CN107191478B - 圆锥滚子式同时消除滚动轴承外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外圈径轴向间隙的保护装置。包括转子、压盖、螺钉、底座、滚动轴承、圆锥滚子、斜面套筒、环形连接件、弹性连接件、楔形圆板和定位圆筒。滚动轴承直接以过盈配合的方式安装于转子端部；定位圆筒置于两块楔形圆板的轴向中间，并与楔形圆板一致安装于底座上；圆锥滚子的锥度与斜面套筒的斜面锥度相同，滚子轴外圆表面与楔形圆板内圆弧段表面接触；压盖轴向压紧楔形圆板和定位圆筒。本发明能够滚动轴承外圈与底座之间的径向和轴向间隙，消除高速转子跌落后对滚动轴承的振动和冲击，提高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外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外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滚动轴承装配在底座中，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完全消除滚动轴承外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外圈径轴向间隙的保护装置。

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外圈径轴向间隙的保护装置，包括转子、径向保护轴承、压盖、螺钉、底座，所述转子外围安装径向保护轴承，压盖通过螺钉与底座固定连接，轴向压紧径向保护轴承，底座与外部的机座固定连接；

所述径向保护轴承包括滚动轴承、圆锥滚子、斜面套筒、环形连接件、导槽、弹性连接件、楔形圆板、圆弧段以及定位圆筒；

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；

所述弹性连接件，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；

所述楔形圆板，为左右两块，轴向置于环形连接件的外侧，楔形圆板内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由中间向两端逐渐减小；

所述滚动轴承，滚动轴承直接以过盈配合的方式安装于转子端部；

所述定位圆筒，置于两块楔形圆板的轴向中间位置，并与楔形圆板一致安装于底座上，定位圆筒的宽度略大于环形连接件的宽度；

所述圆锥滚子，圆锥滚子的锥度与斜面套筒的斜面锥度相同，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外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，滚子轴外圆表面与楔形圆板内圆弧段表面接触。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述压盖轴向压紧楔形圆板和定位圆筒。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述圆锥滚子分体为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，或者为一对角接触轴承。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述弹性连接件为独立的弹簧元件，或者为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。

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

本发明的有益效果是，本发明圆锥滚子式自动消除滚动轴承外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，能够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，并且能够消除楔形套筒与圆锥滚子之间的径向和轴向间隙，也就相当于消除了滚动轴承外圈与底座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外圈径轴向间隙的保护装置的结构示意图。

图2为图1中在斜面套筒处的A-A剖视图与其他部位局部剖视图。

图3为图2中I部放大示意图。

图中：1、转子，2、滚动轴承，3、斜面套筒，4、环形连接件，5、导槽，6、弹性支撑件，7、圆锥滚子，71、圆锥滚子分体，72、滚子轴，8、定位圆筒，9、楔形圆板，10、圆弧段，11、压盖，12、螺钉，13、底座。

具体实施方式

如图1是本发明的结构示意图，一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，包括转子1、径向保护轴承、压盖11、螺钉12、底座13，转子1外围安装径向保护轴承，压盖11通过螺钉12与底座13固定连接，轴向压紧径向保护轴承，底座13与外部的机座固定连接。压盖11轴向压紧楔形圆板9和定位圆筒8。

径向保护轴承包括滚动轴承2、圆锥滚子7、斜面套筒3、环形连接件4、导槽5、弹性连接件6、楔形圆板9、圆弧段10以及定位圆筒8。所有径向保护轴承材料为金属或者碳纤维/玻璃纤维制成的复合材料。

其中，环形连接件4，环形连接件4中沿着周向均匀设置有与圆锥滚子32数目对应的导槽5。

弹性连接件6，设置于环形连接件4中每个导槽5与圆锥滚子轴72之间，可允许圆锥滚子7的径向位移。弹性连接件6为独立的弹簧元件，或者为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。

楔形圆板9，为左右两块，轴向置于环形连接件4的外侧，楔形圆板9内周向表面设置为与圆锥滚子7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由中间向两端逐渐减小。

滚动轴承2，滚动轴承2直接以过盈配合的方式安装于转子1端部。滚动轴承2为深沟球轴承，或者为一对角接触轴承。

定位圆筒8，置于两块楔形圆板9的轴向中间位置，并与楔形圆板9一致安装于底座13上，定位圆筒8的宽度略大于环形连接件4的宽度。

圆锥滚子7，圆锥滚子7的锥度与斜面套筒3的斜面锥度相同，但与斜面套筒3的斜面方向反向放置，圆锥滚子7沿轴向与斜面套筒3外表面存在的均匀大小的间隙L1；另外，圆锥滚子7包括2个以上的圆锥滚子分体71，各圆锥滚子分体71通过两端设置的滚子轴72分布于环形连接件中设置的导槽5内；同时，滚子轴72外圆表面与楔形圆板9内圆弧段表面接触。圆锥滚子分体31为2-200个。

