CN103982544A - 一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，属于磁悬浮轴承系统领域。本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，包括固定支承座、可滑动支撑座、滚珠导轨和电磁铁控制系统；固定支承座通过滚珠导轨与可滑动支撑座相连；可滑动支撑座的上方设有铁芯，且该铁芯与可滑动支撑座固连；铁芯的两侧均设有一组电磁铁，该电磁铁安装于基体的内底面；电磁铁控制系统与电磁铁相连。本发明结构设计简单，安装方便，可以自动消除和恢复保护间隙，不仅提高了保护轴承的寿命，而且能够确保磁悬浮轴承系统在不停机的情形下重新正常工作。

Description

一种自动消除和恢复保护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，更具体地说，涉及一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置。

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，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，避免转子与电磁轴承的直接接触，达到保护磁悬浮轴承和转子的目的。

磁悬浮轴承的转速一般都很高，而转子组件与滚动轴承内圈之间有较大的径向间隙，转子组件在跌落到保护轴承上时会产生很大的冲击。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，这种设计使得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，进而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。

目前常用的方法有：1)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；2)通过弹性阻尼器来吸收由于转子组件和滚动轴承内圈之间的径向间隙而产生的冲击能量，结构非常复杂，同样没有从根本上解决冲击问题；3)通过滚动轴承的摩擦力矩带动连杆机构来消除滚动轴承外圈与支撑座之间间隙，但是滚动轴承的摩擦力矩往往较小不足以驱动连杆机构快速消除保护间隙，且很难选择合适的弹簧来及时恢复保护间隙；4)其他保护轴承存在的问题主要是无法在转子跌落后消除其与转子组件之间的间隙，并且抵抗冲击和振动的能力差，因此常常会发生由于保护轴承损毁而损坏磁悬浮轴承系统的严重事故。

如中国专利申请号201110428673.3，申请公告日为2012年7月4日，发明创造名称为：自动消除滚动轴承外圈径向间隙的径向保护轴承装置，该申请案涉及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，该申请案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；但是该申请案结构设计复杂，且实施时不易消除转子组件对滚动轴承的冲击和振动。

又如中国专利申请号201110078349.3，申请公告日为2011年8月10日，发明创造名称为：一种径向保护轴承，该申请案涉及一种径向保护轴承，属于磁悬浮轴承系统领域。该径向保护轴承，包括螺钉、端盖、滚动轴承、开缝护套、转子组件、机座。该径向保护轴承，可承受径向载荷，通过开缝护套在离心力作用下，开缝段沿着径向变形来减小转子组件与滚动轴承内圈之间的径向间隙，同时形成悬臂梁结构，在降低冲击产生的能量同时大大简化了径向保护轴承的结构，提高了保护轴承的寿命；但是该申请案为了使滚动轴承所承受的冲击最小化，仍需要进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中磁悬浮轴承系统失效后转子组件跌落后对保护轴承产生很大的冲击与振动的不足，提供了一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，采用本发明的技术方案，结构设计简单，安装方便，在磁悬浮轴承系统失效后，通过控制电磁铁消除保护间隙，从而降低转子组件跌落后对滚动轴承的冲击和振动，提高保护轴承的可靠性和安全性，在磁悬浮轴承系统恢复正常后，控制电磁铁恢复保护间隙，能够确保磁悬浮轴承系统在不停机的情形下重新正常工作，以满足高速磁悬浮轴承系统在不同应用场合的需要。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，包括固定支承座、可滑动支撑座、滚珠导轨和电磁铁控制系统；所述的固定支承座包括截面为“凵”字形的圆柱状基体、延伸臂和放置槽，所述的基体的内壁上径向对称延伸有端面为圆弧面的延伸臂；所述的基体的内壁上径向对称延伸有用于放置滚珠导轨的放置槽；所述的可滑动支撑座的一端通过滚珠导轨安装在放置槽内；所述的可滑动支撑座的另一端为圆弧形夹块，该夹块和上述延伸臂所在的圆弧为同心圆弧；所述的可滑动支撑座的上方设有铁芯，且该铁芯与可滑动支撑座固连；所述的铁芯的两侧均设有一组电磁铁，该电磁铁安装于基体的内底面；所述的电磁铁控制系统与电磁铁相连。

更进一步地，所述的延伸臂和放置槽均设置有两个，且该放置槽与延伸臂相互垂直设置。

更进一步地，所述的铁芯与可滑动支撑座相互垂直。

更进一步地，所述的铁芯与可滑动支撑座之间通过销钉连接，且该销钉对应在铁芯上的位置为铁芯的中心。

更进一步地，所述的两组电磁铁对称设置在铁芯的两侧，且每组有两个电磁铁，该两个电磁铁对称设置。

更进一步地，所述的可滑动支撑座的底面与基体的内底面之间存在间隙。

更进一步地，所述的电磁铁控制系统包括功率放大器、磁悬浮轴承系统中的控制器和磁悬浮轴承系统中的位移传感器，所述的位移传感器与控制器相连；所述的控制器与功率放大器相连，该功率放大器与电磁铁相连。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其可滑动支撑座的运动由电磁铁产生的电磁力吸合铁芯来控制，通过控制滑动支撑座的运动来达到消除和恢复保护间隙的目的；

