CN105626687A - 圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮轴承系统技术领域，尤其是一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置。包括转子、保护轴承、轴承压盖、螺钉、和轴承座。楔形圆板分别置于环形连接件的两侧，以过盈配合的方式安装于转子上；定位圆筒置于两块楔形圆板的轴向中间位置，与楔形圆板一致以过盈配合的方式安装于转子上；滚子轴内圆表面与楔形圆板外表面接触。本发明可以同时消除圆锥滚子与斜面套筒之间的径向和轴向间隙，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，以满足高速磁悬浮轴承系统发展的需要。

Description

圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承系统技术领域，尤其是一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置。

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。

传统的保护轴承设计一般是将圆锥滚子的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/轴向间隙一般为转子与径向/轴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，只能消除径向间隙，不能消除轴向间隙，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。

目前暂无专用于自动消除滚动轴承内圈间隙的向心推力保护轴承装置。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，在磁悬浮轴承转子跌落后为转子的径向和轴向同时提供保护作用，并且能够在转子跌落后自动消除圆锥滚子与斜面套筒之间的间隙，也就相当于消除了转子与滚动轴承之间的径向和轴向间隙，从而减小转子对保护轴承的反复碰撞和冲击。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，包括转子、保护轴承、导槽、轴承压盖、螺钉、和轴承座，转子外围安装保护轴承，轴承压盖通过螺钉与轴承座固定连接，轴向压紧滚动轴承，轴承座与外部的机座固定连接，

所述保护轴承包括楔形圆板、定位圆筒、斜面套筒、圆锥滚子、环形连接件、弹性支撑件、滚动轴承；

所述环形连接件，环形连接件中沿着周向均匀设置有与圆锥滚子数目对应的导槽；

所述弹性支撑件，设置于环形连接件中每个导槽与圆锥滚子轴之间，可允许圆锥滚子的径向位移；

所述滚动轴承，滚动轴承外圈安装于轴承座中，通过轴承压盖轴向压紧

其中，所述楔形圆板设有左右两块，分别置于环形连接件的两侧，以过盈配合的方式安装于转子上，楔形圆板外周向表面设置为与圆锥滚子数目对应的重复圆弧段H1，每一圆弧段与装置中心的径向距离L2由中间向两端逐渐增加；

所述定位圆筒，置于两块楔形圆板的轴向中间位置，并与楔形圆板一致以过盈配合的方式安装于转子上，定位圆筒的宽度略大于环形连接件的宽度；

所述斜面套筒，内表面加工为带有锥度的斜面，外表面无锥度并安装于滚动轴承内圈；

所述圆锥滚子，圆锥滚子的锥度与斜面套筒锥度相同，但与斜面套筒的斜面方向反向放置，圆锥滚子沿轴向与斜面套筒内表面存在的均匀大小的间隙L1；另外，圆锥滚子包括2个以上的圆锥滚子分体，各圆锥滚子分体通过两端设置的滚子轴分布于环形连接件中设置的导槽内；同时，滚子轴内圆表面与楔形圆板外表面接触。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述圆锥滚子分体具有2～200个。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述滚动轴承为深沟球轴承，或为一对角接触轴承。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述轴承压盖为圆盘状，圆盘沿圆周设有一圈螺钉孔，轴承压盖压于轴承座与滚动轴承的接缝处。

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

本发明的有益效果是：本发明为圆锥滚子式自动消除滚动轴承内圈间隙的向心推力保护轴承，可以同时在径向和轴向承受载荷，在磁悬浮轴承系统失效后对正/反转的转子同时提供径向和轴向的保护，消除圆锥滚子内圈与斜面套筒之间的径向和轴向间隙，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，以满足高速磁悬浮轴承系统发展的需要。

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为本发明所述的一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置的结构示意图。

图2为图1中在斜面套筒的A-A剖视图与其他局部剖视图。

图3是图2中I部放大示意图。

图中，1、转子，2、定位圆筒，3、楔形圆板，4、圆锥滚子，41、圆锥滚子分体，42、滚子轴，5、斜面套筒，6、环形连接件，7、导槽，8、弹性支撑件，9、滚动轴承，10、轴承压盖，11、螺钉，12、轴承座。

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，本发明所述的一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，包括转子1、保护轴承、导槽7、轴承压盖10、螺钉11、和轴承座12，转子1外围安装保护轴承，轴承压盖10通过螺钉11与轴承座12固定连接，轴向压紧滚动轴承，轴承座12与外部的机座固定连接。轴承压盖10为圆盘状，轴承压盖10压于轴承座12与滚动轴承9的接缝处。

