเช่นนี้ แต่การตรวจสอบในชุดการทดลองทำให้เกิดความผิดหวังเท่านั้น น่าเสียดายที่โครงการนี้ไม่เสถียร

บทสรุป.

ปัญหาคือแม่เหล็กแบบวงแหวนไม่ว่าจะมีกำลังแรงแค่ไหน ก็ไม่สามารถรักษาแกนแบริ่งให้สมดุลกับแรงจากแม่เหล็กแรงขับด้านข้างซึ่งจำเป็นสำหรับการรักษาเสถียรภาพด้านข้าง เพลาจะเลื่อนไปด้านข้างเมื่อเคลื่อนที่เพียงเล็กน้อย กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงที่แม่เหล็กวงแหวนทำให้แกนในตัวเองเสถียรจะน้อยกว่าแรงที่จำเป็นในการทำให้แกนมั่นคงด้านข้างเสมอ

Nikolaev แสดงอะไร? ถ้าดูคลิปนี้ละเอียดขึ้นก็สงสัยว่าเมื่อไร ชั้นเลววิดีโอไม่เห็นเข็มหยุด เป็นโอกาสที่ Nikolaev ไม่ได้พยายามแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่น่าสนใจที่สุด? ความเป็นไปได้ของการลอยตัวแบบสัมบูรณ์บนแม่เหล็กถาวรไม่ได้ถูกปฏิเสธ กฎการอนุรักษ์พลังงานไม่ได้ละเมิดที่นี่ เป็นไปได้ว่ารูปร่างของแม่เหล็กยังไม่ถูกสร้างขึ้นซึ่งจะช่วยสร้างศักยภาพที่จำเป็น จับแม่เหล็กอื่น ๆ ไว้ในสมดุลที่มั่นคงได้อย่างน่าเชื่อถือ

ต่อไปเป็นแผนภาพของการระงับแม่เหล็ก

การวาดภาพการระงับแม่เหล็กบนแม่เหล็กถาวร

แบริ่งแม่เหล็กเช่นเดียวกับกลไกที่เหลือของกลุ่มแบริ่งทำหน้าที่เป็นตัวรองรับเพลาหมุนแต่ต่างจากตลับลูกปืนทั่วไปและแบบหมุนทั่วไป การเชื่อมต่อกับเพลานั้นไม่มีการสัมผัสทางกลไก กล่าวคือ ใช้หลักการลอยตัว

การจำแนกประเภทและหลักการทำงาน

ด้วยการใช้หลักการลอยตัว เพลาหมุนจะพุ่งทะยานในสนามแม่เหล็กอันทรงพลังอย่างแท้จริง เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของเพลาและประสานการทำงานของการติดตั้งแม่เหล็กช่วยให้ ระบบที่ซับซ้อนเซ็นเซอร์ซึ่งตรวจสอบสถานะของระบบอย่างต่อเนื่องและให้สัญญาณควบคุมที่จำเป็นเปลี่ยนแรงดึงดูดจากด้านใดด้านหนึ่ง

แบริ่งแม่เหล็กแบ่งออกเป็นสอง กลุ่มใหญ่- แอคทีฟและพาสซีฟ รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ของตลับลูกปืนแต่ละประเภทด้านล่าง

1. ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอคทีฟ

พวกเขาจะเรียกว่าสารแขวนลอยแม่เหล็กที่ใช้งานอยู่ ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น ประกอบด้วยสองส่วน - แบริ่งเองและ ระบบอิเล็กทรอนิกส์การควบคุมสนามแม่เหล็ก

1, 3 - คอยล์ไฟ; 2 - เพลา แยกแยะระหว่างกลไกแนวรัศมีและแรงขับ (ตามประเภทของภาระที่รับรู้) แต่หลักการทำงานเหมือนกัน ใช้โรเตอร์พิเศษ (เพลาปกติจะไม่ทำงาน) ดัดแปลงด้วยบล็อกแม่เหล็ก โรเตอร์นี้ "แขวน" ในสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่บนสเตเตอร์ นั่นคือ รอบเพลา 360 องศา ทำให้เกิดวงแหวน

ช่องว่างอากาศเกิดขึ้นระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ ซึ่งช่วยให้ชิ้นส่วนหมุนได้โดยมีแรงเสียดทานน้อยที่สุด

