CN101191521A - 用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承 - Google Patents

用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承 Download PDF

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Abstract

一种用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承，属磁悬浮轴承。该轴承包括第一组滚动轴承的内圈和外圈、转接环、第二组滚动轴承的内圈和外圈、径向弹性阻尼器的内环和外环、径向3～20层波纹钢板、第一组螺钉、端盖、机座、转子组件、轴向弹性阻尼器、压盖、第二组螺钉。将传统结构中由一个滚动轴承承担的转速由两组或两组以上的轴承来承担，利用阻尼器在径向与轴向的弹性变形及切线方向摩擦力做功来吸收由振动与冲击产生的能量，提高了轴承的工作转速和寿命。可作为磁悬浮轴承系统中同时承受径向载荷与轴向载荷的向心推力保护轴承，也可作为转速更高、耐振动与冲击的滚动轴承应用。

Description

用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承
一、技术领域
本发明提供一种由多组滚动轴承(2组及以上，每组用2个角接触球轴承)和弹性阻尼器组成的向心推力保护轴承，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同时承受径向载荷与轴向载荷的向心推力保护轴承，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)，其中之一就是同时承受径向载荷与轴向载荷的向心推力保护轴承，其主要目的是在磁悬浮轴承失效时在径向和轴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推力保护轴承，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。
本发明采用多组滚动轴承(2组及以上，每组用2个角接触球轴承)和弹性阻尼器组成一个向心推力保护轴承。在径向方向，将第一组滚动轴承的外圈与第二组滚动轴承的内圈联接在一起，将第二组滚动轴承的外圈装配在径向弹性阻尼器的内孔中，最后将径向弹性阻尼器的外圈装配在机座孔中。在轴线方向，将第一组滚动轴承的外圈端面通过轴向弹性阻尼器分别与转接环和压盖的端面接触。这样组合起来的保护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推力保护轴承，可同时承受径向载荷与轴向载荷，具体组成，包括第一组滚动轴承的内圈和外圈、转接环、第二组滚动轴承的内圈和外圈、径向弹性阻尼器的内环和外环、径向多层(3～20层)波纹钢板、第一组螺钉、端盖、机座、转子组件、轴向弹性阻尼器、压盖、第二组螺钉、其中转子组件装入第一组滚动轴承的内圈内，与第一组滚动轴承的内圈存在径向间隙和轴向间隙，第一组滚动轴承和第二组滚动轴承各用2个角接触球轴承，第一组的2个角接触球轴承采用面对面安装，第二组的2个角接触球轴承采用背对背安装，第一组滚动轴承的外圈通过转接环与第二组滚动轴承的内圈联接在一起，第二组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，径向弹性阻尼器的外环与机座的内孔装配在一起，端盖通过第一组螺钉与机座相连，并对第二组滚动轴承进行轴向压紧与固定，第一组滚动轴承的外圈端面通过轴向弹性阻尼器分别与转接环和压盖的端面接触，压盖通过第二组螺钉与转接环相连，并对第一组滚动轴承进行轴向压紧与固定。
采用上述的类似的方法继续将第二组滚动轴承的外圈与第三组滚动轴承的内圈联接在一起形成由3组及以上的滚动轴承组成的向心推力保护轴承。
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。本发明将第一组滚动轴承的外圈与第二组滚动轴承的内圈联接在一起，因此第一组滚动轴承的外圈也跟着旋转。这样就降低了第一组滚动轴承的外圈与内圈的相对转速。采用这种结构，将转速通过一定比例分配到了两组或两组以上的轴承来承担，降低了每组轴承内圈与外圈的相对转速。对于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承，由于第一组滚动轴承的内圈与转子组件在径向和轴向方向有0.2mm左右的间隙，转子组件跌落到向心推力保护轴承上时在径向和轴向均会产生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，本发明在径向和轴向各设计了一个弹性阻尼器。在径向方向，将第二组滚动轴承的外圈不直接与机座孔装配在一起，而是先将第二组滚动轴承的外圈装配在一个径向弹性阻尼器上，然后将弹性阻尼器装配在机座孔中。在轴线方向，将第一组滚动轴承的外圈端面通过轴向弹性阻尼器与转接环和压盖的端面接触。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，提高了向心推力保护轴承的工作转速和寿命。不仅可作为高速磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承，也可作为转速更高的滚动轴承应用。
四、附图说明
图1为本发明的向心推力保护轴承示意图。
图2为本发明的径向弹性阻尼器示意图。
图3为本发明的轴向弹性阻尼器示意图
图中：1第一组滚动轴承的内圈，2第一组滚动轴承的外圈，3转接环，4第二组滚动轴承的内圈，5第二组滚动轴承的外圈，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第一组螺钉，10端盖，11机座，12转子组件，13轴向弹性阻尼器，14压盖，15第二组螺钉，A为轴线方向，R为径向方向，α为切线方向，θ为沿切线方向的展开方向。
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所示的用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承，可作为磁悬浮轴承系统中承受径向载荷和轴向载荷的保护轴承。第一组滚动轴承的外圈2通过转接环3与第二组滚动轴承的内圈4联接在一起，第二组滚动轴承的外圈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和第一组螺钉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组滚动轴承的外圈5与第三组滚动轴承的内圈联接在一起形成由多组(3组及以上)滚动轴承组成的向心推力保护轴承。这种保护轴承能够提高工作转速的原理是：由于第一组滚动轴承的外圈2与第二组滚动轴承的内圈4通过转接环3联接在一起，因此第一组滚动轴承的外圈2也跟着旋转，这样就降低了第一组滚动轴承的外圈2与内圈1的相对转速，使转速通过一定的比例分配到了两组或两组以上的轴承来承担，因此可以提高保护轴承的工作转速。作为磁悬浮轴承系统中承受径向载荷与轴向载荷的向心推力保护轴承，第一组滚动轴承的内圈1与转子组件12存在径向间隙与轴向间隙，当磁悬浮轴承失效时，转子组件12在径向和轴向均会产生较大的振动与冲击，这种保护轴承在径向方向能够吸收振动与冲击的大部分能量，其原理是：由于第二组滚动轴承的外圈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。这种保护轴承在轴线方向也能够吸收振动与冲击的大部分能量，其原理是：第一组滚动轴承外圈2的端面通过轴向弹性阻尼器13分别与转接环3和压盖14的端面接触，轴线方向的振动与冲击使得轴向弹性阻尼器13产生了轴向变形，将一部分振动与冲击的能量以弹性势能的形式储存；在轴向变形的同时，每层轴向波纹钢板13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，轴向弹性阻尼器13通过轴向弹性变形与切线方向摩擦力做功的方式，吸收了轴向振动与冲击的大部分能量。当磁悬浮轴承失效时，这种向心推力保护轴承能够在径向和轴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。
图3所示的轴向弹性阻尼器13由多层(3～20层)波纹钢板组成，当转子组件12跌落到向心推力保护轴承的内圈1时，在径向和轴线方向会产生较大的振动与冲击。径向方向的振动与冲击由径向弹性阻尼器(由6、7、8组成)吸收，轴线方向的振动与冲击主要依靠轴向弹性阻尼器13吸收，其原理是：轴线方向的振动与冲击使得轴向弹性阻尼器13产生了轴向变形，将一部分振动与冲击的能量以弹性势能的形式储存；在轴向变形的同时，每层轴向波纹钢板13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，轴向弹性阻尼器13通过轴向弹性变形与切线方向摩擦力做功的方式，吸收了轴向的振动与冲击。
如果滚动轴承的损坏主要是由振动与冲击产生的，此时可省略第二组滚动轴承，直接将第一组滚动轴承的外圈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，径向弹性阻尼器(由6、7、8组成)吸收径向方向的振动与冲击，轴向弹性阻尼器13吸收轴线方向的振动与冲击。

