CN103912589B - 自动消除间隙的向心推力保护轴承装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动消除磁悬浮轴承系统中保护间隙的向心推力保护轴承装置，包括转轴、转子组件、滑动块、安装座、轴承座，安装座与轴承座的内腔之间安装两个角接触球轴承；滑动块包括2个以上滑动块分体；每个滑动块分体通过滑动杆置于滑动块导槽内；所有滑动杆通过环形连接件连接成一体，环形连接件上与滑动杆对应处为腰形孔；至少有一个滑动块分体配置有滑动块保持装置；转轴与安装座之间存在适宜的轴向间隙。因此，本发明能够在磁悬浮轴承系统失效、转子跌落后对转子同时提供径向和轴向的保护，并且能够消除转子组件与滚动轴承之间的径向间隙。从而消除了高速转子跌落后对滚动轴承的振动和冲击，提高了向心推力保护轴承的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动消除间隙的向心推力保护轴承装置，在磁悬浮轴承转子跌落后对转子的径向和轴向提供保护作用，并且该向心推力保护轴承能够自动消除转子跌落后对保护轴承的反复碰撞和冲击，尤其是一种适合于高速磁悬浮轴承系统中同时承受径向载荷和轴向载荷的向心推力保护轴承，属于磁悬浮轴承系统领域。
背景技术
在磁悬浮轴承系统中，一般需要一套保护轴承（也称辅助轴承、备用轴承、保持轴承或应急轴承）在系统断电、过载、控制系统失效或者故障等突发情况下作为临时支承。向心推力保护轴承可以在径向和轴向同时承受载荷，保证高速旋转的转子不与系统的定子部分发生碰撞和摩擦，以保证整个系统的安全性和可靠性。传统的向心推力保护轴承设计一般是将滚动轴承装配在轴承座中，滚动轴承的内圈与转子之间设置的磁悬浮轴承正常工作所需的径向间隙一般为转子与径向磁悬浮轴承径向间隙的一半、轴向间隙一般为转子与轴向磁悬浮轴承轴向间隙的一半。因此，保护轴承工作时存在很大的冲击和振动，同时由于转子跌落后无法消除保护轴承与转子之间的间隙，保护轴承抵抗冲击和振动的能力差，容易导致其损坏，致使磁悬浮轴承系统损坏的严重事故。故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一般都应用于高转速场合，而转子与保护轴承之间存在的较大径向间隙，致使转子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周向布满小的滚动轴承，在转子组件跌落后，通过周边的小滚动轴承的运动以消除间隙，但是其结构非常复杂，并且由于转子直径远大于周边滚动轴承的直径，致使跌落后周向小滚动轴承的转速远大于其自身的极限转速；并且此种保护轴承装置无法对跌落的转子提供轴向保护，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保护轴承装置之间径向间隙的向心推力保护轴承装置，相当于消除了转子组件与滚动轴承内圈之间的径向间隙，从而消除了转子跌落后对滚动轴承的冲击和振动，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：
一种自动消除间隙的向心推力保护轴承装置,包括轴承座、向心推力保护轴承以及转子组件，该向心推力保护轴承包括两个角接触球轴承，所述向心推力保护轴承还包括安装座、滑动块以及环形连杆；其中：所述安装座，设置有用于安装角接触球轴承的轴承安装颈部；所述的两个角接触球轴承安装在轴承安装颈部外圆与轴承座内腔之间，且两个角接触球轴承为成对双联安装，且每个角接触球轴承的内圈与轴承安装颈部外圆为过盈配合，同时角接触球轴承的外圈安装在轴承座内，并通过轴承压盖轴向压紧；另外安装座还设置有用于放置滑动块分体的环形槽，在两侧槽壁沿着周向均匀分布于滑动块分体对应个数的弧形导槽，导槽与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐增大；安装座的内圆与转轴之间存在径向间隙L1和轴向间隙L2；所述滑动块，沿着轴向方向置于安装座的环形槽内，同时滑动块的外圆与转子组件的内圆之间存在最小径向间隙L3，径向间隙L3小于径向间隙L1；另外，滑动块包括2个以上的滑动块分体，各滑动块分体周向均布在转子组件的内腔，且各滑动块分体均通过一根滑动杆分别与安装座以及环形连接件连接，每一根滑动杆与安装座的连接位点为安装座上设置的相应弧形导槽，而滑动杆与环形连接件的连接位点则为环形连接件上对应设置的腰形孔，每一个弧形导槽均沿着转子的周向设置，而腰形孔则沿着转子的径向开设；至少有一个滑动块分体配置有滑动块保持装置，该滑动块保持装置包括一个挡块和一组弹性连接件，所述挡块与安装座固定连接或者挡块与安装座一体设置，而弹性连接件一端通过固定螺栓与安装座连接，另一端则与滑动分体连接，且弹性连接件的弹性伸缩方向与环形连接件中，穿过弹性连接件与相应滑动块分体连接位点的轴线相垂直。