กลไกที่แสดงภาพถูกควบคุมโดยระบบอิเล็กทรอนิกส์พิเศษซึ่งใช้เซ็นเซอร์ตรวจสอบตำแหน่งของโรเตอร์ที่สัมพันธ์กับคอยล์อย่างต่อเนื่องและให้กระแสควบคุมไปยังคอยล์ที่เกี่ยวข้องในเวลาที่น้อยที่สุด ซึ่งช่วยให้โรเตอร์อยู่ในตำแหน่งเดียวกันได้

การคำนวณระบบดังกล่าวสามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมได้ในเอกสารแนบ

1. ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบพาสซีฟ

สารแขวนลอยแม่เหล็กแบบแอคทีฟมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม ในขณะที่ระบบพาสซีฟยังอยู่ระหว่างการพัฒนาและทดสอบ ตามชื่อที่แนะนำ ความแตกต่างที่สำคัญคือการขาดองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่นั่นคือใช้แม่เหล็กถาวร แต่ระบบของแม่เหล็กถาวรหลายตัวนั้นไม่เสถียรมาก ดังนั้น การใช้งานจริงระบบดังกล่าวยังคงเป็นที่น่าสงสัย แผนภาพด้านล่างแสดงหลักการทำงานของระบบกันสะเทือนทางกลแบบพาสซีฟอย่างมีเงื่อนไข

มีการติดตั้งโรเตอร์ แม่เหล็กถาวรเช่นเดียวกับสเตเตอร์ที่อยู่ในวงแหวนรอบโรเตอร์ เสาที่มีชื่อเดียวกันตั้งอยู่เคียงข้างกันในแนวรัศมี ซึ่งสร้างผลกระทบจากการลอยตัวของเพลา ระบบดังกล่าวสามารถประกอบได้ด้วยมือ

ข้อดี

แน่นอน ข้อได้เปรียบหลักคือการไม่มีปฏิสัมพันธ์ทางกลระหว่างโรเตอร์หมุนและสเตเตอร์ (วงแหวน)

จากนี้ไปตลับลูกปืนดังกล่าวมีความทนทานมากนั่นคือมีความต้านทานการสึกหรอเพิ่มขึ้น นอกจากนี้การออกแบบกลไกยังช่วยให้สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว - อุณหภูมิสูง / ต่ำ, ก้าวร้าว สิ่งแวดล้อมอากาศ. ดังนั้น MFs จึงถูกใช้ในอุตสาหกรรมอวกาศมากขึ้น

ข้อบกพร่อง

ขออภัย ระบบมี ปริมาณมากข้อบกพร่อง ซึ่งรวมถึง:

• ความยากลำบากในการควบคุมสารแขวนลอยที่ใช้งานอยู่ จำเป็นต้องมีระบบควบคุมกิมบอลอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนและมีราคาแพง การใช้งานสามารถพิสูจน์ได้เฉพาะในอุตสาหกรรมที่ "แพง" - อวกาศและการทหาร
• ความจำเป็นในการใช้ตลับลูกปืนนิรภัย ไฟฟ้าดับกะทันหันหรือความล้มเหลวของขดลวดแม่เหล็กสามารถนำไปสู่ผลร้ายแรงสำหรับระบบกลไกทั้งหมด ดังนั้นสำหรับการประกันภัยร่วมกับตลับลูกปืนแม่เหล็กจึงใช้ตลับลูกปืนเชิงกล ในกรณีที่อุปกรณ์หลักล้มเหลวพวกเขาจะสามารถรับภาระและหลีกเลี่ยงความเสียหายร้ายแรง
• เครื่องทำความร้อนขดลวดขดลวด เนื่องจากกระแสที่ไหลผ่านทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ขดลวดจึงร้อนขึ้น ซึ่งมักเป็นปัจจัยที่ไม่เอื้ออำนวย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้หน่วยทำความเย็นแบบพิเศษ ซึ่งจะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการใช้ gimbal ต่อไป

พื้นที่ใช้งาน

ความสามารถในการทำงานที่อุณหภูมิใดๆ ในสุญญากาศ และขาดการหล่อลื่น ทำให้สามารถใช้ไม้แขวนเสื้อในอุตสาหกรรมอวกาศ เครื่องจักรอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมันได้ พวกเขายังพบการประยุกต์ใช้ในเครื่องหมุนเหวี่ยงแก๊สสำหรับการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม โรงไฟฟ้าหลายแห่งยังใช้แม็กเลฟในชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกด้วย

