CN111396460B - 一种齿传动支承保护轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及领域磁悬浮轴承系统，具体涉及一种齿传动支承保护轴承装置，包括轴承Ⅰ设置在转子的端部；驱动单元被间隙装配在转子的外周，驱动单元包括旋转部和直线部，旋转部被转动装配，旋转部朝向直线部的端面上延伸有凸起，直线部对应凸起设置有深度逐渐变化的弧形槽，直线部的内周面分布有齿，当转子失稳跌落时，旋转部随所述转子旋转，旋转部上的凸起由弧形槽的深处向浅处运动以推动直线部沿轴线运动；支承单元包括至少三个支承件，支承件间隙分布在轴承Ⅰ的外周并与直线部的内周面啮合，直线部可带动支承件转动以消除支承件与轴承Ⅰ之间的间隙，使支承件支承转子。解决了现有技术中的保护轴承装置反应速度慢、保护效果差的技术问题。

Description

一种齿传动支承保护轴承装置

技术领域

本发明涉及领域磁悬浮轴承系统，具体涉及一种齿传动支承保护轴承装置。

背景技术

磁悬浮轴承系统在意外断电等情况下，会失去对转子的承载能力，所以需要安装一套保护轴承装置为转子提供临时的支承，避免高速旋转的转子跌落在定子上对定子造成损坏，保证整个磁悬浮系统的安全性。目前磁悬浮系统中所使用的保护轴承多采用复杂的外部机械机构，由于机构的复杂性以及事故的不确定性，在磁悬浮轴承系统意外断电时，存在保护机构卡死等现象，轴承会受到转子很大的冲击和振动，导致保护轴承损坏。

所以为了改善这一现象，提高磁悬浮轴承的可靠性，扩大其应用前景，研究一种在磁悬浮轴承系统意外断电等情况下，能够主动消除保护轴承与转子之间的间隙，减少对保护轴承的冲击，对磁悬浮轴承的发展可以起到重要的作用。

发明内容

为了解决现有技术中的保护轴承装置反应速度慢、保护效果差的技术问题，本发明提出一种齿传动支承保护轴承装置，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种齿传动支承保护轴承装置，包括：轴承Ⅰ，所述轴承Ⅰ设置在转子的端部；驱动单元，所述驱动单元被间隙装配在所述转子的外周，所述驱动单元包括旋转部和直线部，所述旋转部被转动装配，所述旋转部朝向所述直线部的端面上延伸有凸起，所述直线部对应所述凸起设置有深度逐渐变化的弧形槽，所述直线部的内周面分布有齿，当所述转子失稳跌落时，所述旋转部随所述转子旋转，所述旋转部上的凸起由弧形槽的深处向浅处运动以推动所述直线部沿轴线运动；支承单元，所述支承单元包括至少三个支承件，所述支承件间隙分布在所述轴承Ⅰ的外周并与所述直线部的内周面啮合，所述支承件的外径变化，所述直线部可带动所述支承件转动以消除支承件与轴承Ⅰ之间的间隙，使所述支承件夹持所述轴承Ⅰ以支承所述转子。

本申请的齿传动支承保护轴承装置，通过设置驱动单元和支承单元的结构，当驱动单元的旋转部在失稳的转子的带动下旋转时，旋转部会推动直线部轴线运动，进而齿传动支承单元的至少三个支承件同步旋转，进而消除支承件到转子上的轴承Ⅰ的间隙，支承件可支承转子。

进一步地，所述旋转部与所述转子之间的间隙小于转子正常工作状态下所述支承件与所述轴承Ⅰ之间的间隙。

进一步地，所述旋转部位于所述轴承Ⅰ的轴向内侧，所述旋转部的外周通过轴承Ⅱ安装在支撑单元上，所述直线部的外周面抵靠在支撑单元上，所述直线部的内周面与支承件啮合。

进一步地，所述直线部包括轴套，所述弧形槽设置在所述轴套的靠近所述旋转部的端面上，所述轴套的内周面上固定有轴向延伸的齿条，所述齿条与所述支承件一一对应啮合。

进一步地，所述支承件呈椭圆形状，所述支承件的长轴平行于轴线设置。

进一步地，所述支承件的外周面具有齿牙段和防滑段，所述齿牙段与所述直线部啮合，所述防滑段与所述轴承Ⅰ的外周面相接以支承所述转子。

进一步地，所述支撑单元包括固定设置在每个支承件周向两侧的支架，所述支承件的中心处可转动地固定在两侧的支架上，所述齿条位于相邻的两个支架之间并沿两个支架之间的滑槽滑动。

