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用于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承 Download PDF

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Abstract

一种用于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承，属磁悬浮轴承。该轴承包括第一层滚动轴承的内圈(1)和外圈(2)、转接环(3)、第二层滚动轴承的内圈(4)和外圈(5)、由径向弹性阻尼器的内环(6)和外环(8)以及径向多层(3～20层)波纹钢板(7)组成的径向弹性阻尼器、螺钉(9)、端盖(10)、机座(11)、转子组件(12)。将传统结构中由一个滚动轴承承担的转速由两个或两个以上的轴承承担，提高了轴承的工作转速；利用径向弹性阻尼器在径向的弹性变形和切线方向的摩擦力做功来吸收由振动与冲击而产生的能量，提高了保护轴承寿命。不仅作为磁悬浮轴承系统中承受径向载荷的向心保护轴承，也作为转速更高、耐振动与冲击的滚动轴承应用。

Description

用于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承
一、技术领域
本发明提供一种由多个(2个及以上)滚动轴承和弹性阻尼器组成的向心保护轴承，既可以提高保护轴承的工作转速，又可以吸收大部分由振动与冲击而产生的能量，适合作为高速磁悬浮轴承系统中承受径向载荷的向心保护轴承，也可作为转速更高、耐振动与冲击的滚动轴承应用。
二、背景技术
在磁悬浮轴承系统中，为了确保系统的可靠性与安全性，一般需要一套保护轴承(也称为辅助轴承，或备用轴承，或应急轴承)，其中之一就是只承受径向载荷的向心保护轴承，其主要目的是在磁悬浮轴承失效时在径向临时支承高速旋转的转子，保护磁悬浮装备不受损坏。由于磁悬浮轴承的转速一般都很高，转子组件在跌落到保护轴承上时会产生很大的振动与冲击，目前存在的主要问题是现有保护轴承的工作转速偏低、抵抗振动与冲击的能力较差，常常发生保护轴承烧坏而损坏设备的严重事故。
三、发明内容
本发明的目的是，针对背景技术存在的问题，提供一种转速更高、耐振动与冲击的向心保护轴承，提高了保护轴承的可靠性和安全性，以满足高速磁悬浮轴承系统的需要。
本发明采用多个(2个及以上)滚动轴承和弹性阻尼器组成一个向心保护轴承，将第一层滚动轴承的外圈与第二层滚动轴承的内圈联接在一起，将第二层滚动轴承的外圈装配在弹性阻尼器的内孔中，最后将弹性阻尼器的外圈装配在机座孔中。这样组合起来的轴承能够适应更高的工作转速，并能吸收大部分由振动与冲击而产生的能量。
本发明用于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承，只承受径向载荷，具体组成，包括第一层滚动轴承的内圈、第二层滚动轴承的外圈、转接环、第二层滚动轴承的内圈、第二层滚动轴承的外圈、径向弹性阻尼器的内环、径向多层(3～20层)波纹钢板、径向弹性阻尼器的外环、螺钉、端盖、机座、转子组件，其中转子组件装入第一层滚动轴承的内圈内，与第一层滚动轴承的内圈存在径向间隙，第一层滚动轴承的外圈通过转接环与第二层滚动轴承的内圈联接在一起，第二层滚动轴承的外圈与径向弹性阻尼器的内环联接在一起，径向弹性阻尼器的内环、通过径向多层(3～20层)波纹钢板和径向弹性阻尼器的外环装配在一起形成径向弹性阻尼器，并置于机座内圆台阶上，且径向弹性阻尼器的外环与机座的内孔装配在一起，端盖通过螺钉与机座相连接，并对向心保护轴承进行轴向压紧与固定。
采用上述类似的方法继续将第二层滚动轴承的外圈与第三层滚动轴承的内圈联接在一起形成由3个及以上的滚动轴承组合成的向心保护轴承。
其原理如下：
传统滚动轴承的结构设计中，滚动轴承的外圈一般与机座孔装配在一起，是不转动的。本发明将第一层滚动轴承的外圈与第二层滚动轴承的内圈联接在一起，因此第一层滚动轴承的外圈也跟着旋转。这样就降低了第一层滚动轴承的外圈与内圈的相对转速。采用这种结构，使得原来由一个滚动轴承承担的转速通过一定比例分配到了两个或两个以上的轴承来承担，因此提高了向心保护轴承的工作转速。对于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承，由于第一层滚动轴承的内圈与转子组件在径向有0.2mm左右的间隙，保护轴承工作时存在很大的振动与冲击，容易导致保护轴承的损坏。为了解决这个问题，本发明将第二层滚动轴承的外圈不直接与机座孔装配在一起，而是先将第二层滚动轴承的外圈装配在一个弹性阻尼器上，然后将弹性阻尼器装配在机座孔中。利用弹性阻尼器变形和摩擦力做功来吸收振动与冲击的能量，提高了向心保护轴承的寿命。不仅可作为高速磁悬浮轴承系统的向心保护轴承，也可作为转速更高的滚动轴承应用。
四、附图说明
图1为本发明的向心保护轴承示意图。
图2为本发明的径向弹性阻尼器示意图。
图中：1第一层滚动轴承的内圈，2第一层滚动轴承的外圈，3转接环，4第二层滚动轴承的内圈，5第二层滚动轴承的外圈，6径向弹性阻尼器的内环，7径向多层(3～20层)波纹钢板，8径向弹性阻尼器的外环，9螺钉，10端盖，11机座，12转子组件，A为轴线方向，R为径向方向，α为切线方向。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明的组成、工作原理和结构设计作进一步详细说明。
图1所示的向心保护轴承，可作为磁悬浮轴承系统中只承受径向载荷的保护轴承。第一层滚动轴承的外圈2通过转接环3与第二层滚动轴承的内圈4联接在一起，第二层滚动轴承的外圈5与径向弹性阻尼器的内环6联接在一起，径向弹性阻尼器的内环6、径向多层(3～20层)波纹钢板7和径向弹性阻尼器的外环8装配在一起形成径向弹性阻尼器，径向弹性阻尼器的外环8与机座11的内孔装配在一起，利用端盖10和一组螺钉9对保护轴承进行轴向压紧与固定。也可以采用类似的方法继续将第二层滚动轴承的外圈5与第三层滚动轴承的内圈联接在一起形成由多个(3个及以上)滚动轴承组合成的向心保护轴承。这种向心保护轴承能够提高工作转速的原理是：由于第一层滚动轴承的外圈2与第二层滚动轴承的内圈4通过转接环3联接在一起，因此第一层滚动轴承的外圈2也跟着旋转，这样就降低了第一层滚动轴承的外圈2与内圈1的相对转速，使得原来由一个滚动轴承承担的转速通过一定的比例分配到了两个或两个以上的轴承来承担，因此可以提高滚动轴承的工作转速。作为磁悬浮轴承系统中只承受径向载荷的向心保护轴承，第一层滚动轴承的内圈1与转子组件12存在径向间隙，当磁悬浮轴承失效时，转子组件12在跌落到向心保护轴承上时会产生较大的振动与冲击，这种向心保护轴承在径向(坐标R方向)能够吸收大部分振动与冲击的能量，其原理是：由于第二层滚动轴承的外圈5不直接安装在机座11的内孔中，而是先安装在径向弹性阻尼器的内环6上，然后通过径向弹性阻尼器的外环8安装在机座11的内孔中，当有较大的径向振动与冲击时，径向多层(3～20层)波纹钢板7产生了径向变形，由于每层径向波纹钢板的曲率不同所以在切线方向产生了摩擦从而吸收了由振动与冲击而产生的大部分能量，能够提向心高保护轴承的寿命。当磁悬浮轴承失效时，这种向心保护轴承能够在径向保护磁悬浮装备不受损坏。
图2所示的径向弹性阻尼器，由径向弹性阻尼器的内环6、多层(3～20层)波纹钢板7和径向弹性阻尼器的外环8组成，径向弹性阻尼器的内环6和外环8的作用是保证径向弹性阻尼器的内外圆的同轴度。当转子组件12跌落到向心保护轴承的内圈1时，在径向方向会产生较大的振动与冲击，此时径向多层(3～20层)波纹钢板7产生了径向变形，将一部分振动与冲击的能量以弹性势能的形式储存；由于每层波纹钢板7的曲率不同，使得每层波纹钢板7沿切线方向发生相对滑动，由此产生的摩擦力做功，又耗散了一部分振动与冲击的能量。因此，径向弹性阻尼器(由6、7、8组成)通过径向弹性变形与切线方向摩擦力做功的方式，吸收了由振动与冲击在径向方向而产生的大部分能量，能够提高向心保护轴承的寿命。
如果向心保护轴承的损坏主要是由振动与冲击产生的，此时可省略第二层滚动轴承，直接将第一层滚动轴承的外圈2与径向弹性阻尼器的内环6装配在一起，再将径向弹性阻尼器的外环8与机座11的内孔装配在一起。

