CN105545952B - 滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保护轴承装置技术领域，尤其是一种滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置。径向保护轴承包括单向套筒、挡板、滚珠、环形连接件和滚动轴承。在磁悬浮轴承系统失效、转子跌落后，径向保护轴承可自动消除滚动轴承内、外圈间隙的保护轴承装置，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。

Description

滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置

技术领域

本发明涉及保护轴承装置技术领域，尤其是一种滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置。

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。双向滚动式自动消除滚动轴承内圈径向间隙的保护轴承可以在径向承受载荷，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。因此，保护轴承工作时受到很大的冲击和振动，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较差，容易导致其损坏，以致引发磁悬浮轴承系统损坏的严重事故。因此，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，而转子与保护轴承之间存在较大的径向间隙，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

为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种滚珠式自动消除滚动轴承内圈间隙的径向保护轴承装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，径向保护轴承包括单向套筒、挡板、滚珠、环形连接件和滚动轴承。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括当消除滚动轴承内圈间隙时，

滚动轴承，置于滚珠外围，并与滚珠的轴向位置对应，滚动轴承外圈安装于轴承座中，通过轴承压盖轴向压紧；

单向套筒，与转轴过盈配合连接，单向套筒外周向表面设置为与滚珠数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子转动的逆方向逐渐增加；

挡板，轴向分布于单向套筒两侧，并与单向套筒一致与转轴过盈配合连接，其旨在限定滚珠的轴向位置；

滚珠，沿着轴向方向置于单向套筒轴向中间位置，滚珠与转子为同心设置，滚珠内圆表面与单向套筒外表面接触，滚珠外圆与滚动轴承内圈存在径向保护间隙L1；另外，滚珠包括2个以上的滚珠分体，各滚珠分体分布于环形连接件中的通孔内；

环形连接件，环形连接件中沿着周向均匀分布有与滚珠分体数目对应的沿着径向开设的通孔，通孔的直径小于滚珠的直径，环形连接件的中径大于所有滚珠分体中心圆的直径。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述轴承座与机座固定连接，滚动轴承置于轴承座内。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述轴承压盖通过螺钉一与轴承座固定连接，轴向压紧滚动轴承。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，当消除滚动轴承外圈间隙时，

滚动轴承，滚动轴承内圈以过盈配合的方式安装于转子端部；

单向套筒，安装于机座，单向套筒内周向表面设置为与滚珠数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐减小；

挡板，轴向分布于单向套筒两侧，并与单向套筒一起安装于机座，通过压盖轴向压紧，其旨在限定滚珠的轴向位置；

滚珠，沿着轴向方向置于单向套筒轴向中间位置，滚珠与装置中心为同心设置，滚珠外圆表面与单向套筒内表面接触，滚珠内圆与滚动轴承外圈之间存在径向保护间隙L1；另外，滚珠包括2个以上的滚珠分体，各滚珠分体置于环形连接件中设置的通孔内；

环形连接件，环形连接件中沿着周向均匀设置有与滚珠数目对应的通孔，通孔的直径小于滚珠的直径，并且环形连接件的中径小于所有滚珠分体中心圆的直径。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述压盖通过螺钉二与机座固定连接，轴向压紧单向套筒和挡板。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述滚珠分体为2-200个。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述环形连接件为允许一定弹性变形的圆环，环形连接件的变形实现滚珠在径向具有一定的位移量。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述径向保护轴承为金属或者碳纤维/玻璃纤维制成的复合材料。

本发明的有益效果是，本发明在磁悬浮轴承系统失效、转子跌落后，可自动消除滚动轴承内、外圈间隙的保护轴承装置，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。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例一消除滚动轴承内圈间隙的径向保护轴承结构示意图。

图2是图1中A-A向剖视图。

图3是本发明实施例二消除滚动轴承外圈间隙的径向保护轴承结构示意图。

图4是图3中B-B向剖视图。

图中1、单向套筒，2、挡板，3、滚珠，4、环形连接件，5、滚动轴承，6、轴承座，7、轴承压盖，8、螺钉一，9、转轴，10、转子，11、压盖，12、螺钉二，13、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2所示，是本发明的实施例一结构示意图，包括轴承座6、径向保护轴承以及转轴9，该径向保护轴承包括滚动轴承5、单向套筒1、挡板2、滚珠3以及环形连接件4。滚动轴承5置于滚珠3外围，并与滚珠3的轴向位置对应，滚动轴承5外圈安装于轴承座6中，通过轴承压盖7轴向压紧；单向套筒1与转轴9过盈配合连接，单向套筒1外周向表面设置为与滚珠3数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子转动的逆方向逐渐增加；挡板2轴向分布于单向套筒两侧，并与单向套筒1一致与转轴9过盈配合连接，其旨在限定滚珠3的轴向位置；滚珠3沿着轴向方向置于单向套筒1轴向中间位置，滚珠3与转子为同心设置，滚珠3内圆表面与单向套筒1外表面接触，滚珠3外圆与滚动轴承5内圈存在径向保护间隙L1；另外，滚珠3包括2个以上的滚珠3分体，各滚珠3分体分布于环形连接件4中的通孔内；环形连接件4中沿着周向均匀分布有与滚珠3分体数目对应的沿着径向开设的通孔，并且通孔的直径小于滚珠3的直径，环形连接件4的中径大于所有滚珠3分体中心圆的直径。