ด้านล่างนี้คือบางส่วน วิดีโอที่น่าสนใจในหัวข้อนี้

หลังจากชมวิดีโอของเพื่อนแต่ละคนเช่น

ฉันตัดสินใจและฉันจะถูกบันทึกไว้ในกระทู้นี้ ในความคิดของฉัน วิดีโอนี้ค่อนข้างไม่รู้หนังสือ จึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะส่งเสียงจากแผงขายของ

เมื่อพิจารณาแผนการหลายอย่างในหัวของฉันโดยดูหลักการของการระงับในส่วนกลางในวิดีโอของ Beletsky ทำความเข้าใจว่าของเล่น "levitrnon" ทำงานอย่างไรฉันจึงมาในรูปแบบที่เรียบง่าย เป็นที่ชัดเจนว่าควรมีเดือยรองรับสองอันบนแกนเดียวกัน สไปค์นั้นทำมาจากเหล็กและวงแหวนจะยึดเข้ากับแกนอย่างแน่นหนา แทนที่จะเป็นวงแหวนทึบ มันค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะวางแม่เหล็กที่มีขนาดไม่ใหญ่มากในรูปของปริซึมหรือทรงกระบอกที่จัดเรียงเป็นวงกลม หลักการเหมือนกับในของเล่น "Livitron" ที่รู้จักกันดี แทนที่จะใช้โมเมนต์ geroscopic ซึ่งป้องกันไม่ให้ยอดพลิกคว่ำ เราใช้ "สเปรด" ระหว่างอัฒจันทร์ที่ยึดไว้อย่างแน่นหนาบนแกน

ด้านล่างเป็นวิดีโอที่มีของเล่น "Livitron"

และนี่คือโครงการที่ฉันเสนอ อันที่จริงนี่คือของเล่นในวิดีโอด้านบน แต่อย่างที่ฉันพูด มันต้องการบางอย่างที่จะไม่ยอมให้แนวรับพุ่งสูงขึ้น วิดีโอด้านบนใช้แรงบิดไจโร ฉันใช้จานรองแก้วสองตัวและตัวเว้นวรรคระหว่างพวกมัน

ลองปรับการทำงานของการออกแบบนี้ตามที่ฉันเห็น:

แม่เหล็กขับไล่ ความอ่อนแอ- คุณต้องทำให้เดือยแหลมเหล่านี้เสถียรตามแกน ฉันใช้ความคิดนี้: แม่เหล็กพยายามผลักเข็มเข้าไปในพื้นที่ที่มีความแรงของสนามต่ำสุดเพราะ สไปค์มีการสะกดจิตตรงข้ามกับวงแหวนและตัวแม่เหล็กเองก็เป็นวงแหวนซึ่งในพื้นที่ขนาดใหญ่เพียงพอตามแกน ความเข้มจะน้อยกว่าที่ขอบ เหล่านั้น. การกระจายแรงตึง สนามแม่เหล็กมันมีรูปร่างคล้ายแก้ว - แรงตึงสูงสุดในผนังและต่ำสุดบนแกน

สไปค์ควรเสถียรตามแกนในขณะที่ถูกผลักออกจากแม่เหล็กวงแหวนไปยังพื้นที่ที่มีความแรงของสนามต่ำสุด เหล่านั้น. หากมีเดือยแหลมสองอันบนแกนเดียวกันและแม่เหล็กวงแหวนได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนา แกนควร "แขวน"

ปรากฎว่าอยู่ในโซนที่มีความแรงของสนามที่ต่ำกว่าซึ่งเป็นที่นิยมอย่างกระฉับกระเฉงที่สุด

หลังจากค้นดูในอินเทอร์เน็ต ฉันพบการออกแบบที่คล้ายกัน:

นอกจากนี้ยังมีการสร้างโซนที่มีความตึงเครียดน้อยกว่าและยังตั้งอยู่ตามแกนระหว่างแม่เหล็กและใช้มุมด้วย โดยทั่วไป อุดมการณ์จะคล้ายกันมาก แต่ถ้าเราพูดถึงตลับลูกปืนขนาดกะทัดรัด ตัวเลือกด้านบนจะดูดีกว่า แต่ต้องใช้แม่เหล็กที่มีรูปร่างพิเศษ เหล่านั้น. ความแตกต่างระหว่างแบบแผนคือฉันขับส่วนรองรับเข้าไปในโซนที่มีความตึงเครียดน้อยกว่าและในรูปแบบด้านบนการก่อตัวของโซนดังกล่าวทำให้มั่นใจได้ถึงตำแหน่งบนแกน
เพื่อความชัดเจนในการเปรียบเทียบ ฉันวาดไดอะแกรมใหม่:

