CN102562799A

CN102562799A - 自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置

Info

Publication number: CN102562799A
Application number: CN2011104275921A
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: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102562799B

Abstract

本发明公开了一种自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括外层安装座、内层安装座、支撑座以及转子组件，内层安装座的轴承安装颈部与外层安装座的内腔之间安装滚动轴承；支撑座的内圆与转子组件同心设置，支撑座包括2个以上通过第一定位销与内层安装座定位设置的支撑座分体，各支撑座分体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能够维持支撑座与转子组件同心度的支撑座调节装置。因此，本发明能够在磁悬浮轴承系统失效、转子跌落后自动消除转子组件与滚动轴承之间径向间隙，从而消除了转子组件跌落后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，以满足高速磁悬浮轴承系统需要。

Description

自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置

技术领域

本发明涉及一种自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置，消除了转子跌落时对滚动轴承的反复冲击和碰撞，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，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。目前有一种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，提供一种在磁悬浮轴承系统失效、转子跌落后可自动消除转子组件与径向保护轴承之间径向间隙的装置，相当于消除了转子组件与滚动轴承内圈之间的径向间隙，从而消除了转子组件跌落后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，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内圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括外层安装座、径向保护轴承以及转子组件，该径向保护轴承包括滚动轴承、内层安装座以及支撑座；所述内层安装座置于外层安装座的内腔与转子组件的外圆之间，且内层安装座设置有两个用于安装滚动轴承的轴承安装颈部；每一个轴承安装颈部外圆与外层安装座的内腔之间安装一个滚动轴承，该滚动轴承的内圈与轴承安装颈部外圆为过盈配合，同时轴承安装颈部的内圆与转子组件之间存在径向间隙L1；支撑座置于两个轴承安装颈部之间，且支撑座的内圆与转子组件同心设置，同时支撑座的内圆与转子组件外圆之间存在径向间隙L2，径向间隙L2小于径向间隙L1；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转子组件的外围，且各支撑座分体均通过第一定位销与内层安装座定位设置，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；调节柱组件安装在内层安装座上。

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，弹性连接件套接于调节柱的外围，且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。

所述内层安装座包括底盖以及置于底盖上方的压盖；底盖和压盖相背离的端部均分别对应设置成轴承安装颈部，而底盖和压盖相邻的端部通过第一组螺钉连接成一体，且底盖和压盖之间存在用于置放支撑座的安置腔。

所述底盖开设用于置放支撑座的半封闭底盖槽，压盖封接半封闭底盖槽以形成安置腔；各支撑座分体靠近转子组件的内圆端部均通过第一定位销与底盖定位设置；支撑座调节装置设置于背离转子组件的支撑座分体尾端，而第二定位销设置于第一定位销和支撑座调节装置之间。