所述轴承座与机座固定连接，两个角接触球轴承置于轴承座内。
所述轴承压盖通过螺钉与轴承座固定连接，轴向压紧两个角接触球轴承。
所述转子组件与转轴过盈配合连接，转子组件靠近转轴端部一侧开设有用于容纳滑动块的空腔，并且该转子组件空腔的内圆表面均布若干个螺旋形弧段；该螺旋形弧段与滑动块外圆之间沿着转子转动方向间隙逐渐减小：最小间隙为L3，最大间隙小于转子与径向磁轴承之间的间隙，并且该螺旋形弧段的数量为滑动块的整数倍。
所述滑动块分体为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：
本发明利用安装座对转子提供轴向保护，设置安装座与转子凸缘之间的间隙为轴向磁轴承与转子之间间隙的一半，在转子跌落初期，转子在轴向通过碰撞安装座而避免与轴向磁轴承碰撞，从而实现了在转子跌落初期时对磁轴承系统的轴向保护作用。同时利用在安装座环形槽内沿着转子组件周向分布安装的滑动块，每个滑动块与转子组件的内圆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，转子组件同转轴一起发生跌落，转子组件的内圆面的凸台首先与部分滑动块分体的外圆面接触并带动这些滑动块分体沿着各自的导槽滑动，并通过环形连接件带动其他滑动块分体也同时沿着各自的导槽滑动。由于滑动块的导槽设置为与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐增大，所以转子组件与滑动块分体碰撞后，所有滑动块分体在径向背离装置的中心运动，这种运动使得所有滑动块分体与转子组件的内圆面之间的间隙逐渐减小并最终减小为零，从而消除了转子组件内圆表面与所有滑动块分体之间的间隙，就相当于消除了转子与两个角接触球轴承内圈之间的径向间隙。此时转子连同整个装置及角接触球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，即不会发生转子与保护轴承的碰撞，也不会对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。由于滑动块与转子组件之间径向间隙的消除，滑动块外圆表面与转子组件内圆表面之间的摩擦力也会限制转子的轴向振动，从而在轴向也实现对转子的稳定支撑。
附图说明
图1为本发明所述自动消除间隙的向心推力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、转轴，2、转子组件，3、滑动块导槽，4、滑动块，5、滑动杆，6、安装座，7、环形连接件，8、轴承座，9、螺钉，10、轴承压盖，11、角接触轴承，12、环形槽，13、弹性连接件，14、挡块，15、固定螺栓。
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间隙的向心推力保护轴承装置,包括轴承座8、向心推力保护轴承以及转子组件2，该向心推力保护轴承包括两个角接触球11、安装座6、滑动块4以及环形连接件7；安装座6设置有用于安装角接触球轴承11的轴承安装颈部；两个角接触球轴承11安装在轴承安装颈部外圆与轴承座8内腔之间，且两个角接触球轴承11为成对双联安装，且每个角接触球轴承11的内圈与轴承安装颈部外圆为过盈配合，同时角接触球轴承11的外圈安装在轴承座8内，并通过轴承压盖10轴向压紧；另外安装座6还设置有用于放置滑动块4分体的环形槽12，在两侧槽壁沿着周向均匀分布于滑动块分体对应个数的弧形导槽3，导槽3与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐增大；安装座6的内圆与转轴1之间存在径向间隙L1和轴向间隙L2；滑动块4沿着轴向方向置于安装座的环形槽12内，同时滑动块4的外圆与转子组件2的内圆