(2)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其固定支承座的基体的内壁上径向对称延伸有端面为圆弧面的延伸臂，固定支承座的基体的内壁上径向对称延伸有用于放置滚珠导轨的放置槽，上述的延伸臂和放置槽相互垂直设置，且该延伸臂与磁悬浮轴承径向电磁铁的安装方向相同，一方面有利于磁悬浮轴承系统中位移传感器的标定与调试，另一方面有利于提高装置承受转子组件冲击的能力，也便于快速地消除保护间隙；

(3)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其铁芯与可滑动支撑座相互垂直，保证铁芯所受电磁力的方向与可滑动支撑座的移动方向相同，有利于装置更为快速地消除和恢复保护间隙；

(4)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其铁芯与可滑动支撑座之间通过销钉连接，采用销钉连接，拆装方便，且该销钉对应在铁芯上的位置为铁芯的中心，避免了由于电磁力距不平衡而引起的铁芯位置偏转，从而影响可滑动支撑座的运动位移；

(5)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其两组电磁铁对称设置在铁芯的两侧，且每组有两个电磁铁，该两个电磁铁对称设置，使得电磁铁产生的电磁力吸合铁芯时铁芯所受力距平衡，确保了铁芯在电磁力作用下不产生位置偏转，保证可滑动支撑座运动位移，可靠地实现消除和恢复保护间隙的目的；

(6)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其可滑动支撑座的底面与基体的内底面之间存在间隙，即可滑动支撑座只是通过滚珠导轨固定在基体上，最大程度上降低了可滑动支撑座移动过程中的摩擦阻力；

(7)本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其电磁铁控制系统与电磁铁相连，可以控制装置自动消除和恢复保护间隙。

附图说明

图1为本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置的主视图；

图2为本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置的俯视图；

图3为本发明中固定支承座的俯视图；

图4为本发明中可滑动支撑座的俯视图；

图5为本发明中电磁铁控制系统的连接图。

示意图中的标号说明：1、转子组件；2、滚动轴承；3、销钉；4、滚珠导轨；5、可滑动支撑座；51、夹块；6、铁芯；7、电磁铁；8、固定支承座；81、基体；82、延伸臂；83、放置槽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

结合图1、图2和图5，本实施例的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，包括固定支承座8、滚动轴承2、可滑动支撑座5和滚珠导轨4；固定支承座8包括截面为“凵”字形的圆柱状基体81、延伸臂82和放置槽83(如图3所示)，基体81的内壁上径向对称延伸有端面为圆弧面的延伸臂82，基体81的内壁上径向对称延伸有用于放置滚珠导轨4的放置槽83，本实施例中延伸臂82和放置槽83均设置有两个，且该放置槽83与延伸臂82相互垂直设置，该延伸臂82与磁悬浮轴承径向电磁铁7的安装方向相同，一方面有利于磁悬浮轴承系统中位移传感器的标定与调试，另一方面有利于提高装置承受转子组件1冲击的能力，也便于快速地消除保护间隙；可滑动支撑座5的一端通过滚珠导轨4安装在放置槽83内，且该可滑动支撑座5的底面与基体81的内底面之间存在间隙，即可滑动支撑座5只是通过滚珠导轨4固定在基体81上，最大程度上降低了可滑动支撑座5移动过程中的摩擦阻力；可滑动支撑座5的另一端为圆弧形夹块51(如图4所示)，该夹块51和上述延伸臂82所在的圆弧为同心圆弧；可滑动支撑座5的上方设有铁芯6，该铁芯6与可滑动支撑座5相互垂直，保证铁芯6所受电磁力的方向与可滑动支撑座5的移动方向相同，有利于装置更为快速地消除和恢复保护间隙，且铁芯6与可滑动支撑座5固连，本实施例中铁芯6与可滑动支撑座5之间通过销钉3连接，拆装方便，且该销钉3对应在铁芯6上的位置为铁芯6的中心，避免了由于电磁力距不平衡而引起的铁芯6位置偏转，从而影响可滑动支撑座5的运动位移；铁芯6的两侧均设有一组电磁铁7，该电磁铁7安装于基体81的内底面，本实施例中两组电磁铁7对称设置在铁芯6的两侧，且每组有两个电磁铁7，该两个电磁铁7对称设置，确保了铁芯6在电磁力作用下不产生位置偏转，保证可滑动支撑座5运动位移，可靠地实现消除和恢复保护间隙的目的；电磁铁控制系统与电磁铁7相连，可以控制装置自动消除和恢复保护间隙；电磁铁控制系统包括功率放大器、磁悬浮轴承系统中的控制器和磁悬浮轴承系统中的位移传感器，位移传感器与控制器相连；控制器与功率放大器相连，该功率放大器与电磁铁7相连。