所述外层安装座包括机座、内端盖以及外端盖，所述内端盖、外端盖通过第四组螺钉连接成一体，且内端盖、外端盖通过第三组螺钉与机座固定连接。

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：

本发明利用在底盖槽内沿着转子组件周向安装的支撑座，每个支撑座与转子组件之间存在磁悬浮轴承系统正常工作时的径向间隙。当磁悬浮轴承失效后，转子组件发生跌落，转子组件的外圆面首先与部分支撑座分体的内圆面接触而产生摩擦力，在摩擦力的带动下支撑座分体围绕其自身定位销作定点摆动，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。此时首先与转子接触的支撑座分体会推动转子组件向装置的中心移动，当转子回到装置中心时，每个支撑座分体的内圆面都与转子组件外表面接触，相当于所有支撑座分体的内圆表面与转子组件之间的最小间隙变为零，这样就消除了转子外表面与支撑座分体之间的间隙。此时转子组件连同整个装置及滚动轴承内圈一起仍然绕着磁悬浮轴承系统正常工作时的旋转中心旋转，即不会发生转子跌落，也不会对径向保护轴承产生反复冲击和振动，更加不会产生涡动，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。并且当磁悬浮轴承系统恢复工作时，所有支撑座会在弹性连接件的作用下回到初始位置并释放转子，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为本发明所述自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置的结构示意图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图中：1、转子组件，2、第一定位销，3、第二定位销，4、支撑座分体，5、底盖，6、压盖，7、滚动轴承，8、环形连接件，9、第一组螺钉，10、底盖槽，11、第二组螺钉，12、固定安装块，13、调节柱，14、锁紧螺母，15、弹簧，16、内端盖，17、外端盖，18、第三组螺钉，19、第四组螺钉，20、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内圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括外层安装座、径向保护轴承以及转子组件1，该径向保护轴承包括滚动轴承、内层安装座以及支撑座；所述内层安装座置于外层安装座的内腔与转子组件1的外圆之间，且内层安装座设置有两个用于安装滚动轴承的轴承安装颈部；每一个轴承安装颈部外圆与外层安装座的内腔之间安装一个滚动轴承，该滚动轴承的内圈与轴承安装颈部外圆为过盈配合，同时轴承安装颈部的内圆与转子组件1之间存在径向间隙L1和轴向间隙；支撑座置于两个轴承安装颈部之间，同时支撑座的内圆与转子组件1同心设置，且支撑座的内圆与转子组件1外圆之间存在径向间隙L2，径向间隙L2小于径向间隙L1；所述支撑座包括2个以上的支撑座分体4，各支撑座分体4周向均布在转子组件1的外围，且各支撑座分体4均通过可旋转的第一定位销2与内层安装座定位设置，同时各支撑座分体4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4均通过可转动的第二定位销3定位连接；另外，至少有一个支撑座分体4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与转子组件1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4两侧，每一组弹性连接件的一端与长度相对于支撑座分体4可调的调节柱组件相连接，另一端则与支撑座分体4相抵触；调节柱组件安装在内层安装座上；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内层安装座上，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4之间的距离，进而改变弹性连接件的伸缩。

所述内层安装座包括底盖以及置于底盖上方的压盖；底盖和压盖相背离的端部均分别对应设置成轴承安装颈部，而底盖和压盖相邻的端部通过第一组螺钉连接成一体，且底盖和压盖之间存在用于置放支撑座的安置腔；所述底盖开设用于置放支撑座的半封闭底盖槽，压盖封接半封闭底盖槽以形成安置腔；各支撑座分体4靠近转子组件1的内圆端部均通过第一定位销2与底盖定位设置；支撑座调节装置设置于背离转子组件1的支撑座分体4尾端，而第二定位销3设置于第一定位销2和支撑座调节装置之间。所述外层安装座包括机座、内端盖以及外端盖，所述内端盖、外端盖通过第四组螺钉连接成一体，且内端盖、外端盖通过第三组螺钉与机座固定连接。所述支撑座分体4为2-200个。

为保证转子组件1的正常工作，本发明所述的压盖与转子组件1存在一定的径向间隙L1和轴向间隙；底盖与转子组件1也存在一定的径向间隙L1和轴向间隙；而支撑座与转子组件1存在径向间隙L2。

正常工作时，为保持各支撑座分体4的内圆与转子组件1之间的间距一致，即具有统一的径向间隙L2，则安装时，必须保证各支撑座分体4组成的支撑座与转子组件1同心设置，换句话来说，即必须保证第一定位销2、第二定位销3以及转子组件1三者的中心处于同一直线，本发明通过设置支撑座调节装置，用以调节弹性连接件的变形量，从而调节第二定位销3的位置，促使第一定位销2、第二定位销3以及转子组件1三者的中心位置处于同一直线，达到支撑座与转子组件1同心。