轴承座6与机座固定连接，滚动轴承5置于轴承座内；轴承压盖7通过螺钉一8与轴承座6固定连接，轴向压紧滚动轴承5；滚珠4分体为2-200个；环形连接件4为可以允许一定弹性变形的圆环，本发明通过环形连接件4的变形实现滚珠3在径向具有一定的位移量。

磁悬浮轴承正常工作时，由于环形连接件4中开设的通孔的直径小于滚珠3的直径，并且环形连接件4的中径大于所有滚珠3分体中心圆的直径，所以所有滚珠3分体通过环形连接件4的约束时刻处于单向套筒1外表面圆弧段中距离装置中心径向距离最小的位置处，即图1所示的滚珠分体位置A处，随着转轴9一同旋转；所有滚珠3分体外圆与滚动轴承5内圈之间存在均匀的间隙，使得滚动轴承5并不干扰转轴9以及滚珠3的正常旋转。另外，为了使得所有滚珠3分体与滚动轴承5内圈之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各滚珠3分体与转子同心设置，即必须保证单向套筒1、滚珠3以及转轴9三者的中心位置处于同一直线。

本实施例一中，所采用的环形连接件4为可以允许一定弹性变形的圆环，本实施例一通过环形连接件4变形实现滚珠3在径向具有一定的位移量。

在磁悬浮轴承系统正常工作时，滚珠3外表面与滚动轴承5内圈之间的径向最小间隙大小约为0.15 mm，两者互不接触，并且转轴9与滚珠3是高速旋转的，滚动轴承5内圈处于静止状态；当磁悬浮轴承失效后，滚珠3与转轴9一同跌落，部分滚珠3分体与滚动轴承5内圈接触碰撞，滚珠3分体与滚动轴承5内圈之间产生的摩擦力带动滚珠3分体在单向套筒1外周向表面沿着转子转动的逆方向产生相对滚动，由于所有滚珠3分体通过环形连接件4连接，所有只要有一个滚珠3分体与单向套筒1产生相对滚动，其他滚珠3分体必然同时产生相同的相对滚动；由于单向套筒1中的圆弧段外表面设置为与装置中心的径向距离沿着转子转动的逆方向逐渐增大，所以当滚动分体与滚动轴承5内圈碰撞接触后，所有滚珠分体在径向背离装置的中心运动，这种运动使得所有滚珠分体与滚动轴承5内圈之间的间隙迅速减小，当所有滚珠分体都从单向套筒1外表面圆弧段的相对位置A处滚动至位置B处，滚珠分体与滚动轴承5内圈之间的间隙即减小为零，从而消除了滚动轴承5内圈内圆表面与所有滚珠分体之间的径向间隙，就相当于消除了转子与滚动轴承5内圈之间的径向间隙。消除了转子跌落后对保护轴承的冲击与振动，可显著提高磁悬浮轴承系统中径向保护轴承的寿命。

安装时，利用环形连接件4中的通孔，使得滚珠3分体都处于初始位置（位置A）。在磁悬浮轴承系统正常运行时，所有滚珠3分体处于初始位置处，与单向套筒1以及环形连接件4一起都随着转子旋转，此时每个滚珠分体与滚动轴承5内圈之间存在有磁悬浮轴承系统正常的保护间隙（一般约为0.15 mm）。当磁悬浮轴承系统失效后，滚珠3随着转子一同跌落后，部分滚珠分体与滚动轴承5内圈碰撞接触，此时滚珠3与滚动轴承5内圈之间一方面存在很大的相对速度，另一方面有碰撞力作用，滚珠3与滚动轴承5内圈之间的碰撞力产生的摩擦力使得部分滚珠分体在单向套筒1外表面发生沿着转子转动逆方向的相对滚动，通过环形连接件4的作用，其他滚珠分体也同时会相对于转子产生相同的滚动。由于单向套筒1外周向表面被设置为与滚珠数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子转动的逆方向逐渐增加，所以滚珠3与滚动轴承5内圈碰撞后，所有滚珠分体在径向背离装置的中心运动，当滚珠3沿着单向套筒1外周向表面滚动的径向距离和径向保护间隙大小相等时（滚珠滚动到相对位置B），就相当于完成消除了滚珠3与滚动轴承5内圈之间的径向间隙。此时，就相当于所有滚珠3连同环形连接件4以及滚动轴承5一起随着转子一同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与振动，提高了保护轴承的寿命。