之间存在的最小径向间隙L3，径向间隙L3小于径向间隙L1；另外滑动块4包括2个以上的滑动块分体，各滑动块分体周向均布在转子组件2的内腔内，且各滑动块4分体均通过滑动杆5设置于安装座的滑动块导槽3内，同时各滑动块4分体通过环形连接件7连接成一体；该环形连接件7与滑动杆5对应处为腰形孔，环形连接件7与各滑动块4分体均通过各滑动杆5周向定位连接，但允许滑动杆5径向的位移；至少有一个滑动块分体配置滑动块保持装置，该滑动块保持装置包括一个挡块14和一组弹性连接件13用于维持滑动块分体在位置处沿着径向排布，所述的挡块14和弹性连接件13置于滑动块分体同一侧，并按照转子的旋转的反方向分布；挡块14为安装座6的突出部分，与安装座6一体；弹性连接件13的一端通过固定螺栓15与安装座6连接，另一端则与滑动块4分体连接；
轴承座8与机座固定连接，两个角接触球轴承11置于轴承座8内；轴承压盖10通过螺钉9与轴承座8固定连接，轴向压紧两个角接触球轴承11；转子组件2与转轴1过盈配合连接，转子组件2靠近转轴2端部一侧开设有用于容纳滑动块4的空腔，并且该转子组件2空腔的内圆表面均布若干个螺旋形弧段；该螺旋形弧段与滑动块4外圆之间沿着转子转动方向间隙逐渐减小：最小间隙为L3，最大间隙小于转子与径向磁轴承之间的间隙，并且该螺旋形弧段的数量为滑动块4的整数倍；滑动块4分体为2-200个
为了保证转子的正常工作，本发明所述的滑动块4与转子组件2存在径向间隙L3，为了在转子跌落后能够驱动滑动块4沿着滑动块导槽3移动，转子组件2空腔的内圆表面被设计为若干个螺旋形的弧段；该螺旋形弧段与滑动块4外圆之间沿着转子转动方向间隙逐渐减小，最大间隙小于转子与径向磁轴承之间的间隙，并且该螺旋形弧段的数量为滑动块4分体数量的整数倍；在转子跌落后，利用各螺旋形弧段之间的凸台与滑动块4之间的碰撞力驱动滑动块4沿着导槽3移动；安装座6与转轴1之间存在轴向间隙L2；轴向间隙L2小于磁悬浮轴承系统中的轴向间隙以在轴向对磁轴承系统加以保护作用。
正常工作时，弹性连接件13和挡块14使得所有滑动体4分体都处于各自的初始位置，即图1所示的滑动体分体位置处，从而不干扰转子组件2的正常运行。另外，为了使所有滑动体4分体与转子组件2的空腔内圆表面之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各滑动块4分体组成的滑动块与转子组件2同心设置，即必须保证安装座6，滑动杆5以及转子组件2三者的中心位置处于同一直线，达到滑动块4与转子组件2同心。
另外，本实施例中，所采用的环形连接件为一环形连杆，所采用的弹性连接件为拉簧，所采用的挡块为安装座上的凸块。
在磁悬浮轴承系统正常工作时，滑动块4外圆与转子组件2空腔的内圆表面之间的径向最小间隙大小约为0.15mm，两者互不接触；当磁悬浮轴承失效后，转子组件2跌落到部分滑动块4分体上并发生接触碰撞，在跌落瞬间，转子组件2是高速旋转的，由于转子组件2的空腔内圆表面的螺旋形弧段之间的凸台与滑动块4之间的碰撞驱动滑动块4沿着导槽3移动，并通过环形连接件7带动其他滑动块4分体也同时沿着各自的导槽3滑动。由于滑动块的导槽3设置为与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐增大，所以转子组件2与滑动块4分体碰撞后，所有滑动块4分体在径向背离装置的中心运动，这种运动使得所有滑动块4分体与转子组件3的内圆面之间的间隙迅速减小为零，从而消除了转子组件2内圆表面与所有滑动块4分体之间的径向间隙。另外，在磁悬浮轴承系统正常工作时，安装座6与转轴1凸缘之间的轴向间隙约为0.2mm，两者互不接触；在磁悬浮轴承失效后的初始阶段，转轴1在轴向与安装座6发生碰撞，避免了转轴1与轴向磁轴承碰撞的可能，从而在轴向对磁轴承系统施加保护作用；当滑动块4分体与转子组件2之间的径向间隙消除后，滑动块4分体与转子组件2内圆表面接触处产生的摩擦力的轴向分力对转轴1的轴向振动施加以约束作用，并最终消除转轴1的轴向振动。由于配置有滑动块4的安装座6安装于两个角接触球轴承11的内圈，所以此时就相当于消除了转轴1与角接触球轴承11内圈之间的径向间隙。消除了跌落后转子对保护轴承的冲击，减小了作用在保护轴承上的动载荷，可显着提高磁悬浮轴承系统中向心推力保护轴承的寿命。
本发明的工作原理是：
