CN102537045A

CN102537045A - 自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置

Info

Publication number: CN102537045A
Application number: CN2011104286733A
Authority: CN
Inventors: 金超武; 俞成涛; 徐龙祥
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102537045B

Abstract

本发明公开了一种自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括安装座、支撑座、滚动轴承以及转子组件；滚动轴承与转子组件过盈配合连接，支撑座与转子组件同心设置，且支撑座的内圆与滚动轴承外圈存在适宜的径向间隙；支撑座包括2个以上周向均布的支撑座分体，各支撑座分体均通过第一定位销与安装座定位设置、同时采用第二定位销通过环形连接件连接成一体；至少有一个支撑座分体配置支撑座调节装置，该支撑座调节装置包括两组用于维持支撑座分体与转子组件同心度的弹性连接件。因此，本发明在转子组件跌落后可自动消除滚动轴承外圈与支撑座之间的径向间隙，从而消除了对滚动轴承的冲击和振动，提高了径向保护轴承的可靠性和安全性。

Description

自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置

技术领域

本发明涉及一种径向保护轴承装置，尤其是一种适合于高速磁悬浮轴承系统中承受径向载荷的径向保护轴承，该径向保护轴承能够自动消除转子组件跌落后对保护轴承的反复冲击和碰撞，属于磁悬浮轴承系统领域。

背景技术

在磁悬浮轴承系统中，为了确保系统的安全性和可靠性，一般需要一套保护轴承（也称保持轴承、备用轴承、辅助轴承或应急轴承），其中之一就是只承受径向载荷的径向保护轴承，其主要目的是当磁悬浮轴承系统失效时在径向临时支撑高速旋转的转子，以保护磁悬浮轴承系统不受损坏。传统的径向保护轴承设计一般是将滚动轴承的外圈装配在轴承座中，滚动轴承的内圈与转子组件径向之间设置磁悬浮轴承正常工作所需的0.2mm间隙，因此，保护轴承工作时存在很大的冲击与振动，同时转子组件跌落后也无法消除保护轴承与转子组件之间的间隙，抵抗冲击和振动的能力差，容易导致保护轴承损坏，致使磁悬浮轴承系统损坏的严重事故。故传统保护轴承也一直是制约着磁悬浮轴承系统应用和发展的主要因素。

由于磁悬浮轴承系统的转速一般都很高，而转子组件与保护轴承之间存有较大的径向间隙，转子组件在跌落到保护轴承上时会产生很大的冲击与振动。目前常用的方法是通过在转子组件周向布满滚动轴承，在转子组件跌落后，通过周边滚动轴承的运动以消除间隙，但是其结构非常复杂，同时只支持转子组件沿着一个方向转动时的跌落，并且由于转子直径远大于周边滚动轴承的直径，致使跌落后周向滚动轴承的转速远大于其自身的极限转速，没有从根本上解决问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，该径向保护轴承装置在磁悬浮轴承系统失效，转子组件跌落后可自动消除滚动轴承外圈与径向保护轴承装置之间的径向间隙，从而消除了转子组件跌落后对滚动轴承外圈的冲击和振动，提高了径向保护轴承的可靠性和安全性，以满足高速磁悬浮轴承系统需要。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括安装座、穿过安装座上所开设的转子安装孔放置的转子组件以及径向保护轴承，该径向保护轴承包括滚动轴承以及支撑座，所述滚动轴承的内圈与转子组件的外圆过盈配合连接；所述支撑座与转子组件同心设置，且支撑座的内圆与滚动轴承外圈之间存在适宜的径向间隙；所述支撑座包括2个以上的支撑座分体，各支撑座分体周向均布在滚动轴承的外围，且各支撑座分体均通过第一定位销与安装座定位设置，同时各支撑座分体通过环形连接件连接成一体，该环形连接件与各支撑座分体均通过第二定位销定位连接；另外，至少有一个支撑座分体配置支撑座调节装置，该支撑座调节装置包括两组用于维持支撑座分体的内圆与转子组件同心度的弹性连接件，所述的两组弹性连接件相对地置于支撑座分体两侧，每一组弹性连接件的一端与长度相对于支撑座分体可调的调节柱组件相连接，另一端则与支撑座分体相抵触；所述调节柱组件与安装座固定。