进一步地，所述支撑单元还包括机架，所述机架间隙套设在所述转子的端部，所述旋转部的外周通过轴承Ⅱ安装在所述机架的内周面上，所述轴套的外周面抵靠在所述机架的内周面上，所述机架的外于转子的轴向外侧的端部固定有端盖，所述支架通过固定件固定设置在所述端盖上。

进一步地，还包括复位件，所述复位件为所述支承单元提供复位作用力。

进一步地，所述复位件作用于所述直线部，所述直线部在所述复位件的复位作用下反向轴线运动以带动所述支承单元复位。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的齿传动支承保护轴承装置，通过设置驱动单元和支承单元的结构，当驱动单元的旋转部在失稳的转子的带动下旋转时，旋转部会推动直线部轴线运动，进而齿传动支承单元的至少三个支承件同步旋转，进而消除支承件到转子上的轴承Ⅰ的间隙，支承件可支承转子。如此，本申请的齿传动支承保护轴承装置可实现对转子的及时支承保护作用，本申请采用机械结构保护效果好。此外，转子外装配有轴承Ⅰ，当夹持件夹持轴承Ⅰ时，转子仍可继续转动一段时间，缓慢停下，防止损坏转子；

2.本发明的齿传动支承保护轴承装置，旋转部与转子之间的间隙小于转子正常工作状态下支承件与轴承Ⅰ之间的间隙，如此当转子失稳时，转子会先与旋转部接触，旋转部随转子旋转以推动直线部沿轴线运动进而推动支承件旋转以支承转子；通过设置直线部与旋转部通过凸起和弧形槽配合，可实现旋转部旋转时可推动直线部沿轴线直线运动；进一步设置直线部包括轴套和齿条，齿条与支承件啮合，当直线部的轴套带动齿条直线运动时，可齿传动支承件转动，支承件为椭圆形状，其外周到中心处的距离有所变化，当支承件转动时支承件的外径较大处的外周面可与轴承Ⅰ的外表面相接，以支承轴承Ⅰ；

3.本发明的齿传动支承保护轴承装置，通过对支承件的外周面的合理设置，可实现支承件在驱动单元的驱动作用下支承转子；每个支承件的周向两侧设置支架，可用于转动安装支承件，且两侧支架形成滑槽还可限定直线部的运动轨迹，以防发生偏移；

4.本发明的齿传动支承保护轴承装置，通过设置复位件可为支承单元提供复位作用力。当突发状态消失后，可反向转动旋转部，使旋转部上的凸起对应弧形槽的深处，直线部在复位件的作用下反向直线运动以带动支承件反向旋转以实现复位，复位后的支承件与轴承Ⅰ之间存有间隙，转子可正常旋转。

附图说明

图1为本发明的齿传动支承保护轴承装置的结构示意图；

图2为图1的A-A截面图；

图3为驱动单元的直线部的安装示意图；

图4为支架的结构示意图；

图5为支架的侧视图；

图6为支承轴的结构示意图；

图中：1-转子；11-轴承Ⅰ；12-限位件；2-驱动单元；21-旋转部；211-轴承Ⅱ；212-凸起；22-直线部；221-轴套；222-齿条；2221-齿；3-支承单元；31-支承件；311-支承轴；4-支撑单元；41-机架；42-端盖；43-压板；44-固定件；45-支架；451-限位块；5-复位件。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的内容作进一步地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，本实施例提供了一种齿传动支承保护轴承装置，其安装在转子1的两端，转子1正常转动时，齿传动支承保护轴承装置与转子1的外周面之间存有间隙，不影响转子1的转动；当磁悬浮系统断电或出现故障时，齿传动支承保护轴承装置可起到支承转子1，保护轴承的作用。

齿传动支承保护轴承装置对称设置在转子1的两端。齿传动支承保护轴承装置包括两个轴承Ⅰ11、两个驱动单元2和两个支承单元3，由于齿传动支承保护轴承装置在转子1上为对称设置，以转子1一端的结构为例，包括一个轴承Ⅰ11、一个驱动单元2和一个支承单元3，轴承Ⅰ11设置在转子1的端部，支承单元3与轴承Ⅰ11的外周面相接以转动支承转子1。具体地，转子1的端部的外周面呈由外到内外径增加的阶梯状，轴承Ⅰ11可固定设置在转子1的外周，也可被限位设置在转子1的外周，本实施例中，轴承Ⅰ11的内圈的轴向两端被转子1外周的阶梯外表面和限位件12配合限位。限位件12可选但并不限于锁紧螺母，限位件12螺纹连接在转子1的外周以配合锁紧轴承Ⅰ11。