Claims (2)

1、一种用于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承，其特征在于，包括第一层滚动轴承的内圈(1)、第一层滚动轴承的外圈(2)、转接环(3)、第二层滚动轴承的内圈(4)、第二层滚动轴承的外圈(5)、径向弹性阻尼器的内环(6)、径向3～20层的波纹钢板(7)、径向弹性阻尼器的外环(8)、螺钉(9)、端盖(10)、机座(11)、转子组件(12)，其中转子组件(12)装入第一层滚动轴承的内圈(1)内，与第一层滚动轴承的内圈(1)存在径向间隙，第一层滚动轴承的外圈(2)通过转接环(3)与第二层滚动轴承的内圈(4)联接在一起，第二层滚动轴承的外圈(5)与径向弹性阻尼器的内环(6)联接在一起，径向弹性阻尼器的内环(6)通过径向3～20层的波纹钢板(7)和径向弹性阻尼器的外环(8)装配在一起形成径向弹性阻尼器，径向弹性阻尼器的外环(8)与机座(11)的内孔装配在一起，端盖(10)通过螺钉(9)与机座(11)相连接，并对向心保护轴承进行轴向压紧与固定。
2、根据权利要求1所述的用于磁悬浮轴承系统的向心保护轴承，其特征在于，将第二层滚动轴承的外圈(5)与第三层滚动轴承的内圈联接在一起形成由3个滚动轴承组成的向心保护轴承。
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