所述调节柱组件包括调节柱以及固定安装块；固定安装块固定安装在安装座上，调节柱的一端与固定安装块螺纹连接，另一端则面向支撑座分体设置，且调节柱通过锁紧螺母与固定安装块紧固，弹性连接件的两端分别与调节柱上的凸缘和支撑座分体相抵触。

所述安装座包括机座、内端盖以及外端盖；内端盖开设有半封闭内端盖槽；外端盖与基座固定，且外端盖封接内端盖槽的敞口端以形成安置腔，转子安装孔为外端盖与内端盖槽的槽底沿中心开设的贯通通孔；滚动轴承以及支撑座均置于安置腔内；且支撑座分体与内端盖槽的槽底定位连接，而固定安装块则与内端盖槽固定。

所述调节柱与固定安装块螺纹连接，且调节柱通过锁紧螺母与固定安装块紧固，弹性连接件的两端分别与锁紧螺母和支撑座分体相抵触。

支撑座的内圆与滚动轴承之间存在的径向间隙为0.2mm。

各支撑座分体靠近滚动轴承的内圈端均通过第一定位销与内端盖定位设置；支撑座调节装置设置于背离滚动轴承的支撑座分体尾端，而第二定位销设置于第一定位销和支撑座调节装置之间。

所述支撑座分体为2-200个。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：

本发明将滚动轴承以过盈配合安装在转子组件上随转子组件一起转动，而滚动轴承的外圈与支撑座之间存有磁悬浮轴承系统正常工作所需要的径向间隙。当磁悬浮轴承失效后，转子组件发生跌落，滚动轴承外圈首先与部分支撑座分体接触而产生摩擦力，在摩擦力的作用下带动该支撑座分体围绕其定位销（第一定位销、第二定位销）作定点摆动，并通过环形连接件带动其他支撑座分体也同时围绕各自的定位销作相同的定点摆动。此时首先与滚动轴承外圈接触的支撑座分体会推动滚动轴承连同转子组件向装置中心移动，当转子组件回到装置中心时，每个支撑座分体都与滚动轴承外圈接触，相当于所有支撑座分体的内圆端面与滚动轴承外圈之间的最小间隙变为零，这样就消除了滚动轴承外圈与支撑座分体之间的间隙。接着转子组件仍然绕着磁悬浮轴承系统正常工作时的旋转中心旋转，既不会发生转子跌落，也不会对滚动轴承产生冲击和振动，更加不会使转子产生涡动，减小了作用在滚动轴承上的动载荷，提高了保护轴承的寿命。当磁悬浮轴承系统恢复正常时，所有支撑座分体会在弹性连接件的作用下回到初始位置并释放滚动轴承外圈，保证磁悬浮轴承系统可以在不停机的情形下重新正常工作。

附图说明

图1是本发明所述径向保护轴承装置的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖视图；

其中：1、转子组件，2、滚动轴承，3、第一定位销，4、第二定位销，5、支撑座分体，6、内端盖，7、环形连接件，8、内端盖槽，9、第一组螺钉，10、固定螺母，11、调节螺钉，12、锁紧螺母，13、弹簧，14、第二组螺钉，15、外端盖，16、第三组螺钉，17、机座。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本发明所述自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括机座、内端盖、外端盖、滚动轴承、转子组件以及支撑座；机座、内端盖、外端盖三者连接后构成安装座；其中：

外端盖与基座固定，内端盖敞口设置内端盖槽，且外端盖封接内端盖槽的敞口端以形成安置腔，同时外端盖与内端盖沿中心开设贯通的通孔；

转子组件穿过通孔放置，滚动轴承以及支撑座均置于安置腔内，滚动轴承与转子组件过盈配合连接，支撑座与转子组件同心设置，且支撑座的内圆与滚动轴承之间存在适宜的径向间隙，一般来说，支撑座的内圆与滚动轴承之间存在的径向间隙为0.2mm，即可满足磁悬浮轴承系统正常工作所需要的间隙；