พวกมันเป็นภาพสะท้อน โดยทั่วไปแล้ว แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ - พวกเขาทั้งหมดหมุนไปในสิ่งเดียวกัน ฉันยังสงสัยว่าผู้เขียนวิดีโอด้านบนไม่ได้มองหาวิธีแก้ปัญหาที่เสนอ

นี่เป็นเกือบหนึ่งต่อหนึ่งหากกรวยหยุดไม่แข็ง แต่ประกอบ - วงจรแม่เหล็ก + แม่เหล็กรูปวงแหวน วงจรของฉันจะเปิดออก ฉันยังจะบอกว่าแนวคิดที่ไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเริ่มต้นคือภาพด้านล่าง เฉพาะภาพด้านบนเท่านั้นที่ใช้งานได้สำหรับ "แรงดึงดูด" ของโรเตอร์ และเดิมฉันวางแผนที่จะ "ขับไล่"


สำหรับผู้ที่มีพรสวรรค์เป็นพิเศษ ฉันต้องการทราบว่าการระงับนี้ไม่ละเมิดทฤษฎีบทของ Earnshaw (ข้อห้าม) ความจริงก็คือเราไม่ได้พูดถึงที่นี่เกี่ยวกับการระงับแม่เหล็กอย่างหมดจดโดยไม่ต้องตรึงจุดศูนย์กลางบนแกนอย่างเข้มงวดเช่น แกนหนึ่งได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนาไม่มีอะไรจะทำงาน เหล่านั้น. มันเกี่ยวกับการเลือกจุดศูนย์กลางและไม่มีอะไรมากไปกว่านี้

อันที่จริง หากคุณดูวิดีโอของ Beletsky คุณจะเห็นว่ามีการใช้การกำหนดค่าฟิลด์เดียวกันโดยประมาณทุกที่ สิ่งเดียวที่ขาดหายไปคือ สัมผัสสุดท้าย. วงจรแม่เหล็กรูปกรวยกระจาย "แรงผลัก" ตามสองแกน แต่ Earnshaw สั่งให้แกนที่สามได้รับการแก้ไขต่างกัน ฉันไม่ได้โต้แย้งและแก้ไขกลไกอย่างเข้มงวด ทำไม Beletsky ไม่ลองใช้ตัวเลือกนี้ฉันไม่รู้ อันที่จริงเขาต้องการ "ลิวิตรอน" สองตัว - แก้ไขขาตั้งบนแกนและเชื่อมต่อเข้ากับยอดด้วยท่อทองแดง

คุณยังสามารถสังเกตได้ว่าคุณสามารถใช้ทิปจากไดอะแมกเน็ตที่แรงเพียงพอแทนแม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้ามกับวงแหวนค้ำยันแม่เหล็ก เหล่านั้น. เปลี่ยนชุดวงจรแม่เหล็กแม่เหล็ก + ทรงกรวยด้วยกรวยไดอะแมกเนติก การตรึงบนแกนจะเชื่อถือได้มากกว่า แต่ไดอะแมกเน็ตไม่แตกต่างกันในการโต้ตอบที่รุนแรงและความเข้มของสนามสูงและจำเป็นต้องมี "ปริมาตร" ขนาดใหญ่ของฟิลด์นี้เพื่อนำไปใช้อย่างน้อยอย่างใด เนื่องจากสนามมีความสม่ำเสมอในแนวแกนเมื่อเทียบกับแกนของการหมุน จึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กระหว่างการหมุน กล่าวคือ แบริ่งดังกล่าวไม่สร้างความต้านทานต่อการหมุน

ตามหลักเหตุผล หลักการดังกล่าวควรนำไปใช้กับสารแขวนลอยในพลาสมา - "ขวดแม่เหล็ก" ที่ปะติดปะต่อไว้ (คอร์กตรอน) เราจะรอดูอะไร

ทำไมฉันถึงมั่นใจในผลลัพธ์? เพราะมันเป็นไปไม่ได้ แต่มีอยู่จริง :) สิ่งเดียวที่อาจต้องทำเป็นวงจรแม่เหล็กในรูปกรวยและถ้วยสำหรับการกำหนดค่าสนาม "แข็ง" มากขึ้น
คุณยังสามารถค้นหาวิดีโอที่มีการระงับที่คล้ายกันได้:

ที่นี่ผู้เขียนไม่ได้ใช้วงจรแม่เหล็กใด ๆ และใช้การเน้นที่เข็มตามความจำเป็นโดยทั่วไปเพื่อทำความเข้าใจทฤษฎีบทของเอิร์นชอว์ แต่ท้ายที่สุดแล้ว วงแหวนต่างๆ ก็ได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนาบนแกนแล้ว ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถกระจายแกนระหว่างวงแหวนได้ ซึ่งทำได้อย่างง่ายดายโดยใช้แกนแม่เหล็กรูปกรวยบนแม่เหล็กบนแกน เหล่านั้น. จนกว่า "ก้น" ของ "แก้วแม่เหล็ก" จะถูกเจาะ การผลักวงจรแม่เหล็กเข้าไปในวงแหวนยิ่งยากขึ้นเรื่อยๆ การซึมผ่านของแม่เหล็กของอากาศน้อยกว่าวงจรแม่เหล็ก - ลดลง ช่องว่างอากาศจะเพิ่มความแรงของสนาม เหล่านั้น. กลไกหนึ่งแกนได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนา - จากนั้นไม่จำเป็นต้องใช้การรองรับบนเข็ม เหล่านั้น. เห็นภาพแรกสุด

ป.ล.
นี่คือสิ่งที่ฉันพบ จากซีรีส์หัวไม่ดีไม่ยอมกลับใจ - ผู้เขียนยังคงเป็น Biletsky - แม่อย่าร้องไห้ที่นั่น - การกำหนดค่าของสนามค่อนข้างซับซ้อนยิ่งกว่านั้นแกนหมุนไม่สม่ำเสมอเช่น ระหว่างการหมุนจะมีการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในแกนโดยที่ยื่นออกมาทั้งหมด ... ให้ความสนใจกับลูกบอลในแม่เหล็กวงแหวนในทางกลับกันทรงกระบอกในแม่เหล็กวงแหวน เหล่านั้น. ผู้ชายทำผิดหลักการระงับที่อธิบายไว้ที่นี่อย่างโง่เขลา

ดีหรือบัดกรีช่วงล่างในภาพถ่ายเช่น พริกในภาพใช้ประคองที่เข็ม และเขาแขวนลูกบอลไว้แทนเข็ม - โอ้ ไชตัน - มันได้ผล - ใครจะไปคิด (ฉันจำได้ว่าพวกเขาพิสูจน์ให้ฉันเห็นว่าฉันไม่เข้าใจทฤษฎีบทของเอิร์นชอว์อย่างถูกต้อง) แต่เห็นได้ชัดว่ามันไม่บ้าที่จะแขวนลูกบอลสองลูกและใช้แหวนเพียงสองวงก็พอ เหล่านั้น. จำนวนของแม่เหล็กในอุปกรณ์ในวิดีโอสามารถลดลงเหลือ 4 อย่างง่ายดาย และอาจมากถึง 3 เช่น การกำหนดค่าที่มีรูปทรงกระบอกในวงแหวนหนึ่งและอีกอันหนึ่งถือได้ว่าได้รับการพิสูจน์จากการทดลองว่าใช้งานได้ ดูรูปวาดของแนวคิดดั้งเดิม ที่นั่นฉันใช้จุดหยุดสมมาตรสองจุดและทรงกระบอก + กรวย แม้ว่าฉันคิดว่ากรวยที่เป็นส่วนหนึ่งของทรงกลมตั้งแต่เสาถึงเส้นผ่านศูนย์กลางทำงานเหมือนกัน

ดังนั้นการเน้นจึงมีลักษณะเช่นนี้ - นี่คือวงจรแม่เหล็ก (เช่น เหล็ก นิกเกิล ฯลฯ) มันเป็นเพียง

วางแหวนแม่เหล็ก ส่วนกลับเหมือนกัน แต่ในทางกลับกัน :) และหยุดสองจุดในแรงขับ - สหาย Earnshaw ห้ามไม่ให้ทำงานในที่เดียว