使用时转子组件1穿过固定支承座8上开设的转子安装孔放置，滚动轴承2的内圈与转子组件1的外圆过盈配合连接，使得滚动轴承2随着转子组件1一起转动，安装后为了满足了磁悬浮轴承系统正常工作所需要的间隙，该延伸臂82的内圆与滚动轴承2的外圈之间存在适宜的径向间隙，该径向间隙即为保护间隙，且该径向间隙为径向磁悬浮轴承气隙的一半，夹块51的内圆与滚动轴承2的外圈之间存在适宜的径向间隙，该径向间隙即为保护间隙，且该夹块51的内圆与滚动轴承2的外圈之间存在的径向最大间隙为径向磁悬浮轴承气隙的一半。

工作时磁悬浮轴承系统中的位移传感器实时检测转子组件1的实时振动位移，并将检测到的振动位移信号传送给控制器，控制器进行判断，当转子组件1的振动位移超出设定阀值时，控制器控制位于铁芯6内侧且与功率放大器相连的电磁铁7通电，电磁铁7产生电磁力使铁芯6带动可滑动支撑座5沿滚珠导轨4径向向里移动，且移动到径向最小位移处即可滑动支撑座5与滚动轴承2之间的保护间隙为零，以消除滚动轴承2外圈与可滑动支撑座5的夹块51内圆之间的保护间隙，并保留一定的电磁力，使滚动轴承2随着转子组件2稳定在装置的中心位置高速旋转；当转子组件1的振动位移在设定阀值范围内时，控制器控制位于铁芯6外侧且与功率放大器相连的电磁铁7通电，电磁铁7产生电磁力使铁芯6带动可滑动支撑座5沿滚珠导轨4径向向外移动，且移动到径向最大位移处即可滑动支撑座5与滚动轴承2之间的保护间隙为径向磁悬浮轴承气隙的一半，并保留一定的电磁力，以维持固定的保护间隙，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，滚动轴承2外圈与可滑动支撑座5不发生接触；整个工作过程中磁悬浮轴承系统失效时能够自动消除保护间隙，转子组件1仍然绕着磁悬浮轴承系统正常工作时的旋转中心旋转，即不会造成转子组件1跌落对滚动轴承2和安装滚动轴承2的装置产生剧烈冲击和振动，更加不会使转子组件1产生涡动，减小了作用在滚动轴承2上的动载荷，提高了保护轴承的寿命，而在磁悬浮轴承系统恢复工作时，能够自动恢复保护间隙，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。

本发明的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，结构设计简单，安装方便，可以自动消除和恢复保护间隙，不仅提高了保护轴承的寿命，而且能够确保磁悬浮轴承系统在不停机的情形下重新正常工作。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：包括固定支承座(8)、可滑动支撑座(5)、滚珠导轨(4)和电磁铁控制系统；所述的固定支承座(8)包括截面为“凵”字形的圆柱状基体(81)、延伸臂(82)和放置槽(83)，所述的基体(81)的内壁上径向对称延伸有端面为圆弧面的延伸臂(82)；所述的基体(81)的内壁上径向对称延伸有用于放置滚珠导轨(4)的放置槽(83)；所述的可滑动支撑座(5)的一端通过滚珠导轨(4)安装在放置槽(83)内；所述的可滑动支撑座(5)的另一端为圆弧形夹块(51)，该夹块(51)和上述延伸臂(82)所在的圆弧为同心圆弧；所述的夹块(51)的内圆与滚动轴承(2)的外圈之间存在适宜的径向间隙；所述的可滑动支撑座(5)的上方设有铁芯(6)，且该铁芯(6)与可滑动支撑座(5)固连；所述的铁芯(6)的两侧均设有一组电磁铁(7)，该电磁铁(7)安装于基体(81)的内底面；所述的电磁铁控制系统与电磁铁(7)相连。

2.根据权利要求1所述的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述的延伸臂(82)和放置槽(83)均设置有两个，且该放置槽(83)与延伸臂(82)相互垂直设置。

3.根据权利要求2所述的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述的铁芯(6)与可滑动支撑座(5)相互垂直。

4.根据权利要求3所述的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述的铁芯(6)与可滑动支撑座(5)之间通过销钉(3)连接，且该销钉(3)对应在铁芯(6)上的位置为铁芯(6)的中心。

5.根据权利要求4所述的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述的两组电磁铁(7)对称设置在铁芯(6)的两侧，且每组有两个电磁铁(7)，该两个电磁铁(7)对称设置。

6.根据权利要求5所述的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述的可滑动支撑座(5)的底面与基体(81)的内底面之间存在间隙。

7.根据权利要求6所述的一种自动消除和恢复保护间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：所述的电磁铁控制系统包括功率放大器、磁悬浮轴承系统中的控制器和磁悬浮轴承系统中的位移传感器，所述的位移传感器与控制器相连；所述的控制器与功率放大器相连，该功率放大器与电磁铁(7)相连。