CN105570291B - 滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保护轴承装置技术领域，尤其是一种滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置。径向保护轴承包括滚动轴承、滚轮、环形连接件、弹性连接件、双向套筒以及挡板。本发明磁悬浮轴承系统失效、转子跌落后，可自动消除滚动轴承内、外圈径向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，并且能够适应正、反转的转子，提高了保护轴承的可靠性、安全性以及适应性，以满足高速磁悬浮轴承系统需要。

Description

滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置

技术领域

本发明涉及保护轴承装置技术领域，尤其是一种滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置。

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动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，径向保护轴承包括滚动轴承、滚轮、环形连接件、弹性连接件、双向套筒以及挡板。

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径向间隙时，

所述滚动轴承，置于滚轮外围，并与滚轮的轴向位置对应，滚动轴承外圈安装于轴承座中，通过轴承压盖轴向压紧；

所述双向套筒，与转轴过盈配合连接，双向套筒外周向表面设置为与滚轮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由中间向两端逐渐增加；

所述挡板，轴向分布于双向套筒两侧，并与双向套筒一致与转轴过盈配合连接，其旨在限定滚轮的轴向位置；

所述滚轮，沿着轴向方向置于双向套筒轴向中间位置，滚轮与转子为同心设置，滚轮内圆表面与双向套筒外表面接触，滚轮外圆与滚动轴承内圈存在径向保护间隙L1；另外，滚轮包括2个以上的滚轮分体，各滚轮分体通过两侧滚轮轴分布于导槽内；

所述环形连接件，环形连接件中沿着周向均匀设置有与滚轮数目对应的导槽；

所述弹性支撑件，设置于环形连接件中每个导槽与滚轮轴之间，可允许滚轮的径向位移。

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径向间隙时，

所述滚动轴承，滚动轴承内圈以过盈配合方式安装于转子端部；

所述双向套筒，轴向置于左右挡板中间位置，安装于底座中，双向套筒内周向表面设置为与滚轮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由中间向两端逐渐减小；

所述挡板，轴向分布于双向套筒两侧，并与双向套筒一致安装于底座并通过压盖轴向压紧，其旨在限定滚轮的轴向位置；

所述滚轮，沿着轴向方向置于双向套筒轴向中间位置，滚轮与装置中心为同心设置，滚轮外圆表面与双向套筒内表面接触，滚轮内圆与滚动轴承之间存在径向保护间隙L1；另外，滚轮包括2个以上的滚轮分体，各滚轮分体通过两侧滚轮轴分布于导槽内；

所述环形连接件，环形连接件中沿着周向均匀设置有与滚轮数目对应的导槽；

所述弹性支撑件，设置于环形连接件中每个导槽与滚轮轴之间，可允许滚轮的径向位移。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述底座与机座固定连接，双向套筒和挡板置于底座内。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述压盖通过螺钉与底座固定连接，轴向压紧双向套筒和挡板。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述滚轮分体为2-200个。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述弹性支撑件可以为独立的弹簧元件，也可以与环形连接件为一体结构并通过线切割等工艺加工而成。

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，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、外圈径向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，并且能够适应正、反转的转子，提高了保护轴承的可靠性、安全性以及适应性，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为本发明实施例一消除滚动轴承内圈径向间隙的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3为本发明实施例二消除滚动轴承外圈径向间隙的保护轴承装置的结构示意图。

图4为图3中的B-B剖视图。

图中1、双向套筒，2、挡板，3、滚轮，4、环形连接件，5、导槽，6、弹性支撑件，7、滚动轴承，8、转轴，9、轴承压盖，10、螺钉一，11、轴承座，12、转子，13、压盖，14、螺钉二，15、底座。

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，本发明的实施例一，包括轴承座11、径向保护轴承以及转轴8，该径向保护轴承包括滚动轴承7、双向套筒1、挡板2、滚轮3、环形连接件4以及弹性连接件6；滚动轴承7置于滚轮3外围，并与滚轮3的轴向位置对应，滚动轴承7外圈安装于轴承座11中，通过轴承压盖9轴向压紧；双向套筒1与转轴8过盈配合连接，双向套筒1外周向表面设置为与滚轮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由中间向两端逐渐增加；挡板2轴向分布于双向套筒1两侧，并与双向套筒1一致与转轴8过盈配合连接，其旨在限定滚轮3的轴向位置；滚轮3沿着轴向方向置于双向套筒1轴向中间位置，滚轮3与转子为同心设置，滚轮3内圆表面与双向套筒1外表面接触，滚轮3外圆与滚动轴承7内圈存在径向保护间隙L1；另外，滚轮3包括2个以上的滚轮分体，各滚轮3分体通过两侧滚轮轴分布于导槽5内；环形连接件4中沿着周向均匀设置有与滚轮3数目对应的导槽5；弹性支撑件6设置于环形连接件4中每个导槽5与滚轮轴之间，可允许滚轮3的径向位移；

