CN104254699A - 滚子轴承组以及对应的旋转机器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚子轴承组，所述滚子轴承组是旋转机器的轴承座，所述滚子轴承组包括：第一角接触滚动轴承(16)，衬套所述主要角接触滚动轴承具有主要外部衬套(30)、主要内部衬套(32)和主要滚动元件(34)；辅助角接触滚动轴承(18)，所述辅助角接触滚动轴承具有辅助外部衬套(36)、辅助内部衬套(38)和辅助滚动元件(40)；底盘(20)，所述主要角接触滚动轴承和所述辅助角接触滚动轴承安装在所述底盘上。所述主要外部衬套和所述辅助外部衬套直接并排设置在所述底盘上或通过中间体的插入设置在所述底盘上；其中所述中间体的轴向刚度大于所述底盘(30)的轴向刚度，并且大于所述主要外部衬套和辅助外部衬套的轴向刚度。应用的实例例如应用于异步电动机中。

Description

滚子轴承组以及对应的旋转机器
技术领域
本发明涉及一种滚子轴承单元，所述滚子轴承单元由旋转机器的轴承座构成；所述滚子轴承组包括：
-主要角接触轴承，所述主要角接触轴承具有主要外部衬套、主要内部衬套和主要滚动元件；
-辅助角接触轴承，所述辅助角接触轴承具有辅助外部衬套、辅助内部衬套和辅助滚动元件；
-底盘，所述主要角接触轴承和所述辅助角接触轴承安装在其内。
背景技术
所属领域中已知以下类型的轴承组。例如，这些轴承组安装在异步电动机内，电动机的转子安装在主轴承内，主轴承具有磁性。
所述轴承组形成辅助轴承，也称为齿轮底盘，用于在所述主轴承故障时支撑所述轴。
所属领域中已知的齿轮组包括将两个外部衬套安装在底盘的轴向内部的元件，底盘向所述外部衬套施加轴向预加荷载并且底盘相对灵活。
此外，所述两个外部衬套布置在所述底盘内部，以便两者之间存在端隙(end-play)。
阻尼元件紧密围绕所述两个外部衬套。
轴承是陶瓷轴承元件。
所属领域中已知的轴承存在以下缺点：
当所述轴承组经历转子轴施加的径向应力时，无法确保两个轴承的同轴定位，因为两个外部衬套之间存在轴向端隙，而这是因为外部衬套与阻尼元件直接接触并且轴向预加荷载相对较弱。
所述阻尼元件无法在不抑制轴承相对于外壳内的另一个轴承的径向位移的情况下抑制所述轴的径向位移。如果所述轴出现角偏差，或者所述轴围绕垂直于其旋转轴的轴位移，则轴承彼此位移。
因此，无法确保衬套的同心布置。
由于所述轴承是角接触轴承，因此径向应力将转换成轴向反作用力，反作用于预加荷载。因此，在这种情况下，无法限定所述预加荷载。
发明内容
本发明旨在改进这些缺点并提出一种能够在作为辅助轴承时可靠运作的轴承组。
为此，本发明提出了一种上述类型的轴承组，其特征在于，外壳内设置有主要外部衬套和辅助外部衬套，
所述主要外部衬套与所述辅助外部衬套彼此紧邻；
其中两者之间设有中间元件，特别是一个单件中间元件，所述中间元件的径向刚度大于所述底盘的刚度并且大于所述主衬套和所述辅助衬套的径向刚度。
根据它们的具体实施例，所述轴承组包括一个或多个以下特性：
-所述主要外部衬套与所述辅助外部衬套接触；
-所述主要内部衬套与所述辅助内部衬套接触；
-所述主要外部衬套和所述辅助外部衬套各自包括轴承轨道，所述轴承轨道由一个部分半圆柱形轨道和一个半环形轨道限定；
-所述轴承组包括轴向紧固装置，所述轴承紧固装置借助于所述紧固装置在所述辅助外部衬套施加的轴向力的作用下的轴向刚度将所述主要外部衬套和辅助外部衬套向所述底盘紧固，其中所述轴向刚度小于或等于所述两个外部衬套在此轴向力作用下的刚度；
-所述轴向紧固装置包括固定装置和圆板，所述固定装置的轴向刚度比两个外部衬套和所述圆板的轴向刚度小10倍或以上；
-阻尼器围绕所述底盘设置，所述阻尼器的径向刚度小于所述主要角接触轴承和辅助角接触轴承；