支撑座包括2个以上的支撑座分体，一般为2-200个即可，各支撑座分体周向均布在滚动轴承的外围，且各支撑座分体均通过第一定位销与内端盖定位设置，同时各支撑座分体通过环形连接件连接成一体，该环形连接件与各支撑座分体均通过第二定位销定位连接；

至少有一个支撑座分体配置支撑座调节装置，该支撑座调节装置包括两组用于调整支撑座分体与转子组件同心度的弹性连接件，即该弹性连接件可以将支撑座分体在转子组件跌落后，在各支撑座分体的带动下恢复正常后，将各支撑座分体调整到与转子组件同心；所述的两组弹性连接件相对地置于支撑座分体两侧，每一组弹性连接件的一端与长度相对于支撑座分体可调的调节柱组件相连接，另一端则与支撑座分体相抵触；所述调节柱组件与安装座固定。所述调节柱组件包括调节柱以及固定安装块；固定安装块固定安装在安装座上，调节柱由连接成一体的螺纹段和光柱段（即不开设螺纹段）组成，且螺纹段和光柱段之间存在凸缘；其中，调节柱的螺纹段与固定安装块螺纹连接，且调节柱的螺纹段通过锁紧螺母与固定安装块紧固，调节柱的光柱段则面向支撑座分体4设置，且调节柱的光柱段外围套接弹性连接件，弹性连接件的两端分别与调节柱上的凸缘和支撑座分体4相抵触。另外，调节柱与固定安装块之间的连接方式可以更改为定位孔、定位销组合连接，即在调节柱上开设多个定位孔，再在固定安装块上开设一个安装孔，通过移动调节柱，实现安装孔和不同定位孔对准后，采用定位销固紧；这种方式可以有效地改变调节柱与支撑座分体之间的距离，进而改变弹性连接件的伸缩。

本发明中，所采用的调节柱为调节螺钉，所采用的固定安装块为固定螺母，所采用的弹性连接件为弹簧，所采用的环形连接件为一环形连杆。

因此，本发明所述滚动轴承2的外圈与各支撑座分体5的内孔表面是同心圆，两者之间的径向间隙始终是均匀的（大小约为0.2mm），两者互不接触；当磁悬浮轴承失效后，转子组件1和滚动轴承2一起跌落到部分支撑座分体5的内孔表面上并产生了较大的摩擦力，在跌落瞬间，转子组件1和滚动轴承2是高速旋转的，因此在摩擦力的作用下带动部分支撑座分体5绕第一定位销3作定点摆动，由于所有的支撑座分体5用环形连杆7相互连接在一起，只要任何一个支撑座分体5摆动，必然导致所有的支撑座分体5绕各自的第一定位销3作定点摆动，摆动后，滚动轴承2的外圈与接触的支撑座分体5的内孔表面不再是同心圆，不同角度处的径向间隙大小不等，在摩擦力的作用下，滚动轴承2的外圈与支撑座分体5的内孔表面之间的最小间隙迅速减小为零，从而消除了滚动轴承2的外圈与支撑座分体5之间的径向间隙。消除了跌落后转子组件1对滚动轴承2的冲击，减小了作用在滚动轴承2上的动载荷，可显著提高磁悬浮轴承系统中径向保护轴承的寿命。此装置可以对转子组件1沿着顺时针或逆时针两个方向旋转的跌落起保护作用，并且当磁悬浮轴承系统恢复正常后，此装置可以在不停机的情形下重新恢复到初始状态，即转子组件1表面与支撑座分体5的内孔表面是同心圆，两者之间的径向间隙均匀大小约为0.2mm，两者互不接触。