คำนำ

องค์ประกอบหลักของเครื่องจักรจำนวนมากคือโรเตอร์ที่หมุนอยู่ในตลับลูกปืน การเติบโตของความเร็วการหมุนและความจุของเครื่องโรตารี่ที่มีแนวโน้มลดลงพร้อมกันในการลดมวลและพารามิเตอร์โดยรวม ทำให้เกิดปัญหาในการเพิ่มความทนทานของชุดแบริ่งเป็นสำคัญ นอกจากนี้ในหลายพื้นที่ เทคโนโลยีที่ทันสมัยต้องใช้ตลับลูกปืนที่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือใน สภาวะสุดขั้ว: ในสุญญากาศ ที่สูง และ อุณหภูมิต่ำ, เทคโนโลยีบริสุทธิ์พิเศษ, ในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว ฯลฯ การสร้างตลับลูกปืนดังกล่าวเป็นปัญหาทางเทคนิคที่เร่งด่วนเช่นกัน
การแก้ปัญหาเหล่านี้สามารถทำได้โดยการปรับปรุงตลับลูกปืนแบบกลิ้งและแบบธรรมดา และการสร้างตลับลูกปืนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมที่ใช้หลักการทำงานทางกายภาพอื่นๆ
ตลับลูกปืนกลิ้งและเลื่อนแบบดั้งเดิม (ของเหลวและก๊าซ) มาถึงระดับทางเทคนิคขั้นสูงแล้ว อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติของกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้นมีจำกัด และบางครั้งทำให้เป็นไปไม่ได้โดยพื้นฐานแล้วที่จะใช้ตลับลูกปืนเหล่านี้เพื่อให้บรรลุเป้าหมายข้างต้น ดังนั้น, ข้อบกพร่องที่สำคัญตลับลูกปืนกลิ้งคือการมีการสัมผัสทางกลระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่และอยู่กับที่ และความจำเป็นในการหล่อลื่นของรางน้ำ ไม่มีการสัมผัสทางกลในตลับลูกปืนธรรมดา แต่จำเป็นต้องมีระบบหล่อลื่นเพื่อสร้างชั้นการหล่อลื่นและผนึกชั้นนี้ เห็นได้ชัดว่าการปรับปรุงหน่วยซีลสามารถลดได้ แต่ไม่สามารถขจัดการแทรกซึมของสารหล่อลื่นและ สภาพแวดล้อมภายนอก.
แบริ่งปราศจากข้อเสียเหล่านี้ซึ่งแม่เหล็กและ สนามไฟฟ้า. ในหมู่พวกเขา ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอกทีฟ (AMP) นั้นมีประโยชน์มากที่สุด การทำงานของ AMN ขึ้นอยู่กับหลักการที่รู้จักกันดีของการระงับแม่เหล็กแบบแอคทีฟของตัวเฟอร์โรแมกเนติก: ร่างกายมีความเสถียรในตำแหน่งที่กำหนดโดยแรงดึงดูดแม่เหล็กที่กระทำต่อร่างกายจากแม่เหล็กไฟฟ้าที่ควบคุม กระแสในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยใช้ระบบ ระบบควบคุมอัตโนมัติซึ่งประกอบด้วยเซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวของร่างกาย ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ และเพาเวอร์แอมป์ที่ขับเคลื่อนโดยแหล่งภายนอก พลังงานไฟฟ้า.
ตัวอย่างแรก การใช้งานจริงสารแขวนลอยแม่เหล็กแบบแอคทีฟในเครื่องมือวัดมีอายุย้อนไปถึงยุค 40 ของศตวรรษที่ XX พวกเขาเกี่ยวข้องกับชื่อของ D. Beams และ D. Hriesinger (USA) และ O. G. Katsnelson และ A. S. Edelstein (USSR) ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอคทีฟตัวแรกถูกเสนอและศึกษาทดลองในปี 1960 โดย R. Sixsmith (USA) การประยุกต์ใช้ AMS ที่นำไปใช้ได้จริงอย่างแพร่หลายในประเทศของเราและต่างประเทศเริ่มขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1970