-所述阻尼器是金属波纹板，其中波纹周向或轴向布置；
-外壳，所述底盘置于所述外壳内，其中所述底盘与所述外壳接触，并且，在必要情况下，所述阻尼器与所述底盘和所述外壳接触。
本发明还提出了一种电动机，所述电动机包括转子轴、主轴承，即磁性轴承以及滚子轴承组，其中，所述轴承组如上所述，其中所述轴承组形成辅助轴承，其中所述辅助轴承在主轴承故障的情况下支撑所述转子轴，并且所述转子以不与所述辅助轴承接触的方式安装在所述主轴承上。
附图说明
参考附图阅读以下仅作为示例的说明之后，可以更好地了解本发明，在附图中：
-图1是根据本发明的电动机的轴向截面图；
-图2是图1中的细节II的放大视图，以及
-图3是沿图2中的线III-III截取的轴向截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电动机，用通用参考数字2表示。
电动机2是一个异步电动机的实例。电动机2是一个额定速度大于6,000RPM的电动机的实例。所述额定速度优选地大于8,000RPM。
电动机2包括外壳4或壳体、轴6、转子8和定子10。
电动机2限定主轴X-X，该轴是轴6和转子8的旋转轴。在下文中，术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于主轴而言的。除非另作说明，否则下述元件的轴视作与主轴共轴。电动机2还限定中央面M-M，所述中央面垂直于主轴X-X延伸。中央面M-M置于转子8的轴的中心。
轴6和转子8的总质量大于500kg，特别的，大于750kg。
电动机2还包括两个主轴承12，所述主轴承适用于在旋转时支撑轴6，并由此而同时支撑转子8。在这种情况下，主轴承12是磁性轴承，优选地为具有活动支撑的驱动轴，所述驱动轴具有两个导向销。两个主轴承12轴向置于转子8的两侧上。
电动机2还包括两个滚子轴承组14。
每个滚子轴承组14是辅助轴承或轴承座，适用于在相关的主轴承12故障时支撑轴6。
在这种情况下，两个滚子轴承组14相同并且以相对于中央面M-M对称的方式布置在外壳4内。
在未提出的变型中，两个滚子轴承组14相对于中央面M-M对称布置。此外，滚子轴承组14中的滚子轴承可以与其他滚子轴承组14中的轴承大小不同。
在下文中，仅参考图2描述滚子轴承组14中的一个。
滚子轴承组14包括主要角接触轴承16、辅助角接触轴承18、底盘20、阻尼器22、外壳4的一部分24以及轴向紧固装置26。
两个角接触轴承16和18以X形安装。
主要角接触轴承16包括主要外部衬套30、主要内部衬套32和主要滚动元件34。在这种情况下，主要滚动元件34是滚珠。例如，主要滚动元件35由金属构成，特别是由钢构成。作为一种变型，主要滚动元件34由陶瓷构成。
辅助角接触轴承18包括辅助外部衬套36、辅助内部衬套38和辅助滚动元件40。在这种情况下，主要滚动元件40是滚珠。例如，辅助滚动元件40由金属构成，特别是由钢构成。作为一种变型，辅助滚动元件40由陶瓷构成。
在这种情况下，主要外部衬套30和辅助外部衬套36各自包括外部轨道42，所述外部轨道由半圆柱形轨道44和半环形轨道46构成。从轮廓来看，半圆柱形轨道44与半环形轨道46的轮廓接续。此外，两个外部衬套30和36的两个半圆柱形轨道44相邻。主要外部衬套30和辅助外部衬套36的两个轨道42从而在一侧轴向敞开，以便在不做任何外部检查的情况下，外部衬套30和36可以从相关滚动元件轴向拆除。
主要内部衬套32和辅助内部衬套38各自包括内部轨道，所述内部轨道排他地采用半环形的形式并且两端封闭。
主要外部衬套30和辅助外部衬套36以彼此紧邻的方式布置在底盘内。在这种情况下，主要外部衬套30和辅助外部衬套36彼此接触。
优选地，主要角接触轴承16和辅助角接触轴承18相同。唯一的区别是它们彼此对称设置。