轴承座11与机座固定连接，滚动轴承7置于轴承座11内；轴承压盖9通过螺钉一10与轴承座11固定连接，轴向压紧滚动轴承7；滚轮3分体为2-200个；弹性支撑件6可以为独立的弹簧元件，也可以与环形连接件4为一体结构并通过线切割等工艺加工而成。

磁悬浮轴承正常工作时，环形连接件4和弹性支撑件6使得所有滚轮3分体时刻处于双向套筒1外表面圆弧段的中间位置处，即图1所示的滚轮分体位置A处，随着转子一同旋转；此时，所有滚轮3分体外圆与滚动轴承内圈之间存在均匀的间隙，使得滚动轴承并不干扰转子以及滚轮3的正常旋转。另外，为了使得所有滚轮分体与滚动轴承7内圈之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各滚轮分体与转子同心设置，即必须保证双向套筒1、滚轮3以及转子三者的中心位置处于同一直线。

另外，本实施例一，所采用的环形连接件4为一环形连杆，所采用的弹性支撑件为弹簧或者与环形连接件为一体经线切割等工艺加工成型的弹性体。

在磁悬浮轴承系统正常工作时，滚轮3外圆表面与滚动轴承7内圈之间的径向间隙大小约为0.15mm，两者互不接触，并且滚轮3与转子一起高速旋转，滚动轴承7内圈处于静止状态；当磁悬浮轴承失效后，滚轮3与转子一同跌落，部分滚轮分体与滚动轴承7内圈接触碰撞，滚轮分体与滚动轴承7内圈之间产生的摩擦力带动滚轮分体在双向套筒1外周向表面产生相对滚动，由于所有滚轮分体通过环形连接件4连接，所有只要有一个滚轮分体与双向套筒1产生相对滚动，其他滚轮分体必然同时产生相同的相对滚动；由于双向套筒1中的圆弧段外表面设置为与装置中心的径向距离由中间向两端逐渐增加，所以当滚动分体与滚动轴承7内圈碰撞接触后，所有滚轮分体在径向背离装置的中心运动，这种运动使得所有滚轮分体与滚动轴承7内圈之间的间隙迅速减小，当所有滚轮分体都从双向套筒1外表面圆弧段的相对位置A处滚动至位置B处，滚轮分体与滚动轴承7内圈之间的间隙即减小为零，从而消除了滚动轴承7内圈内圆表面与所有滚轮分体之间的径向间隙，就相当于消除了转子与滚动轴承7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，并且此装置可以对转子 沿着顺时针或逆时针两个方向旋转的跌落起保护作用。

安装时，利用作用于滚轮分体的弹性支撑件6，使得滚轮分体处于初始位置（位置A），并且通过环形连接件4作用使得每个滚轮分体都处于这种初始位置。在磁悬浮轴承系统正常运行时，所有滚轮分体仍然处于初始位置处，并且与双向套筒1、环形连接件4以及弹性支撑件6一起都随着转子旋转，此时每个滚轮分体与滚动轴承7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，滚轮3随着转子一同跌落后，部分滚轮分体与滚动轴承7内圈碰撞接触，此时滚轮3与滚动轴承7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，滚轮3与滚动轴承7内圈之间的碰撞力产生的摩擦力使得部分滚轮分体在双向套筒1外表面发生相对滚动，通过环形连接件4的作用，其他滚轮分体也同时会相对于转子产生相同的滚动。由于双向套筒1外周向表面被设置为与滚轮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由中间向两端逐渐增加，所以滚轮3与滚动轴承7内圈碰撞后，所有滚轮分体在径向背离装置的中心运动，当滚轮3沿着双向套筒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（滚轮滚动到位置B），就相当于完成消除了滚轮3与滚动轴承7内圈之间的径向间隙。此时，就相当于所有滚轮3连同环形连接件4、滚动轴承7一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和图4所示，本发明的实施例二，包括转子12、径向保护轴承以及底座15，该径向保护轴承包括滚动轴承7、滚轮3、环形连接件4、弹性连接件6、双向套筒7以及挡板2；滚动轴承7内圈以过盈配合方式安装于转子12端部；双向套筒1轴向置于左右挡板中间位置，并安装于底座15中，双向套筒1内周向表面设置为与滚轮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由中间向两端逐渐减小；挡板2轴向分布于双向套筒1两侧，并与双向套筒1一致安装于底座15并通过压盖13轴向压紧，其旨在限定滚轮3的轴向位置；滚轮3沿着轴向方向置于双向套筒1轴向中间位置，滚轮3与装置中心为同心设置，滚轮3外圆表面与双向套筒1内表面接触，滚轮3内圆与滚动轴承7之间存在径向保护间隙L1；另外，滚轮3包括2个以上的滚轮分体，各滚轮分体通过两侧滚轮轴分布于导槽5内；环形连接件4中沿着周向均匀设置有与滚轮3数目对应的导槽5；弹性支撑件6设置于环形连接件4中每个导槽5与滚轮3轴之间，可允许滚轮3的径向位移；