磁悬浮轴承正常工作时，环形连接件4和弹性支撑件6使得所有圆锥滚子7分体时刻处于楔形圆板9内表面圆弧段10的中间位置，即图2所示的圆锥滚子7分体位置A处；所有圆锥滚子7分体外圆与斜面套筒3的斜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7分体与斜面套筒3之间的间隙均匀相等，安装时必须保证各圆锥滚子7分体与转子1同心设置，即必须保证滚动轴承2、楔形圆板9、圆锥滚子7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7外圆表面与斜面套筒3之间的径向间隙大小约为0.15 mm，两者互不接触，并且斜面套筒3和滚动轴承2是随着转子1是高速旋转的；当磁悬浮轴承失效后，斜面套筒3和滚动轴承2随着转子1一同跌落，斜面套筒3与部分圆锥滚子7分体接触碰撞，圆锥滚子7分体与斜面套筒3之间产生的摩擦力带动圆锥滚子7分体两端的滚子轴在楔形圆板9内周向表面沿着转子转动方向产生相对滚动，由于所有圆锥滚子7分体通过环形连接件4连接，所有只要有一个圆锥滚子7分体与楔形圆板9产生相对滚动，其他圆锥滚子7分体的滚子轴必然同时产生相同的相对滚动；由于楔形圆板9中的圆弧段10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，所以当圆锥滚子7分体与斜面套筒3碰撞接触后，所有圆锥滚子7分体在径向接近装置的中心运动，这种运动使得所有圆锥滚子7分体与斜面套筒3之间的间隙迅速减小，当所有圆锥滚子7分体都从楔形圆板9内表面圆弧段10的相对位置A处滚动至位置B处，圆锥滚子7分体与斜面套筒3之间的间隙即减小为零，从而消除了斜面套筒3与所有圆锥滚子7分体之间的间隙，由于斜面套筒3与圆锥滚子5具有相同的锥度并且反向放置，所以当斜面套筒3与所有圆锥滚子7分体之间的间隙消除为零时，就相当于同时消除了滚动轴承2外圈与底座13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沿着顺时针或逆时针两个方向旋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7分体的弹性支撑件6，使得圆锥滚子7分体处于楔形圆板9内表面圆弧段10的初始位置（位置A），并且通过环形连接件4作用使得每个圆锥滚子7分体都处于这种初始位置。在磁悬浮轴承系统正常运行时，斜面套筒3和滚动轴承2随着转子1一起高速旋转，而所有圆锥滚子7分体始终处于初始位置处，此时斜面套筒3与每个圆锥滚子7分体的锥形斜面之间存在有磁悬浮轴承系统正常的保护间隙（一般约为0.15 mm）。当磁悬浮轴承系统失效后，斜面套筒3和滚动轴承2随着转子1一起跌落后，斜面套筒3与部分圆锥滚子7分体碰撞接触，此时斜面套筒3与圆锥滚子7之间一方面存在很大的相对速度，另一方面有碰撞力作用，斜面套筒3与圆锥滚子7之间的碰撞力产生的摩擦力使得部分圆锥滚子7分体的滚子轴在楔形圆板9内表面产生沿着转子1转动方向的相对滚动，通过环形连接件4的作用，其他圆锥滚子7分体的滚子轴也同时会相对于楔形圆板9产生相同的滚动。由于楔形圆板9内周向表面被设置为与圆锥滚子7数目对应的重复圆弧段10，每一圆弧段10与装置中心的径向距离由中间向两端逐渐减小，所以斜面套筒3与圆锥滚子7碰撞后，所有圆锥滚子7分体在径向接近装置的中心运动，当圆锥滚子7沿着楔形圆板9内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7滚动到相对位置B），即完全消除了斜面套筒3与圆锥滚子7之间的间隙，就相当于同时消除了滚动轴承2与底座13之间存在的径向和轴向间隙。此时，滚动轴承2外圈由所有圆锥滚子7分体稳定支承，而转子1与滚动轴承2内圈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，提高了磁悬浮轴承系统中向心推力保护轴承的寿命。

Claims (6)

1.一种圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，包括转子（1）、径向保护轴承、压盖（11）、螺钉（12）、底座（13），所述转子（1）外围安装径向保护轴承，压盖（11）通过螺钉（12）与底座（13）固定连接，轴向压紧径向保护轴承，底座（13）与外部的机座固定连接；

所述径向保护轴承包括滚动轴承（2）、圆锥滚子（7）、斜面套筒（3）、环形连接件（4）、导槽（5）、弹性连接件（6）、楔形圆板（9）、圆弧段（10）以及定位圆筒（8）；

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圆锥滚子（32）数目对应的导槽（5）；

所述弹性连接件（6），设置于环形连接件（4）中每个导槽（5）与圆锥滚子轴（32）之间，可允许圆锥滚子（7）的径向位移；

所述楔形圆板（9），为左右两块，轴向置于环形连接件（4）的外侧，楔形圆板（9）内周向表面设置为与圆锥滚子（7）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由中间向两端逐渐减小；

其特征是，

所述滚动轴承（2），滚动轴承（2）直接以过盈配合的方式安装于转子（1）端部；

所述定位圆筒（8），置于两块楔形圆板（9）的轴向中间位置，并与楔形圆板（9）一致安装于底座（13）上，定位圆筒（8）的宽度略大于环形连接件（4）的宽度；

所述圆锥滚子（7），圆锥滚子（7）的锥度与斜面套筒（3）的斜面锥度相同，但与斜面套筒（3）的斜面方向反向放置，圆锥滚子（7）沿轴向与斜面套筒（3）外表面存在的均匀大小的间隙L1；另外，圆锥滚子（7）包括2个以上的圆锥滚子分体（71），各圆锥滚子分体（71）通过两端设置的滚子轴（72）分布于环形连接件中设置的导槽（5）内；同时，滚子轴（32）外圆表面与楔形圆板（9）内圆弧段表面接触。

2.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述压盖（11）轴向压紧楔形圆板（9）和定位圆筒（8）。

3.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述圆锥滚子分体（71）为2-200个。

4.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述滚动轴承（2）为深沟球轴承，或者为一对角接触轴承。

5.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述弹性连接件（6）为独立的弹簧元件，或者为与环形连接件为一体、并通过线切割工艺加工而成的结构。

6.根据权利要求1所述的圆锥滚子式同时消除滚动轴承外圈径轴向间隙的保护装置，其特征是，所述径向保护轴承材料为金属或者碳纤维/玻璃纤维制成的复合材料。