另外，本实施例中，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。

在磁悬浮轴承正常工作时，转子组件1表面与支撑座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跌落到支撑座分体4上并产生较大的摩擦力，在跌落瞬间，转子组件1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4绕第一定位销2作定点摆动，由于所有的支撑座分体4用环形连杆8相互连接在一起，只要任何一个支撑座分体4摆动，必然导致所有的支撑座分体4绕各自的第一定位销2作定点摆动，摆动后，转子组件1和支撑座分体4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，转子组件1和支撑座分体4的内孔表面之间的最小间隙迅速减小为零，从而消除了转子组件1与支撑座分体4之间的径向间隙，由于支撑座分体4安装在两个滚动轴承7的内圈，就相当于消除了转子组件1与滚动轴承7内圈之间的径向间隙。消除了跌落后转子组件1对滚动轴承7的冲击，减小了作用在滚动轴承7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4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。

本发明的工作原理是：

安装时，通过调节调节螺钉在固定螺母12内的旋入深度，调节作用于支撑座分体4尾部的对立安装的弹簧15的长度，并通过环形连杆作用使得每个支撑座分体4处于底盖槽10的中间位置，即此时每个支撑座分体4的内孔表面与转子组件1的间隙均匀相等。当磁悬浮轴承系统失效后，转子组件1跌落到部分支撑座分体4上，此时转子组件1外表面与支撑座分体4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，转子组件1会带动接触的支撑座分体4沿着其转动方向围绕各自的第一定位销2发生一定角度的定点摆动，其效果是接触的支撑座分体4的内孔表面与转子组件1的接触处到其摆动中心的距离变长，推动转子组件1向装置中心移动，并且由于环形连杆8的作用，接触的支撑座分体4会带动其他支撑座分体4围绕各自的第一定位销2产生相同角度的摆动，即所有的支撑座分体4围绕各自的第一定位销2沿着转子组件1的转动方向同时产生相同角度的摆动。当每个支撑座分体4的内孔表面与转子组件1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仍然处于磁悬浮轴承系统正常工作时的位置，并且所有支撑座分体4连同环形连杆8、底盖5，压盖6和滚动轴承7一起随着转子组件1一同转动，即不会发生转子跌落，也不会对滚动轴承7产生冲击和振动，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4会在弹簧15的作用下会释放转子并回到初始位置，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内圈径向间隙的径向保护轴承装置，包括外层安装座、径向保护轴承以及转子组件，该径向保护轴承包括滚动轴承，其特征在于：所述径向保护轴承还包括内层安装座以及支撑座；其中：

所述内层安装座，置于外层安装座的内腔与转子组件的外圆之间，且内层安装座设置有两个用于安装滚动轴承的轴承安装颈部；每一个轴承安装颈部外圆与外层安装座的内腔之间安装一个滚动轴承，该滚动轴承的内圈与轴承安装颈部外圆为过盈配合，同时轴承安装颈部的内圆与转子组件之间存在径向间隙L1；

所述支撑座，置于两个轴承安装颈部之间，且支撑座的内圆与转子组件同心设置，同时支撑座的内圆与转子组件外圆之间存在径向间隙L2，径向间隙L2小于径向间隙L1；另外，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转子组件的外围，且各支撑座分体均通过第一定位销与内层安装座定位设置，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；

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；调节柱组件安装在内层安装座上。

2.根据权利要求1所述自动消除滚动轴承内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，弹性连接件套接于调节柱的外围，且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内圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述内层安装座包括底盖以及置于底盖上方的压盖；底盖和压盖相背离的端部均分别对应设置成轴承安装颈部，而底盖和压盖相邻的端部通过第一组螺钉连接成一体，且底盖和压盖之间存在用于置放支撑座的安置腔。

4.根据权利要求3所述自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述底盖开设用于置放支撑座的半封闭底盖槽，压盖封接半封闭底盖槽以形成安置腔；各支撑座分体靠近转子组件的内圆端部均通过第一定位销与底盖定位设置；支撑座调节装置设置于背离转子组件的支撑座分体尾端，而第二定位销设置于第一定位销和支撑座调节装置之间。

5.根据权利要求1所述自动消除滚动轴承内圈径向间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述外层安装座包括机座、内端盖以及外端盖，所述内端盖、外端盖通过第四组螺钉连接成一体，且内端盖、外端盖通过第三组螺钉与机座固定连接。

6.根据权利要求1所述自动消除滚动轴承内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。