底盘20包括用于接收滚动元件的开口50。底盘20由圆柱形壁52和圆形底壁54构成。因此，开口50由圆柱形壁52的内表面和底壁54的内表面构成。
主要外部衬套30与底壁54接触并且与圆柱形壁52接触，而辅助外部衬套36与圆柱形壁52接触，但不与底壁54接触。
主要内部衬套32与辅助内部衬套38直接接触。
主要角接触轴承16和辅助角接触轴承18安装在底盘20内。轴向紧固装置26适用于将主要外部衬套30和辅助外部衬套36向底盘20轴向紧固，确切地说，向底壁54紧固。
紧固装置26在辅助外部衬套36施加的轴向力作用下的轴向刚度等于或小于两个外部衬套30和36在此同一力作用下的刚度。换言之，轴向紧固装置26的轴向变形大于两个外部衬套30和36。
紧固装置26的轴向刚度远小于两个外部衬套的刚度(10倍或以上)。
紧固装置的轴向刚度是非常有意义的。例如，轴向刚度大于使用柔性条的当前系统的轴向刚度。
紧固用于使得外部衬套30和36接触，在紧固之前，所述外部衬套的初始间隙至少为1/100mm，优选地为几百分之一毫米。该初始间隙是轴承制造商的施工说明书中的项目。
例如，轴向紧固装置26由圆板56和固定装置58构成，所述固定装置用于将圆板56固定到底盘20。
例如，固定装置58是螺栓。
固定装置58的轴向刚度小于外部衬套组30和36的轴向刚度以及圆板56的轴向刚度。因此，在外部衬套36施加在圆板56上的轴向应变下，吸收力的是固定装置58。在所述轴向应变下，固定装置58相对于圆板56的轴向变形更大。
特别地，在滚动元件16和18的热膨胀期间，固定装置58向衬套30和36施加一定程度的轴向间隙。
在未示出的一种变型中，固定装置58是焊接点，以便将板56焊接到底盘20上。
在未示出的另一种变型中，圆板56的外直径对应于圆柱形壁52的内直径，其中圆板56具有与圆柱形壁52中设置的孔对齐的螺纹。
此外，一个或多个轴向弹簧，例如锥形弹簧垫圈或螺旋弹簧，可以置于圆板56与外部衬套36之间。
在这种情况下，每个轴向弹簧可以设置在设置在圆板56中的轴向腔内，衬套所述轴向腔对外部衬套36开放。
当处于其收紧状态中的固定装置58将圆板56朝向或逆着外部衬套56推动时，圆板56与底盘20之间存在轴向间隙j1。此轴向间隙j1不是空值。
阻尼器22围绕底盘20设置。阻尼器22的径向刚度小于角接触轴承16和18的径向刚度。在这种情况下，阻尼器22是波纹板。波纹周向延伸，如图3所示。
在未示出的一种变型中，所述波纹轴向延伸。
例如，所述波纹板由金属板构成。
阻尼器22与底盘20直接接触，并与外壳4接触。
或者，阻尼器22省略并且底盘20与外壳4直接接触。
在未示出的变型中，主要外部衬套30和辅助外部衬套36以彼此紧邻的方式布置在底盘20中。在这种情况下，主要外部衬套30和辅助外部衬套36以插入中间元件的方式，例如插入中间环置于底盘20内。中间元件与外部轴承30和36接触。中间元件的轴向刚度大于固定装置58的轴向刚度并且大于底盘的轴向刚度，特别是大于底壁54的轴向刚度。此中间元件的轴向刚度也大于主要外部衬套30和辅助外部衬套36的轴向刚度。
电动机2按以下方式工作。
当轴6安装在主轴承上时并且当主轴承12支撑轴6时，轴6以及主要内部衬套32和辅助内部衬套38限定端隙j2。轴6不与轴承组14接触，因此不与内部衬套32和38接触。
当一个或两个主轴承12故障时，特别是当转子8转动时，轴6与相关轴承组的内部衬套32和38接触。之后，转子8和轴6由轴承元件16和18承载。
由于主要外部衬套30和辅助外部衬套36的并排定位，当与轴6接触时，施加到滚动元件上的轴向力和径向力分布减小。此外，将角接触轴承16和18直接安装到底盘上能够确保两个滚动元件16和18的轴向对准得以维持。底盘20围绕垂直于X-X的轴的角偏移能够形成两个滚动元件16和18的限定角偏移。
