Магнітна пружина

Реферат: UA 83233 U UA 83233 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів гасіння механічних коливань і може бути використана в різних галузях техніки, зокрема машинобудуванні, приладобудуванні, транспортних засобах, будівництві. У зв'язку з появою нових магнітних матеріалів з високими магнітними властивостями і відносно невисокою вартістю дуже актуальним стає питання про застосування магнітних пружин замість звичайних механічних в цілому ряді приладів і пристроїв. Магнітні пружини вигідно відрізняються від звичайних механічних великим ресурсом експлуатації і широким спектром залежності зусилля втягування-витягування від зміщення. Також вони добре працюють при температурах рідкого азоту і менше, коли звичайні механічні пружини зазнають певних труднощів (крихкість, холодноламкість і т. і.). Магнітні пружини вже знаходять широке застосування не лише в побутовій техніці (дверні доводчики, амортизатори), але і в конструкціях різних складних виробів (зворотний клапан для промивальних насосів у свердловинах, спільна робота з кроковими двигунами тощо). Відомий пружинний пристрій [RU, патент на винахід № 2224930, F16F6/00, публ. 27.02.2004], який може працювати як магнітна пружина. Такий пристрій включає в себе корпус, круглі рухливі в осьовому напрямі і нерухомі елементи з розміщеними між ними постійними магнітами, при цьому рухливий елемент амортизатора розміщений між двома нерухомими елементами і пружно встановлений в корпусі за допомогою закріпленого по його периферії плоского кільця з магнітної гуми, а на звернених до рухливого елемента поверхнях нерухомих елементів в зоні плоского кільця концентрично встановлені кільцеві постійні магніти, при цьому зовнішні, звернені до рухливого елемента поверхні постійних магнітів виконані з експоненціальним ухилом в радіальному напрямі до центру нерухомих елементів з можливістю забезпечення плавного контакту з магнітами плоского кільця при осьових переміщеннях рухливого елемента. Недоліком відомого технічного рішення є те, що така пружина складна за своєю конструкцією і принципом роботи, що не забезпечує можливості регулювання показників силової характеристики магнітної пружини. Відомий також пружинний пристрій [ФРН, заявка № 3126470, F16F6/00, опубл. 20.01.83], який може працювати як пружина розтягу або демпфер, використовуючи сили магнітної взаємодії. Такий пристрій включає в себе закриту з одного торця дном із магнітом'якого матеріалу пустотілу колону, в яку вставлений сердечник, набраний із дискових постійних магнітів. На виступаючий з колони край сердечника надітий магнітом'який полюсний наконечник. Гільзу колони утворюють кілька кільцевих постійних магнітів. Колона і сердечник намагнічені вздовж своєї осі, але в протилежних напрямках. В залежності від напрямку намагніченості сердечник може втягуватись всередину колони або виштовхуватися з неї. Недоліком такої пружини є змінні по величині сили взаємодії між колоною і сердечником, які збільшуються із ступенем занурення сердечника в колону. Крім того, така пружина не забезпечує можливості регулювання показників силової характеристики магнітної пружини. Найбільш близьким за технічною суттю та за сукупністю суттєвих ознак до корисної моделі, що пропонується, є магнітна пружина [UA, патент № 958 на корисну модель "Магнітна пружина", F16F6/00, публ. 16 07 2001], що містить розташовані співвісно і встановлені з можливістю поступального взаємного переміщення і взаємодії магнітні елементи у формі коаксіальних кіл у поперечному розрізі, які утворюють магнітний ланцюг; при цьому зовнішній магнітний елемент частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент. Недоліком відомої магнітної пружини є відсутність можливості регулювання показників силової характеристики магнітної пружини через обмеження ходу внутрішнього магнітного елемента довжиною зовнішнього магнітного елемента, що обумовлено формою його виконання у вигляді стакана з дном із магнітного матеріалу. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення технологічності конструкції магнітної пружини шляхом розробки нової регульованої конструкції магнітної пружини, стабільної в роботі. В запропонованій корисній моделі конструкція магнітної пружини створена шляхом нового виконання і розташування магнітних елементів, що дозволяє одержати новий технічний результат, який полягає у стабільності роботи завдяки постійному зусиллю втягування, незалежному від зміщення її елементів при робочому переміщенні, та можливості регулювання показників силової характеристики магнітної пружини шляхом оптимального компонування конструкції магнітної пружини. Суть корисної моделі полягає в тому, що в магнітній пружині, яка містить розташовані співвісно і встановлені з можливістю поступального взаємного переміщення і взаємодії магнітні елементи у формі коаксіальних кілець у поперечному розрізі і які утворюють магнітний ланцюг; а зовнішній магнітний елемент частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент, 1 UA 83233 