底座15与机座固定连接，双向套筒1和挡板2置于底座内；压盖13通过螺钉二14与底座15固定连接，轴向压紧双向套筒1和挡板2；滚轮分体为2-200个；弹性支撑件6可以为独立的弹簧元件，也可以与环形连接件4为一体结构并通过线切割等工艺加工而成。

磁悬浮轴承正常工作时，环形连接件4和弹性支撑件6使得所有滚轮分体时刻处于双向套筒1内表面圆弧段的中间位置，即图3所示的滚轮分体位置C处；所有滚轮分体内圆与滚动轴承7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12的正常旋转。另外，为了使得所有滚轮分体与滚动轴承7外圈之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各滚轮分体与转子12同心设置，即必须保证滚动轴承7、滚轮3、双向套筒1以及转子12四者的中心位置处于同一直线。

另外，本实施例中，所采用的环形连接件4为一环形连杆，所采用的弹性支撑件为弹簧或者与环形连接件为一体经线切割等工艺加工成型的弹性体。

在磁悬浮轴承系统正常工作时，滚轮3内圆表面与滚动轴承7外圈之间的径向间隙大小约为0.15 mm，两者互不接触，并且转子12与滚动轴承7是高速旋转的，滚轮3处于静止状态；当磁悬浮轴承失效后，滚动轴承7随着转子12一起跌落，滚动轴承7外圈与部分滚轮分体接触碰撞，滚轮分体与滚动轴承7外圈之间产生的摩擦力带动滚轮分体在双向套筒1内周向表面沿着转子转动方向产生相对滚动，由于所有滚轮分体通过环形连接件4连接，所有只要有一个滚轮分体与双向套筒1产生相对滚动，其他滚轮分体必然同时产生相同的相对滚动；由于双向套筒1中的圆弧段内表面设置为与装置中心的径向距离由中间向两端逐渐减小，所以当滚轮分体与滚动轴承7外圈碰撞接触后，所有滚轮分体在径向接近装置的中心运动，这种运动使得所有滚轮分体与滚动轴承7外圈之间的间隙迅速减小，当所有滚轮分体都从双向套筒1内表面圆弧段的位置C处滚动至位置D处，滚轮分体与滚动轴承7外圈之间的间隙即减小为零，从而消除了滚动轴承7外圈与所有滚轮分体之间的径向间隙，就相当于消除了滚动轴承7内圈与底座15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，并且此装置可以对转子沿着顺时针或逆时针两个方向旋转的跌落起保护作用。

安装时，将滚动轴承7直接以过盈配合的方式安装于转子12端部，利用作用于滚轮分体的弹性支撑件6，使得滚轮分体处于双向套筒1内表面的初始位置（位置C），并且通过环形连接件4作用使得每个滚轮分体都处于这种初始位置。在磁悬浮轴承系统正常运行时，滚动轴承 7随着转子12一起旋转，所有滚轮分体始终处于双向套筒1中的初始位置处，此时滚动轴承7外圈与每个滚轮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0.15mm）。当磁悬浮轴承系统失效后，滚动轴承7随着转子12一起跌落后，滚动轴承7外圈与部分滚轮分体碰撞接触，此时滚动轴承7外圈与滚轮3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7外圈与滚轮3之间的碰撞力产生的摩擦力使得部分滚轮分体在双向套筒1内表面发生沿着转子转动方向的相对滚动，通过环形连接件4的作用，其他滚轮分体也同时会相对于双向套筒1产生相同的滚动。由于双向套筒1内周向表面被设置为与滚轮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由中间向两端逐渐减小，所以滚动轴承7外圈与滚轮3碰撞后，所有滚轮分体在径向接近装置的中心运动，当滚轮3沿着双向套筒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（滚轮3滚动到相对位置D），就相当于完成消除了滚动轴承7外圈与滚轮3之间的径向间隙。此时，滚动轴承7外圈由所有滚轮3稳定支撑，而滚动轴承7内圈则依然随着转子12一起旋转，即转子12与滚动轴承7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，所以，不会发生转子12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)