保护轴承包括楔形圆板3、定位圆筒2、斜面套筒5、圆锥滚子4、环形连接件6、弹性支撑件8、滚动轴承9。

其中，楔形圆板3设有左右两块，分别置于环形连接件6的两侧，以过盈配合的方式安装于转子1上，楔形圆板3外周向表面设置为与圆锥滚子4数目对应的重复圆弧段H1，每一圆弧段与装置中心的径向距离L2由中间向两端逐渐增加。

定位圆筒2，置于两块楔形圆板3的轴向中间位置，并与楔形圆板3一致以过盈配合的方式安装于转子1上，定位圆筒2的宽度略大于环形连接件6的宽度。

斜面套筒5，内表面加工为带有锥度的斜面，外表面无锥度并安装于滚动轴承9内圈。

圆锥滚子4，圆锥滚子4的锥度与斜面套筒5锥度相同，但与斜面套筒5的斜面方向反向放置，圆锥滚子4沿轴向与斜面套筒内表面存在的均匀大小的间隙L1。另外，圆锥滚子4包括2个以上的圆锥滚子分体41，各圆锥滚子4分体通过两端设置的滚子轴42分布于环形连接件中设置的导槽7内。同时，滚子轴42内圆表面与楔形圆板3外表面接触。圆锥滚子分体41具有2～200个。

环形连接件6，环形连接件6中沿着周向均匀设置有与圆锥滚子4数目对应的导槽7。

弹性支撑件8，设置于环形连接件6中每个导槽7与圆锥滚子轴4之间，可允许圆锥滚子4的径向位移。弹性支撑件8可以是独立的弹簧元件，也可以是与环形连接件为一体、并通过线切割等工艺加工而成的结构。

滚动轴承9，滚动轴承9外圈安装于轴承座12中，通过轴承压盖10轴向压紧。滚动轴承9可以为深沟球轴承，也可以为一对角接触轴承。

磁悬浮轴承正常工作时，环形连接件6和弹性支撑件8使得所有圆锥滚子分体41时刻处于楔形圆板3外表面圆弧段的中间位置，即图2所示的圆锥滚子分体41位置A处；所有圆锥滚子4分体外圆与斜面套筒5的内表面之间存在均匀的间隙，使得保护轴承装置并不干扰转子1的正常旋转。另外，为了使得所有圆锥滚子4分体与斜面套筒5内表面之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各圆锥滚子4分体与斜面套筒5同心设置，即必须保证滚动轴承9、楔形圆板3、圆锥滚子4以及转子1四者的中心位置处于同一直线。

在磁悬浮轴承系统正常工作时，圆锥滚子4外圆表面与斜面套筒5内表面之间的径向间隙大小约为0.15mm，两者互不接触，并且转子1与圆锥滚子4是高速旋转的，滚动轴承9内圈与斜面套筒5一起处于静止状态；当磁悬浮轴承失效后，圆锥滚子4随着转子1一同跌落，部分圆锥滚子4分体与斜面套筒5接触碰撞，圆锥滚子4分体与斜面套筒5之间产生的摩擦力带动圆锥滚子4分体两端的滚子轴42在楔形圆板3外周向表面沿着转子1转动的反方向产生相对滚动，由于所有圆锥滚子4分体通过环形连接件6连接，所有只要有一个圆锥滚子4分体与楔形圆板3产生相对滚动，其他圆锥滚子4分体的滚子轴42必然同时产生相同的相对滚动；由于楔形圆板3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，所以当圆锥滚子4分体与斜面套筒5碰撞接触后，所有圆锥滚子4分体在径向远离装置的中心运动，这种运动使得所有圆锥滚子4分体与斜面套筒5之间的间隙迅速减小，当所有圆锥滚子4分体都从楔形圆板3内表面圆弧段的相对位置A处滚动至位置B处，圆锥滚子4分体与斜面套筒5之间的间隙即减小为零，从而消除了所有圆锥滚子分体41与斜面套筒5之间的间隙，由于斜面套筒5内表面与圆锥滚子4具有相同的锥度并且反向放置，所以当所有圆锥滚子分体41与斜面套筒5之间的间隙消除为零时，就相当于同时消除了转子1与滚动轴承9内圈之间的径向和轴向间隙。从而消除了转子1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向心推力保护轴承的寿命，并且此装置能够对转子正/反转的跌落都起到径向和轴向同时的保护作用。