如图3和4所示，是本发明的实施例二结构示意图，包括转子10、径向保护轴承以及机座13，该径向保护轴承包括滚动轴承5、环形连接件4、滚珠3、单向套筒1以及挡板2；滚动轴承5内圈以过盈配合的方式安装于转子10端部；单向套筒1安装于机座13，单向套筒1内周向表面设置为与滚珠3数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子10转动方向逐渐减小；挡板2轴向分布于单向套筒1两侧，并与单向套筒1一起安装于机座13，通过压盖11轴向压紧，其旨在限定滚珠3的轴向位置；滚珠3沿着轴向方向置于单向套筒1轴向中间位置，滚珠3与装置中心为同心设置，滚珠3外圆表面与单向套筒1内表面接触，滚珠3内圆与滚动轴承5外圈之间存在径向保护间隙L1；另外，滚珠3包括2个以上的滚珠分体，各滚珠分体置于环形连接件4中设置的通孔内；环形连接件4中沿着周向均匀设置有与滚珠3数目对应的通孔，通孔的直径小于滚珠3的直径，并且环形连接件4的中径小于所有滚珠3分体中心圆的直径。

压盖11通过螺钉二12与机座13固定连接，轴向压紧单向套筒5和挡板6；环形连接件4为可以允许一定弹性变形的圆环，通过环形连接件4变形实现滚珠3在径向具有一定的位移量。滚珠分体为2-200个。

磁悬浮轴承正常工作时，滚动轴承5随着转子一起旋转，环形连接件4使得所有滚珠分体时刻处于单向套筒1内表面圆弧段中距离装置中心径向距离最远的位置处，即图3所示的滚珠分体位置C处；所有滚珠分体内圆与滚动轴承5外圈之间存在均匀的间隙，使得保护轴承装置并不干扰转子10的正常旋转。另外，为了使得所有滚珠分体与滚动轴承5外圈之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各滚珠分体与转子10同心设置，即必须保证滚动轴承5、单向套筒1以及滚珠3三者的中心位置处于同一直线。

另外，本实施例二中，环形连接件4同样可以允许一定弹性变形的圆环，通过环形连接件4变形实现滚珠3在径向具有一定的位移量。

在磁悬浮轴承系统正常工作时，滚动轴承5随着转子10一起旋转，滚珠3内圆表面与转子10之间的径向间隙大小约为0.15 mm，两者互不接触，并且转子10与滚动轴承5是高速旋转的，滚珠3处于静止状态；当磁悬浮轴承失效后，滚动轴承5随着转子10一起跌落，滚动轴承5外圈与部分滚珠分体接触碰撞，滚珠分体与滚动轴承5外圈之间产生的摩擦力带动滚珠分体在单向套筒1内周向表面沿着转子10转动方向产生相对滚动，由于所有滚珠分体通过环形连接件4连接，所有只要有一个滚珠分体与单向套筒1产生相对滚动，其他滚珠分体必然同时产生相同的相对滚动；由于单向套筒1中的圆弧段内表面设置为与装置中心的径向距离沿着转子10转动方向逐渐减小，所以当滚珠分体与滚动轴承5外圈碰撞接触后，所有滚珠分体在径向接近装置的中心运动，这种运动使得所有滚珠分体与滚动轴承5外圈之间的间隙迅速减小，当所有滚珠分体都从单向套筒1内表面圆弧段的相对位置C处滚动至位置D处，滚珠分体与滚动轴承5外圈之间的间隙即减小为零，从而消除了所有滚珠分体与滚动轴承5外圈之间的径向间隙，就相当于消除了滚动轴承5外圈与机座13之间的径向间隙。消除了转子跌落后对保护轴承的冲击与振动，可显著提高磁悬浮轴承系统中径向保护轴承的寿命。