การไม่มีการสัมผัสทางกลและความจำเป็นในการหล่อลื่นใน AMP ทำให้พวกเขามีแนวโน้มที่ดีในหลายด้านของเทคโนโลยี ประการแรกคือ: กังหันและปั๊มในวิศวกรรมสุญญากาศและอุณหภูมิต่ำ เครื่องจักรสำหรับเทคโนโลยีบริสุทธิ์พิเศษและสำหรับการทำงานในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว เครื่องจักรและอุปกรณ์สำหรับการติดตั้งนิวเคลียร์และอวกาศ ดูดวง; อุปกรณ์เก็บพลังงานเฉื่อย เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์สำหรับวิศวกรรมทั่วไปและเครื่องมือวัด - การเจียรและกัดแกนหมุนความเร็วสูง เครื่องจักรสิ่งทอ เครื่องหมุนเหวี่ยง, กังหัน, เครื่องสมดุล, แท่นสั่นสะเทือน, หุ่นยนต์, แม่นยำ เครื่องมือวัดเป็นต้น
อย่างไรก็ตาม แม้จะประสบความสำเร็จ แต่ AMJI ก็ถูกนำไปใช้งานช้ากว่าที่คาดไว้มากจากการคาดการณ์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ประการแรก เป็นเพราะการรับรู้ถึงนวัตกรรมที่ช้าของอุตสาหกรรม ซึ่งรวมถึง AMS เช่นเดียวกับนวัตกรรมอื่นๆ เพื่อที่จะเป็นที่ต้องการ AMP จำเป็นต้องได้รับความนิยม
น่าเสียดายที่ G. Schweitzer มีหนังสือเล่มเดียวเท่านั้นที่อุทิศให้กับตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอคทีฟในขณะที่เขียนบทความนี้ H. Bleulerand A. Traxler "Active magnetic bearings", ETH Zurich, 1994, 244 p. ตีพิมพ์เป็นภาษาอังกฤษและ เยอรมัน. หนังสือเล่มนี้มีปริมาณน้อย โดยหลักแล้วมุ่งเป้าไปที่ผู้อ่านที่กำลังดำเนินการขั้นตอนแรกในการทำความเข้าใจปัญหาที่เกิดขึ้นเมื่อสร้าง AMS ผู้เขียนสร้างแนวคิดและแนวความคิดหลักตามลำดับที่ไตร่ตรองมาอย่างดี ซึ่งช่วยให้ผู้เริ่มต้นเรียนรู้ได้อย่างรวดเร็วและเชี่ยวชาญด้านแนวคิดในด้านใหม่สำหรับตนเอง ไม่ต้องสงสัยเลย หนังสือเล่มนี้เป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่ง และบทบาทที่โด่งดังของหนังสือเล่มนี้แทบจะประเมินค่าสูงไปไม่ได้
ผู้อ่านอาจถามว่าควรเขียนเอกสารจริงหรือไม่ ไม่ใช่แค่การแปลหนังสือที่อ้างถึงข้างต้น อย่างแรก ตั้งแต่ปี 1992 ฉันได้รับเชิญให้ไปบรรยายเกี่ยวกับ AMS ที่มหาวิทยาลัยในรัสเซีย ฟินแลนด์และสวีเดน หนังสือเติบโตจากการบรรยายเหล่านี้ ประการที่สอง เพื่อนร่วมงานของฉันหลายคนแสดงความปรารถนาที่จะมีหนังสือเกี่ยวกับ LMP ที่เขียนขึ้นสำหรับนักพัฒนาเครื่อง AML ประการที่สาม ฉันยังตระหนักว่าวิศวกรหลายคนที่ไม่เชี่ยวชาญใน AMB เลยต้องการหนังสือที่สำรวจวัตถุควบคุมเช่นแม่เหล็กไฟฟ้า
จุดประสงค์ของหนังสือเล่มนี้คือเพื่อให้วิศวกรมีวิธีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ การสังเคราะห์และการวิเคราะห์ AMP และด้วยเหตุนี้จึงส่งเสริมความสนใจในด้านเทคโนโลยีใหม่นี้ ฉันไม่สงสัยเลยว่าหนังสือเล่มนี้จะเป็นประโยชน์กับนักเรียนหลายๆ คนด้วย เทคนิคพิเศษโดยเฉพาะการออกแบบหลักสูตรและอนุปริญญา เมื่อเขียนหนังสือเล่มนี้ ฉันอาศัยประสบการณ์ 20 ปีในสาขา AMB ในฐานะผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของห้องปฏิบัติการวิจัยของตลับลูกปืนแม่เหล็กที่สถาบัน Pskov Polytechnic Institute of the St. มหาวิทยาลัยเทคนิค.