本发明的工作原理是：

安装时，利用作用于圆锥滚子4分体的弹性支撑件8，使得圆锥滚子4分体处于楔形圆板3外表面的初始位置（位置A），并且通过环形连接件6作用使得每个圆锥滚子4分体都处于这种初始位置。在磁悬浮轴承系统正常运行时，所有圆锥滚子4分体始终处于初始位置处，与楔形圆板3、环形连接件6、弹性支撑件7以及转子1一起处于旋转状态，斜面套筒5与滚动轴承9内圈一起处于静止状态，此时每个圆锥滚子4分体的锥形斜面与斜面套筒5内表面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，圆锥滚子4与转子1一起跌落，部分圆锥滚子4分体与斜面套筒5碰撞，此时圆锥滚子4与斜面套筒5之间一方面存在很大的相对速度，另一方面有碰撞力作用，它们之间的碰撞力产生的摩擦力使得部分圆锥滚子4分体的滚子轴42在楔形圆板3外表面发生沿着转子1转动的反方向的相对滚动，通过环形连接件6的作用，其他圆锥滚子4分体的滚子轴42也同时会相对于楔形圆板3产生相同的滚动。由于楔形圆板3外周向表面被设置为与圆锥滚子4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，所以圆锥滚子4与斜面套筒5碰撞后，所有圆锥滚子4分体在径向远离装置的中心运动，当圆锥滚子4沿着楔形圆板3外周向表面滚动的径向距离和保护间隙大小相等时（圆锥滚子4滚动到相对位置B），即完全消除了圆锥滚子4与斜面套筒5之间的间隙，就相当于同时消除了转子1与滚动轴承9之间存在的径向和轴向间隙。此时，所有圆锥滚子4连同环形连接件6、滚动轴承9一起随着转子1一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。

Claims (5)

1.一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，包括转子（1）、保护轴承、轴承压盖（10）、螺钉（11）、和轴承座（12），所述转子（1）外围安装保护轴承，轴承压盖（10）通过螺钉（11）与轴承座（12）固定连接，轴向压紧滚动轴承，轴承座（12）与外部的机座固定连接，所述保护轴承包括楔形圆板（3）、定位圆筒（2）、斜面套筒（5）、圆锥滚子（4）、环形连接件（6）、导槽（7）、弹性支撑件（8）、滚动轴承（9）；

所述环形连接件（6），环形连接件（6）中沿着周向均匀设置有与圆锥滚子（4）数目对应的导槽（7）；

所述弹性支撑件（8），设置于环形连接件（6）中每个导槽（7）与圆锥滚子轴（42）之间，可允许圆锥滚子（4）的径向位移；

所述滚动轴承（9），滚动轴承（9）外圈安装于轴承座（12）中，通过轴承压盖（10）轴向压紧

其特征是：

所述楔形圆板（3）设有左右两块，分别置于环形连接件（6）的两侧，以过盈配合的方式安装于转子（1）上，楔形圆板（3）外周向表面设置为与圆锥滚子（4）数目对应的重复圆弧段H1，每一圆弧段H1与装置中心的径向距离L2由中间向两端逐渐增加；

所述定位圆筒（2），置于两块楔形圆板（3）的轴向中间位置，并与楔形圆板（3）一致以过盈配合的方式安装于转子（1）上，定位圆筒（2）的宽度略大于环形连接件（6）的宽度；

所述斜面套筒（5），内表面加工为带有锥度的斜面，外表面无锥度并安装于滚动轴承（9）内圈；

所述圆锥滚子（4），圆锥滚子（4）的锥度与斜面套筒（5）锥度相同，但与斜面套筒（5）的斜面方向反向放置，圆锥滚子（4）沿轴向与斜面套筒（5）内表面存在的均匀大小的间隙L1；另外，圆锥滚子（4）包括2个以上的圆锥滚子分体（41），各圆锥滚子分体（41）通过两端设置的滚子轴（42）分布于环形连接件中设置的导槽（7）内；同时，滚子轴（42）内圆表面与楔形圆板（3）外表面接触。

2.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述圆锥滚子分体（41）具有2～200个。

3.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述滚动轴承（9）为深沟球轴承，或为一对角接触轴承。

4.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述轴承压盖（10）为圆盘状，轴承压盖（10）压于轴承座（12）与滚动轴承（9）的接缝处。

5.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承内圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述弹性支撑件（8）为独立的弹簧元件，或是与环形连接件为一体、并通过线切割等工艺加工而成的结构。