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 згідно з корисною моделлю, зовнішній магнітний елемент має форму трубки, яка частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент при його робочому переміщенні з довжиною внутрішнього елемента більше або менше довжини зовнішнього елемента, зовнішній і внутрішній елементи є постійними магнітами, причому внутрішній магнітний елемент виконаний із магнітотвердого або магнітом'якого матеріалу у формі тіла обертання і має антипаралельну намагніченість вздовж напрямку його руху відносно зовнішнього магнітного елемента. Також внутрішній елемент може складатися з двох частин магнітом'якої та постійного магніту, які приєднуються одна до одної своїми торцями. Для обмеження зворотно-поступального механічного руху внутрішнього магнітного елементу і змінення силової характеристики пружини, щонайменше один торець магнітної пружини додатково обладнаний магнітопроводом, виконаним у вигляді диска, який встановлено на внутрішньому магнітному елементі або на зовнішньому магнітному елементі, або на обох елементах одночасно. Для змінення силової характеристики пружини на обох торцях зовнішнього магнітного елемента або на одному із них, встановлено магнітопровід, виконаний у вигляді кільця з внутрішнім діаметром, більшим за діаметр внутрішнього магнітного елемента. Магнітопровід у вигляді кільця виконаний з можливістю працювати в парі з магнітопроводом у вигляді диска, а на торцях внутрішнього або зовнішнього магнітного елемента встановлені немагнітні прокладки для регулювання зусилля доклацування. Магнітна пружина може працювати без торцевих магнітопроводів у вигляді дисків (тільки з кільцевими магнітопроводами або в загалі без них). У цьому випадку вона може працювати у двох напрямках тобто стає двосторонньою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена конструкторська збірка магнітної пружини, поперечний переріз, на фіг 2 і фіг. 3 показана залежність зусилля на внутрішній магнітний елемент від його ходу (з магнітопроводом, виконаним у вигляді диску, та без нього - відповідно). Магнітна пружина (фіг. 1) містить зовнішній магнітний елемент 1 у формі трубки, яка частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент 2 при його осьовому переміщенні з довжиною внутрішнього елементу 2 більше або менше довжини зовнішнього елементу 1. Зовнішній 1 і внутрішній 2 елементи є постійними магнітами, причому внутрішній магнітний елемент може бути виконаний як із магнітотвердого, так і з магнітом'якого матеріалу у формі тіла обертання: у формі циліндра, еліпса або формі зрізаного конуса. Елементи 1 і 2 мають антипаралельну намагніченість вздовж напрямку осьового переміщення відносно зовнішнього магнітного елемента. Елемент 2 може мати технологічний отвір для зручності приєднування. Для змінення силової характеристики пружини як обмежувач зворотно-поступального механічного руху внутрішнього магнітного елемента 2 магнітної пружини додатково введено щонайменше один магнітопровід, виконаний у вигляді диска 3. Диск 3 може бути встановлений на нижньому торці магнітного елемента 1, або на верхньому торці магнітного елементу 2, або ними обладнують обидва ці торці одночасно. Конструкція магнітної пружини також передбачає можливість додаткового встановлення на обох торцях зовнішнього магнітного елемента 1 або на одному із них магнітопроводу, виконаного у вигляді кільця 4 з внутрішнім діаметром, більшим за діаметр внутрішнього магнітного елемента 2, щоб не обмежувати його рух. Магнітопровід у вигляді кільця 4 виконаний з можливістю працювати в парі 3 магнітопроводом у вигляді диска 3, а на торцях зовнішнього 1 або внутрішнього 2 магнітного елемента встановлені немагнітні прокладки 5 для змінення силової характеристики пружини. Магнітна пружина (фіг. 1) працює таким чином. При розтягуванні пружини починають взаємодіяти полюси її магнітних елементів 1 і 2, які мають антипаралельну намагніченість вздовж напрямку руху внутрішнього 2 відносно зовнішнього 1 магнітного елемента. Вони приводять в рух магнітний елемент 2, при цьому внутрішній магнітний елемент 2 входить в зовнішній 1 по ковзаючій посадці або направляючій немагнітній трубці (на фіг. 1 не показано). Для створенням пружини з постійним зусиллям втягування F в корисній моделі забезпечується виконання принаймні одної з умов: 1) введення просторового віддалення торців зовнішнього 2 і внутрішнього 1 магнітного елемента один від одного; 2) зменшення поперечного перерізу внутрішнього магніту (застосування зрізаного конуса або еліпсоїда обертання замість циліндра), оскільки розрахункове значення зусилля втягування F пропорційне площі поперечного перерізу внутрішнього магніту. 