หนังสือเล่มนี้มี 10 บท บทที่ 1 ให้ คำอธิบายสั้นของสารแขวนลอยแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นไปได้ทุกประเภท โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของผู้อ่าน บทที่ 2 มุ่งเป้าไปที่ผู้ใช้ AMB แนะนำให้ผู้อ่านรู้จักกับเทคโนโลยีตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอกทีฟ ซึ่งเป็นประวัติของการพัฒนา การออกแบบ ลักษณะเฉพาะ ปัญหาการพัฒนา และตัวอย่างบางส่วน การใช้งานจริง. บทที่ 3 และ 4 ให้วิธีการคำนวณวงจรแม่เหล็กแบริ่ง มีการศึกษาแม่เหล็กไฟฟ้าในฐานะวัตถุควบคุมในบทที่ 5 ในบทที่ 6 ปัญหาของการสังเคราะห์ตัวควบคุมและการวิเคราะห์ไดนามิกของการระงับแม่เหล็กแบบขั้นตอนเดียวจะได้รับการแก้ไข นี่คือบทเกี่ยวกับวิธีการควบคุม gimbal และสิ่งที่ขัดขวางการได้รับประสิทธิภาพแบบไดนามิกที่คุณต้องการ ส่วนกลางถูกครอบครองโดยบทที่ 7 ซึ่งพิจารณาถึงปัญหาในการควบคุมระบบกันสะเทือนของโรเตอร์แบบแข็งที่มีอิสระห้าองศา ตรวจสอบการทำงานร่วมกันของระบบกันสะเทือนและมอเตอร์ขับเคลื่อน และยังกล่าวถึงปัญหาการสร้างแบบไร้แบริ่ง เครื่องจักรไฟฟ้า. อิทธิพลของการเปลี่ยนรูปการดัดงอแบบยืดหยุ่นของโรเตอร์ที่มีต่อไดนามิกของระบบกันกระเทือนจะกล่าวถึงในบทที่ 8 บทที่ 9 มีไว้สำหรับการควบคุมระบบกันสะเทือนแบบดิจิทัล ในบทสุดท้ายที่ 10 จะพิจารณาแง่มุมไดนามิกจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการใช้ระบบกันสะเทือนของโรเตอร์ใน AMB
สำหรับรายการอ้างอิงท้ายเล่ม ฉันไม่ได้พยายามรวมบทความที่มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับ AML ไว้ทั้งหมด และฉันขอการอภัยจากนักวิจัยเหล่านั้นซึ่งไม่ได้กล่าวถึงการมีส่วนร่วมในด้านนี้
เนื่องจากช่วงของปัญหากว้างมาก จึงไม่สามารถรักษาระบบเดียวได้ สัญลักษณ์ตลอดทั้งเล่ม อย่างไรก็ตาม แต่ละบทใช้ ระบบถาวรการกำหนด
ฉันรู้สึกขอบคุณอาจารย์ อาจารย์ David Rakhmilyevich Merknin และ Anatoly Saulovitch Kelzon ของฉัน - พวกเขามีส่วนอย่างมากต่อการปรากฏตัวของหนังสือเล่มนี้ ฉันอยากจะขอบคุณเพื่อนร่วมงานของฉันในห้องปฏิบัติการที่รองรับแม่เหล็กและมหาวิทยาลัยโดยเฉพาะ Fedor Georgievich Kochevin, Mikhail Vadimovich Afanasiev Valentin Vasilyevich Andreen, Sergey Vladimirovich Smirnov, Sergey Gennadyevich Stebikhov และ Igor Ivanovich Morozov ซึ่งความพยายามสร้างเครื่องจักรจำนวนมากด้วย AMB ฉันยังสนุกกับการสนทนาและ การทำงานเป็นทีมร่วมกับศาสตราจารย์ Kamil Shamsuddinovich Khodjaen และรองศาสตราจารย์ Vladimir Alexandrovich Andreev, Valery Georgievich Bogov และ Vyacheslav Grigorievich Matsevich ฉันยังต้องการสังเกตการมีส่วนร่วมของนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและนักศึกษาระดับสูงกว่าปริญญาตรีที่ทำงานกับฉันด้วยความกระตือรือร้นอย่างมากในด้าน AMS - เหล่านี้คือ Grigory Mikhailovich Kraizman, Nikolai Vadimovich Khmylko, Arkady Grigoryevich Khrostitsky, Nikolai Mikhailovich Ilyin, Alexander Mikhailovich Vetlntsyn และ Pavel วาซิลีเยวิช คิเซเลฟ การกล่าวถึงเป็นพิเศษสมควรได้รับความช่วยเหลือด้านเทคนิคในการเตรียมต้นฉบับสำหรับการพิมพ์โดย Elena Vladimirovna Zhuravleva และ Andrey Semenovich Leontiev
ฉันอยากจะขอบคุณ Pskov Engineering Company และ Pskov Polytechnic Institute สำหรับความช่วยเหลือในการจัดหาเงินทุนสำหรับการตีพิมพ์หนังสือ