驱动单元2间隙设置在转子1的外周，驱动单元2用于驱动支承单元来夹持轴承Ⅰ11以支承转子1。本实施例中，驱动单元2包括旋转部21和直线部22，旋转部21位于轴承Ⅰ11的轴向内侧，旋转部21的外周面被转动装配在支撑单元4上，旋转部21的内周面与转子1之间存有间隙，旋转部21的朝向轴承Ⅰ11的端面上延伸有凸起212来与直线部22配合，直线部22呈筒状，直线部22的靠近凸起212的端面上开有弧形槽，弧形槽为轴向深度由深到浅逐渐变化的圆弧形槽，凸起212可呈圆柱状，凸起212伸入到弧形槽内，凸起212从弧形槽的深处运动至浅处，可推动直线部22沿轴线做直线运动。直线部22的内周面设置有齿2221，直线部22的内周面与支承单元3啮合，当直线部22作直线运动时可带动支承单元3旋转以与轴承Ⅰ11的外周面相接。

具体地，直线部22包括轴套221，轴套221位于旋转部21的轴向外侧且套设在转子1的外周，轴套221的内周面上分布有齿条222，齿条222平行于轴线延伸，齿条222上分布有齿2221以与支承单元3啮合。轴套221的外周面抵靠在支撑单元4上，齿条222与支承单元3啮合，通过支承单元3和支撑单元4配合可限位安装直线部22。

驱动单元2驱动支承单元3来夹持轴承Ⅰ11以支承转子1，支承单元3包括至少三个支承件31，至少三个支承件31沿周向均匀分布，支承件31位于直线部22和轴承Ⅰ11之间，支承件31的外径变化，无需支承转子1时，支承件31的外径较小处对应轴承Ⅰ11，支承件31与轴承Ⅰ11之间存有间隙，转子1可正常转动；如需支承转子1，直线部22带动支承件31转动，使支承件31的外径较大处对应轴承Ⅰ11，支承件31与轴承Ⅰ11之间的间隙消除，支承件31可支承转子1。本实施例中，支承件31呈椭圆形状，支承件31的长轴平行于转子1的轴线设置。优选地，支承件31的外周面具有齿牙段和防滑段，支承件31的齿牙段与直线部22上的齿2221啮合以实现齿传动，支承件31的防滑段对应轴承Ⅰ11的外周面设置，支承件31在直线部22的带动下转动后，其防滑段可与轴承Ⅰ11的外周面相接以支承转子1。本实施例中，支承件31为6个，且周向均匀分布，齿条222与支承件31一一对应啮合。

优选地，旋转部21与转子1之间的间隙小于转子正常工作状态下，支承件31与轴承Ⅰ11之间的间隙，如此，当转子1失稳跌落时会先与旋转部21接触，带动旋转部21转动，旋转部21带动支承单元3支承转子1。

驱动单元2和支承单元3均装配在支撑单元4上，为了更好地安装驱动单元2和支承单元3，支撑单元4的结构需进行合理设置。支撑单元4包括机架41和端盖42，机架41呈两端开口的筒状，机架41间隙套设在转子1的端部，机架41的部分延伸至转子1的轴向外侧，端盖42固定覆盖在机架41的位于转子1的轴向外侧的开口处，旋转部21的外周面通过轴承Ⅱ211可转动地安装在机架41的内周面上。具体地，旋转部21的外周面为阶梯面，轴承Ⅱ211的内圈限位固定在旋转部21的外周面上，机架41的对应轴承Ⅱ211的内周面也为阶梯面，机架41的阶梯面配合压板43轴向压紧轴承Ⅱ211的外圈。直线部22的轴套221的外周面抵靠在机架41的内周面上，轴套221上的齿条41与支承件31啮合。

支承单元3的支承件31被转动设置在直线部22和轴承Ⅰ11之间。具体地，相邻的两个支承件31之间设置有支架45，如此每个支承件31的轴向两侧均设置有支架45，支架45通过固定件44固定设置在端盖42上，支承轴311穿过支承件31的中部，支承轴311的两端转动在两侧的支架45上，如此支承件31可旋转。优选地，支架45的外端两侧延伸有限位块451，相邻两个限位块451之间形成可供齿条222滑动的滑槽，如此可限位直线部22的运动方向。

还包括复位件5，当无需支承单元3支承转子1时，支承单元3可在复位件5的作用下复位，支承单元3与轴承Ⅰ11之间存有间隙，转子1可正常转动。具体地，复位件5作用于驱动单元2的直线部22，使直线部22反向直线运动，齿传动带动支承件31复位。进一步地，复位件5设置在端盖42和轴套221之间，复位件5的一端作用于端盖42，另一端作用于轴套221。当反向旋转旋转部21，使旋转部21上的凸起212对应弧形槽的浅处时，复位件5可推动轴套221反向直线运动，轴套221带动其上的齿条222一并直线运动，齿条222带动支承单元3的支承件31反向旋转，实现复位。复位件5可选但并不限于弹簧。