2 UA 83233 U Значення зусилля втягування F на основній ділянці силової характеристики досить точно розраховується теоретично, виходячи з геометричних розмірів постійних магнітів та їх магнітних властивостей:  5 10 15 20 25 30 35 40 45    0.5 0.5   F  Br 2  1  D2 / L2  1  d2 / L2 S / 0 (1)   , де D - зовнішній діаметр магнітного елемента 1, d - внутрішній діаметр магнітного елемента 1, L - довжина магнітного елемента 1, Br - залишкова індукція матеріалу магніту, S - площа перерізу внутрішнього магнітного елемента 2,  0 - універсальна магнітна стала. З формули (1) витікає, що форма внутрішнього магнітного елемента 2 у вигляді зрізаного конуса має переваги завдяки зміні площі перерізу внутрішнього магнітного елемента 2 при їх взаємодії з зовнішнім магнітним елементом 1. Дисками 3 регулюється робоче переміщення пружини (на фіг. 2 з дисками, на фіг. 3 - без них) з обмеженням зворотно-поступального механічного руху внутрішнього магнітного елемента 2 (в залежності від виду функціонування магнітної пружини). Немагнітною прокладкою 5 на торцях магнітних елементів одночасно із взаємодією між полюсами магнітних елементів 1 і 2 оптимізують силу доклацування, зменшуючи її величину, в результаті чого вона отримує можливість перевищувати в 1-5 разів значення робочого зусилля втягування F . Введення кільця 4 дозволяє змінювати форму силової характеристики пружини. Кільце 4 встановлюють на обох торцях зовнішнього магнітного елемента 1 або на одному із них для оптимізації зворотно-поступального механічного руху внутрішнього елемента 2. Таким чином, підвищення технологічності розробленої магнітної пружини досягається за рахунок оптимізації її конструкції шляхом розробки нової регульованої конструкції магнітної пружини, стабільність в роботі якої забезпечується постійною величиною зусилля втягування F . Підтвердженням цьому є такі технічні властивості магнітної пружини: 1. При однакових зовнішніх діаметрах зусилля втягування F значно підвищується. 2. Зусилля втягування F стає постійним відразу з початком осьового зміщення магнітного елемента 2 по відношенню до магнітного елемента 1. 3. Стає можливим здійснення "доклацування" без будь-якого впливу на зусилля втягування F на робочому переміщенні пружини. Зусилля "доклацування" може в 1-5 разів перевершувати робоче зусилля втягування F . 4. Максимально використовується потенційна енергія, запасена в магнітах. 5. Нікчемно мала сила тертя між рухливими елементами пружини. В результаті цього немає потреби застосовувати дорогі матеріали з невеликим коефіцієнтом тертя між поверхнями, що труться. 6. Можлива широка зміна параметрів пружини залежно від того, який з них в конкретному застосуванні є основним, шляхом оптимального компонування конструкції магнітної пружини. 7. Застосування внутрішнього магнітного елемента 2 у формі зрізаного конуса або еліпсоїда обертання змінює форму силової характеристики магнітної пружини. В запропонованій корисній моделі, конструкція магнітної пружини дозволяє одержати практично постійне зусилля втягування, незалежне від зміщення її елементів при робочому переміщенні, та досягається можливість регулювання показників силової характеристики магнітної пружини у широких межах шляхом оптимального компонування конструкції магнітної пружини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 1 Магнітна пружина, що містить розташовані співвісно і встановлені з можливістю поступального взаємного переміщення і взаємодії магнітні елементи у формі коаксіальних кілець у поперечному розрізі, які утворюють магнітний ланцюг, а зовнішній магнітний елемент частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент, яка відрізняється тим, що зовнішній магнітний елемент має форму трубки, яка частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент при його робочому переміщенні, з довжиною внутрішнього елемента більше 3 UA 83233 U 5 10 15 або менше довжини зовнішнього елемента, зовнішній і внутрішній елементи є постійними магнітами, причому внутрішній магнітний елемент виконаний із магнітотвердого або магнітом'якого матеріалу у формі тіла обертання і має антипаралельну намагніченість вздовж напрямку його руху відносно зовнішнього магнітного елемента. 2. Пружина за п. 1, яка відрізняється тим, що щонайменше один торець магнітної пружини для обмеження зворотно-поступального механічного руху внутрішнього магнітного елемента і змінення силової характеристики пружини, додатково обладнаний магнітопроводом, виконаним у вигляді диска, який встановлено на внутрішньому магнітному елементі або на зовнішньому магнітному елементі; або на обох елементах одночасно. 3. Пружина за будь-яким з пп. 1-2, яка відрізняється тим, що на обох торцях зовнішнього магнітного елемента або на одному із них встановлено магнітопровід, виконаний у вигляді кільця з внутрішнім діаметром, більшим за діаметр внутрішнього магнітного елемента для забезпечення зворотно-поступального механічного руху внутрішнього елемента. 4. Пружина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що магнітопровід у вигляді кільця виконаний з можливістю працювати в парі з магнітопроводом у вигляді диска. 5. Пружина за будь-яким з п. 1-4, яка відрізняється тим, що на торцях внутрішнього або зовнішнього магнітного елемента встановлені немагнітні прокладки для регулювання зусилля доклацування. 4 UA 83233 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5