此外，阻尼器22围绕底盘20的定位能够简便地将两个滚动元件组装到底盘上。
直接将主要外部衬套30和辅助衬套36直接安装到壁52上能够极大地促进组装。
阻尼器22围绕底盘20的定位也有助于简便组装，并且确保主要角接触轴承16和辅助角接触轴承18在与轴6接触时维持共轴。
本发明还能够普遍地适用于旋转机器，例如，适用于诸如发电机或电动机等旋转电机。旋转机器的一种变型可以是压缩机。

Claims (10)

1.一种滚子轴承组，所述滚子轴承组由旋转机器的轴承座构成；所述滚子轴承组包括：
主要角接触轴承(16)，所述主要角接触轴承具有主要外部衬套(30)、主要内部衬套(32)和主要滚动元件(34)；
辅助角接触轴承(18)，所述辅助角接触轴承具有辅助外部衬套(36)、辅助内部衬套(38)和辅助滚动元件(40)；
底盘(20)，所述主要角接触轴承和所述辅助角接触轴承安装在所述底盘中，
其特征在于，所述主要外部衬套和所述辅助外部衬套设置于所述底盘内，并且彼此紧邻；
其中两者之间设有中间元件，特别是一个单件中间元件，所述中间元件的径向刚度大于所述底盘(20)的径向刚度并且大于所述主衬套和所述辅助衬套的径向刚度。
2.根据权利要求1所述的滚子轴承组，其中，所述主要外部衬套(30)与所述辅助外部衬套(36)接触。
3.根据权利要求1或2所述的滚子轴承组，其中，所述主要内部衬套(32)与所述辅助内部衬套(38)接触。
4.根据权利要求1到3任一项所述的滚子轴承组，其中，所述主要外部衬套和辅助外部衬套各自包括轨道(42)，所述轨道由半圆柱形轨道(44)和半环形轨道(46)限定。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的滚子轴承组，其中，所述滚子轴承组包括轴向紧固装置(26)，所述轴向紧固装置借助于所述紧固装置在所述辅助外部衬套(36)施加的轴向力作用下的轴向刚度将所述主要外部衬套和辅助外部衬套(30、36)向所述底盘轴向紧固，其中所述紧固装置的轴向刚度小于或等于所述两个外部衬套(30、36)在此轴向力下的刚度。
6.根据权利要求5所述的滚子轴承组，其中，所述轴向紧固装置(26)包括固定装置(58)和圆板(56)，并且其中所述固定装置(58)的轴向刚度比所述两个外部衬套(30、36)和所述圆板(56)的轴向刚度小10倍或以上。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的滚子轴承组，其中，所述滚子轴承组包括阻尼器(22)，所述阻尼器围绕所述底盘设置，所述阻尼器的径向刚度小于所述主要角接触轴承和辅助角接触轴承(16、18)的径向刚度。
8.根据权利要求7所述的滚子轴承组，其中，所述阻尼器是波纹板，特别是金属波纹板，其中波纹是周向或轴向的。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的滚子轴承组，其中，所述滚子轴承组包括外壳(4)，其中所述底盘(20)设置于所述外壳(4)内，特别地，其中所述底盘与所述外壳接触，或者，必要时，所述阻尼器与所述底盘和所述外壳接触。
10.一种旋转机器，尤其是一种电动旋转机器，具体来说，一种电动机(2)，所述电动机包括转子轴(6)、主轴承(12)，即磁性轴承以及滚子轴承组(14)，其特征在于，所述轴承组如上所述，其中所述轴承组形成辅助轴承，所述辅助轴承在所述主轴承故障的情况下支撑所述转子轴，并且其特征在于，所述转子(6)以不与所述辅助轴承接触的方式安装在所述主轴承上。
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