安装时，利用作用于滚珠分体的环形连接件4，使得滚珠分体处于单向套筒1内表面的初始位置（位置C），并且通过环形连接件4作用使得每个滚珠分体都处于这种初始位置，滚动轴承5内圈直接以过盈配合方式与转子10连接。在磁悬浮轴承系统正常运行时，滚动轴承5随着转子10一起旋转，所有滚珠分体始终处于初始位置处，此时滚动轴承5外圈与每个滚珠分体之间存在有磁悬浮轴承系统正常的保护间隙（一般约为0.15 mm）。当磁悬浮轴承系统失效后，滚动轴承5随着转子10跌落后，滚动轴承5外圈与部分滚珠分体碰撞接触，此时滚动轴承5外圈与滚珠3与之间一方面存在很大的相对速度，另一方面有碰撞力作用，滚动轴承5外圈与滚珠3之间的碰撞力产生的摩擦力使得部分滚珠分体在单向套筒1内表面发生沿着转子10转动方向的相对滚动，通过环形连接件4的作用，其他滚珠分体也同时会相对于单向套筒1产生相同的滚动。由于单向套筒1内周向表面被设置为与滚珠3数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子10转动方向逐渐减小，所以滚动轴承5外圈与滚珠3碰撞后，所有滚珠分体在径向接近装置的中心运动，当滚珠沿着单向套筒1内周向表面滚动的径向距离和径向保护间隙大小相等时（滚珠4滚动到相对位置D），就相当于完成消除了滚动轴承5外圈与滚珠3之间的径向间隙。此时，滚动轴承5外圈由所有滚珠3稳定支撑，而滚动轴承5内圈仍然随着转子10旋转，即滚动轴承5仍然支持转子10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与振动，提高了保护轴承的寿命。

Claims (8)

1.一种滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征在于：径向保护轴承包括单向套筒（1）、挡板（2）、滚珠（3）、环形连接件（4）和滚动轴承（5）；当消除滚动轴承内圈间隙时，

滚动轴承（5），置于滚珠（3）外围，并与滚珠（3）的轴向位置对应，滚动轴承（5）外圈安装于轴承座（6）中，通过轴承压盖（7）轴向压紧；

单向套筒（1），与转轴（9）过盈配合连接，单向套筒（1）外周向表面设置为与滚珠（3）数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子转动的逆方向逐渐增加；

挡板（2），轴向分布于单向套筒（1）两侧，并与单向套筒（1）一致与转轴（9）过盈配合连接，其旨在限定滚珠（3）的轴向位置；

滚珠（3），沿着轴向方向置于单向套筒（1）轴向中间位置，滚珠（3）与转子为同心设置，滚珠（3）内圆表面与单向套筒（1）外表面接触，滚珠（3）外圆与滚动轴承（5）内圈存在径向保护间隙L1；另外，滚珠（3）包括2个以上的滚珠分体，各滚珠分体分布于环形连接件（4）中的通孔内；

环形连接件（4），环形连接件（4）中沿着周向均匀分布有与滚珠分体数目对应的沿着径向开设的通孔，通孔的直径小于滚珠的直径，环形连接件（4）的中径大于所有滚珠分体中心圆的直径。

2.根据权利要求1所述的滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，所述轴承座（6）与机座固定连接，滚动轴承置于轴承座内。

3.根据权利要求1所述的滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，所述轴承压盖（7）通过螺钉一（8）与轴承座（6）固定连接，轴向压紧滚动轴承（5）。

4.一种滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，当消除滚动轴承外圈间隙时，

滚动轴承（5），滚动轴承（5）内圈以过盈配合的方式安装于转子（10）端部；

单向套筒（1），安装于机座（13），单向套筒（1）内周向表面设置为与滚珠数目对应的重复圆弧段，每一圆弧段与装置中心的径向距离沿着转子转动方向逐渐减小；

挡板（2），轴向分布于单向套筒（1）两侧，并与单向套筒（1）一起安装于机座（13），通过压盖（11）轴向压紧，其旨在限定滚珠（3）的轴向位置；

滚珠（3），沿着轴向方向置于单向套筒（1）轴向中间位置，滚珠（3）与装置中心为同心设置，滚珠（3）外圆表面与单向套筒（1）内表面接触，滚珠（3）内圆与滚动轴承（5）外圈之间存在径向保护间隙L1；另外，滚珠（3）包括2个以上的滚珠分体，各滚珠分体置于环形连接件（4）中设置的通孔内；

环形连接件（4），环形连接件（4）中沿着周向均匀设置有与滚珠数目对应的通孔，通孔的直径小于滚珠（3）的直径，并且环形连接件（4）的中径小于所有滚珠分体中心圆的直径。

5.根据权利要求4所述的滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，所述压盖（11）通过螺钉二（12）与机座（13）固定连接，轴向压紧单向套筒（1）和挡板（2）。

6.根据权利要求1或4所述的滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，所述滚珠分体为2-200个。

7.根据权利要求1或4所述的滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，所述环形连接件（4）为允许一定弹性变形的圆环，环形连接件（4）的变形实现滚珠（3）在径向具有一定的位移量。

8.根据权利要求1所述的滚珠式自动消除滚动轴承内外圈间隙的径向保护轴承装置，其特征是，所述径向保护轴承为金属或者碳纤维/玻璃纤维制成的复合材料。