Claims (2)

1.一种用于磁悬浮系统的向心推力保护轴承，其特征在于，包括第一组滚动轴承的内圈(1)、第一组滚动轴承的外圈(2)、转接环(3)、第二组滚动轴承的内圈(4)、第二组滚动轴承的外圈(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)、第一组螺钉(9)、端盖(10)、机座(11)、转子组件(12)、轴向弹性阻尼器(13)、压盖(14)、第二组螺钉(15)、其中转子组件(12)装入第一组滚动轴承的内圈(1)内与第一组滚动轴承的内圈(1)存在径向间隙和轴向间隙，每组各用2个角接触球轴承，第一组的2个角接触球轴承采用面对面安装，第二组的2个角接触球轴承采用背对背安装，第一组滚动轴承的外圈(2)通过转接环(3)与第二组滚动轴承的内圈(4)联接在一起，第二组滚动轴承的外圈(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)通过第一组螺钉(9)与机座(11)相连，并对第二组滚动轴承进行轴向压紧与固定，第一组滚动轴承的外圈(2)的端面通过轴向弹性阻尼器(13)分别与转接环(3)和压盖(14)的端面接触，压盖(14)通过第二组螺钉(15)与转接环(3)相连，并对第一组滚动轴承进行轴向压紧与固定。
2.根据权利要求1所述的用于磁悬浮系统的向心推力保护轴承，其特征在于，采用如权利要求1所述的类似方法继续将第二组滚动轴承的外圈(5)与第三组滚动轴承的内圈联接在一起形成由3组及以上的滚动轴承组成的向心推力保护轴承。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20080604

Assignee: Nanjing CIGU Limited Corporation

Assignor: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Contract record no.: 2017320000090

Denomination of invention: Centripetal thrust force protection bearing used for magnetic suspension bearing system

Granted publication date: 20100203

License type: Common License

Record date: 20170317

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Granted publication date: 20100203

Termination date: 20191224

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