根据以上的技术方案，可知本发明的工作原理是：

在磁悬浮轴承系统正常工作时，通过调节调节螺钉11在固定螺母10内的旋入深度，调节作用于支撑座分体5尾部的对立安装的弹簧13长度，并通过环形连杆7作用使得每个支撑座分体5处于内端盖槽8内的中间位置，即此时每个支撑座分体5内孔表面与滚动轴承2外圈的间隙均匀相等。此时滚动轴承2随着转子组件1一起高速转动并稳定悬浮在装置的中心位置。当磁悬浮轴承系统失效后，滚动轴承2的外圈随着转子组件1一同跌落到部分支撑座分体5上，此时滚动轴承2外圈与支撑座分体5的内孔表面之间一方面存在很大的相对速度，另一方面有摩擦力作用，滚动轴承2外圈会带动接触的支撑座分体5沿着其转动方向绕各自的第一定位销3发生一定角度的定点摆动，其效果是接触的支撑座分体5的内孔表面与滚动轴承2外圈的接触处到其摆动中心的距离变长，推动转子组件1向装置的中心移动，并且由于环形连杆7的作用，接触的支撑座分体5会带动其他支撑座分体5同时围绕各自的第一定位销3产生相同角度的摆动，即所有的支撑座分体5围绕各自的定位销3沿着滚动轴承2外圈的转动方向同时产生相同角度的摆动。当每个支撑座分体5的内孔表面与滚动轴承2外圈的接触处到各自的摆动中心的距离增加的长度和保护间隙大小相等时，就相当于转子组件1仍然围绕磁悬浮轴承系统正常工作时的旋转中心旋转，不会发生转子跌落，也不会对滚动轴承2产生反复冲击和振动，更加不会产生涡动，显著提高了径向保护轴承装置的寿命。而且当磁悬浮轴承系统恢复工作时，支撑座分体5会在弹簧13的作用下释放滚动轴承2并回到初始位置，完全不影响磁悬浮轴承系统在不停机的情形下重新正常工作。

Claims

1.一种自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括安装座、穿过安装座上所开设的转子安装孔放置的转子组件以及径向保护轴承，该径向保护轴承包括滚动轴承，其特征在于：所述滚动轴承的内圈与转子组件的外圆过盈配合连接；所述径向保护轴承还包括支撑座，该支撑座与转子组件同心设置，且支撑座的内圆与滚动轴承外圈之间存在适宜的径向间隙；所述支撑座包括2个以上的支撑座分体，各支撑座分体周向均布在滚动轴承的外围，且各支撑座分体均通过第一定位销与安装座定位设置，同时各支撑座分体通过环形连接件连接成一体，该环形连接件与各支撑座分体均通过第二定位销定位连接；另外，至少有一个支撑座分体配置支撑座调节装置，该支撑座调节装置包括两组用于维持支撑座分体的内圆与转子组件同心度的弹性连接件，所述的两组弹性连接件相对地置于支撑座分体两侧，每一组弹性连接件的一端与长度相对于支撑座分体可调的调节柱组件相连接，另一端则与支撑座分体相抵触；所述调节柱组件与安装座固定。

2.根据权利要求1所述自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述调节柱组件包括调节柱以及固定安装块；固定安装块固定安装在安装座上，调节柱的一端与固定安装块螺纹连接，另一端则面向支撑座分体设置，且调节柱通过锁紧螺母与固定安装块紧固，弹性连接件的两端分别与调节柱上的凸缘和支撑座分体相抵触。

3.根据权利要求1或2所述自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述安装座包括机座、内端盖以及外端盖；内端盖开设有半封闭内端盖槽；外端盖与基座固定，且外端盖封接内端盖槽的敞口端以形成安置腔，转子安装孔为外端盖与内端盖槽的槽底沿中心开设的贯通通孔；滚动轴承以及支撑座均置于安置腔内；且支撑座分体与内端盖槽的槽底定位连接，而固定安装块则与内端盖槽固定。

4.根据权利要求3所述自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：支撑座的内圆与滚动轴承之间存在的径向间隙为0.2mm。

5.根据权利要求3所述自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：各支撑座分体靠近滚动轴承的内圈端均通过第一定位销与内端盖定位设置；支撑座调节装置设置于背离滚动轴承的支撑座分体尾端，而第二定位销设置于第一定位销和支撑座调节装置之间。

6.根据权利要求3所述自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述支撑座分体为2-200个。