1.一种滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，径向保护轴承包括滚动轴承（7）、滚轮（3）、环形连接件（4）、弹性连接件（6）、双向套筒（1）以及挡板（2），

当消除滚动轴承内圈径向间隙时;

所述滚动轴承（7），置于滚轮（3）外围，并与滚轮（3）的轴向位置对应，滚动轴承（7）外圈安装于轴承座（11）中，通过轴承压盖（9）轴向压紧；

所述双向套筒（1），与转轴（8）过盈配合连接，双向套筒（1）外周向表面设置为与滚轮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由中间向两端逐渐增加；

所述挡板（2），轴向分布于双向套筒（1）两侧，并与双向套筒（1）一致与转轴（8）过盈配合连接，其旨在限定滚轮（3）的轴向位置；

所述滚轮（3），沿着轴向方向置于双向套筒（1）轴向中间位置，滚轮（3）与转子（12）为同心设置，滚轮（3）内圆表面与双向套筒（1）外周向表面接触，滚轮（3）径向外侧的外圆周面与滚动轴承（7）之间存在径向保护间隙L1；另外，滚轮（3）包括2个以上的滚轮分体，各滚轮分体通过两侧滚轮轴分布于导槽（5）内；

所述环形连接件（4），环形连接件（4）中沿着周向均匀设置有与滚轮（3）数目对应的导槽（5）；

所述弹性支撑件（6），设置于环形连接件（4）中每个导槽（5）与滚轮轴之间，可允许滚轮（3）的径向位移;

当消除滚动轴承外圈径向间隙时;

所述滚动轴承（7），滚动轴承（7）内圈以过盈配合方式安装于转子（12）端部；

所述双向套筒（1），轴向置于左右挡板中间位置，安装于底座（15）中，双向套筒（1）内周向表面设置为与滚轮（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由中间向两端逐渐减小；

所述挡板（2），轴向分布于双向套筒（1）两侧，并与双向套筒（1）一致安装于底座（15）并通过压盖（13）轴向压紧，其旨在限定滚轮（3）的轴向位置；

所述滚轮（3），沿着轴向方向置于双向套筒（1）轴向中间位置，滚轮（3）与装置中心为同心设置，滚轮（3）径向外侧的外圆周面与双向套筒（1）内周向表面接触，滚轮（3）径向内侧的外圆周面与滚动轴承（7）之间存在径向保护间隙L1；另外，滚轮（3）包括2个以上的滚轮分体，各滚轮分体通过两侧滚轮轴分布于导槽（5）内；

所述环形连接件（4），环形连接件（4）中沿着周向均匀设置有与滚轮数目对应的导槽（5）；

所述弹性支撑件（6），设置于环形连接件（4）中每个导槽（5）与滚轮轴之间，可允许滚轮（3）的径向位移。

2.根据权利要求1所述的滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，所述轴承座（11）与机座固定连接，滚动轴承（7）置于轴承座（11）内。

3.根据权利要求1所述的滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，所述轴承压盖（9）通过螺钉一（10）与轴承座（11）固定连接，轴向压紧滚动轴承（7）。

4.根据权利要求1所述的滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，所述底座（15）与机座固定连接，双向套筒（1）和挡板（2）置于底座（15）内。

5.根据权利要求1所述的滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，所述压盖（13）通过螺钉二（14）与底座（15）固定连接，轴向压紧双向套筒（1）和挡板（2）。

6.根据权利要求1所述的滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，所述滚轮分体为2-200个。

7.根据权利要求1所述的滚动式自动消除滚动轴承内外圈径向间隙的保护轴承装置，其特征是，所述弹性支撑件（6）可以为独立的弹簧元件，也可以与环形连接件为一体结构并通过线切割工艺加工而成的结构。

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