Шпиндельные узлы с магнитными опорами

Наиболее простыми в исполнении являются пассивные магнитные опоры на постоянных кольцевых магнитах, изготовленных из сплава типа секолита, в состав которого входят такие металлы, как самарий и кобальт. Несущая способность опор с постоянными магнитами из секолита в 7 —9 раз выше, чем с магнитами из феррита. Одно из преимуществ таких опор заключается в том, что равновесие шпинделя обеспечивается без затрат электроэнергии. Пассивные магнитные опоры применяются в ШУ, работающих с высокой частотой вращения (10 000 мин-1 и более) при небольшой несущей способности.

Принцип действия активных электромагнитных опор (ЭМО) основан на притяжении ферромагнитного ротора электромагнитами, расположенными в статоре. Для таких опор характерна высокая концентрация энергии поля, что обусловливает достижение больших удельных нагрузок в опорах и, следовательно, уменьшение их размеров. Мощность, требуемая для уравновешивания действующих сил, сравнительно мала. В опорах такой конструкции имеются потери на гистерезис и вихревые токи. Для уменьшения этих потерь применяют пакетирование ротора из листовой электротехнической стали. Однако при этом снижается прочность вала, окружная скорость на рабочей шейке ограничивается 200 м/с.

Наибольший интерес представляют ЭМО с внешней автоматической стабилизацией. Ток в обмотках ЭМО может быть как постоянным, так и переменным. В обоих случаях для уменьшения потерь мощности цапфы изготовляют из пластин кремнистой стали. При возбуждении электромагнитов переменным током, синхронизированным с частотой вращения цапфы, потери снижаются, и цапфу можно выполнить монолитной, но при этом усложняется система управления.

По сравнению с опорами других типов активные ЭМО имеют следующие преимущества: отсутствует механический контакт кольца с шейкой шпинделя, вследствие чего снижаются (на порядок) потери мощности при вращении шпинделя на холостом ходу; не требуется смазка; не изнашиваются механические части. При использовании ЭМО возможно активное управление положением шпинделя, в результате чего обеспечиваются высокая точность его вращения (до долей микрометра), возможность смещения оси вращения ротора (шпинделя) до нескольких десятых долей миллиметра и осуществления, таким образом, поперечной подачи, например, шлифовального круга, а также углового смещения оси вращения ротора для корректирования в процессе обработки конусообразности обрабатываемой детали.