安装时，利用作用于滑动块4分体的弹性连接件13和挡块14，使得滑动,4分体处于初始位置（位置），并且通过环形连杆4作用使得每个滑动块分体6都处于这种初始位置。在磁悬浮轴承系统正常运行时，每个滑动块4分体与转子组件2空腔内圆表面之间的最小径向间隙相等约为0.15mm。当磁悬浮轴承系统失效后，转子组件2跌落到部分滑动块4分体上，此时转子组件2空腔的内圆表面与滑动块4分体的外圆之间一方面存在很大的相对速度，另一方面有碰撞力作用，转子组件2的空腔内圆表面的螺旋形弧段之间的凸台与滑动块4之间的碰撞力会驱动滑动块4沿着导槽3移动，通过环形连接件7作用，其他滑动块4分体也同时会沿着各自的导槽3滑动。由于滑动块的导槽3设置为与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐增大，所以转子组件2与滑动块4分体碰撞后，所有滑动块4分体在径向背离装置的中心运动，当滑动块4沿着导槽3滑动的径向位移和径向保护间隙大小相等时（滑动块运动到位置B），就相当于完全消除了转子组件2与所有滑动块4分体之间的径向间隙。由于滑动块4分体与转子组件2接触处产生的轴向摩擦分力同时会消除转轴1的轴向振动。此时，就相当于转子组件2在径向仍然处于磁悬浮轴承系统正常工作时的位置而在轴向处于轴向保护间隙内的某一位置，并且所有滑动块4分体连同环形连接件7、安装座6和两个角接触球轴承11一起随着转子组件2一同转动，即不会发生转子碰撞，也不会对保护轴承11产生冲击和振动，更加不会产生涡动，显著提高了向心推力保护轴承装置的寿命。
Claims (5)
1.一种自动消除间隙的向心推力保护轴承装置,包括轴承座、向心推力保护轴承以及转子组件，该向心推力保护轴承包括两个角接触球轴承，其特征在于：所述向心推力保护轴承还包括安装座、滑动块以及环形连杆；其中：
所述安装座，设置有用于安装角接触球轴承的轴承安装颈部；所述的两个角接触球轴承安装在轴承安装颈部外圆与轴承座内腔之间，且两个角接触球轴承为成对双联安装，且每个角接触球轴承的内圈与轴承安装颈部外圆为过盈配合，同时角接触球轴承的外圈安装在轴承座内，并通过轴承压盖轴向压紧；另外安装座还设置有用于放置滑动块分体的环形槽，在两侧槽壁沿着周向均匀分布于滑动块分体对应个数的弧形导槽，导槽与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐增大；安装座的内圆与转轴之间存在径向间隙L1和轴向间隙L2；
所述滑动块，沿着轴向方向置于安装座的环形槽内，同时滑动块的外圆与转子组件的内圆之间存在最小径向间隙L3，最小径向间隙L3小于径向间隙L1；另外，滑动块包括2个以上的滑动块分体，各滑动块分体周向均布在转子组件的内腔，且各滑动块分体均通过一根滑动杆分别与安装座以及环形连接件连接，每一根滑动杆与安装座的连接位点为安装座上设置的相应弧形导槽，而滑动杆与环形连接件的连接位点则为环形连接件上对应设置的腰形孔，每一个弧形导槽均沿着转子的周向设置，而腰形孔则沿着转子的径向开设；至少有一个滑动块分体配置有滑动块保持装置，该滑动块保持装置包括一个挡块和一组弹性连接件，所述挡块与安装座固定连接或者挡块与安装座一体设置，而弹性连接件一端通过固定螺栓与安装座连接，另一端则与滑动分体连接，且弹性连接件的弹性伸缩方向与环形连接件中，穿过弹性连接件与相应滑动块分体连接位点的轴线相垂直。
2.根据权利要求1所述自动消除间隙的向心推力保护轴承装置，其特征在于：所述轴承座与机座固定连接，两个角接触球轴承置于轴承座内。
3.根据权利要求1所述自动消除间隙的向心推力保护轴承装置，其特征在于：所述轴承压盖通过螺钉与轴承座固定连接，轴向压紧两个角接触球轴承。
4.根据权利要求1所述自动消除间隙的向心推力保护轴承装置，其特征在于：所述转子组件与转轴过盈配合连接，转子组件靠近转轴端部一侧开设有用于容纳滑动块的空腔，并且该转子组件空腔的内圆表面均布若干个螺旋形弧段；该螺旋形弧段与滑动块外圆之间沿着转子转动方向间隙逐渐减小：最小径向间隙为L3，最大间隙小于转子与径向磁轴承之间的间隙，并且该螺旋形弧段的数量为滑动块的整数倍。
5.根据权利要求1所述自动消除间隙的向心推力保护轴承装置，其特征在于：所述滑动块分体为2-200个。
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