基于上述结构，本实施例的齿传动支承保护轴承装置的工作原理为：

系统正常工作时，转子1高速转动，驱动单元2、支承单元3与转子1及其上的轴承Ⅰ11均存有间隙，转子1可正常转动；

系统断电或出现故障的情况下，转子1失去磁悬浮作用力，转子1失稳跌落，转子1先与旋转部21接触，在转子1的带动下，旋转部21随之转动，旋转部21上的凸起212从弧形槽的深处运动至浅处，以推动直线部22轴向朝外直线运动，直线部22上的齿条222带动支承件31转动，支承件31的防滑段与轴承Ⅰ11的外周面相接，以转动支承转子1；

当系统再次正常运转时，反向转动旋转部21，使旋转部21上的凸起212运动至弧形槽的浅处，直线部22在复位件5的作用下反向直线运动，直线部22上的齿条222带动支承件31反向转动，支承件31与轴承Ⅰ11的外周面之间产生间隙，转子1可正常转动。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，包括：

轴承Ⅰ(11)，所述轴承Ⅰ(11)设置在转子(1)的端部；

驱动单元(2)，所述驱动单元(2)被间隙装配在所述转子(1)的外周，所述驱动单元(2)包括旋转部(21)和直线部(22)，所述旋转部(21)被转动装配，所述旋转部(21)朝向所述直线部(22)的端面上延伸有凸起(212)，所述直线部(22)对应所述凸起(212)设置有深度逐渐变化的弧形槽，所述直线部(22)的内周面分布有齿(2221)，当所述转子(1)失稳跌落时，所述旋转部(21)随所述转子(1)旋转，所述旋转部(21)上的凸起(212)由弧形槽的深处向浅处运动以推动所述直线部(22)沿轴线运动；

支承单元(3)，所述支承单元(3)包括至少三个支承件(31)，所述支承件(31)间隙分布在所述轴承Ⅰ(11)的外周并与所述直线部(22)的内周面啮合，所述支承件(31)的外径变化，所述直线部(22)可带动所述支承件(31)转动以消除支承件(31)与轴承Ⅰ(11)之间的间隙，使所述支承件(31)夹持所述轴承Ⅰ(11)以支承所述转子(1)。

2.根据权利要求1所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述旋转部(21)与所述转子(1)之间的间隙小于转子(1)正常工作状态下所述支承件(31)与所述轴承Ⅰ(11)之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述旋转部(21)位于所述轴承Ⅰ(11)的远离转子(1)的端部的轴向另一侧，所述旋转部(21)的外周通过轴承Ⅱ(211)安装在支撑单元(4)上，所述直线部(22)的外周面抵靠在所述支撑单元(4)上，所述直线部(22)的内周面与支承件(31)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述直线部(22)包括轴套(221)，所述弧形槽设置在所述轴套(221)的靠近所述旋转部(21)的端面上，所述轴套(221)的内周面上固定有轴向延伸的齿条(222)，所述齿条(222)与所述支承件(31)一一对应啮合。

5.根据权利要求4所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述支承件(31)呈椭圆形状，所述支承件(31)的长轴平行于转子(1)的轴线设置。

6.根据权利要求5所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述支承件(31)的外周面具有齿牙段和防滑段，所述齿牙段与所述直线部(22)啮合，所述防滑段与所述轴承Ⅰ(11)的外周面相接以支承所述转子(1)。

7.根据权利要求4-6任一项所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述支撑单元(4)包括固定设置在每个支承件(31)周向两侧的支架(45)，所述支承件(31)的中心处可转动地固定在两侧的支架(45)上，所述齿条(222)位于相邻的两个支架(45)之间并沿两个支架(45)之间的滑槽滑动。

8.根据权利要求7所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述支撑单元(4)还包括机架(41)，所述机架(41)间隙套设在所述转子(1)的端部，所述旋转部(21)的外周通过轴承Ⅱ(211)安装在所述机架(41)的内周面上，所述轴套(221)的外周面抵靠在所述机架(41)的内周面上，所述机架(41)的伸出转子的轴向外侧的端部固定有端盖(42)，支架(45)通过固定件(44)固定设置在所述端盖(42)上。

9.根据权利要求1所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，还包括复位件(5)，所述复位件(5)为所述支承单元(3)提供复位作用力。

10.根据权利要求9所述的一种齿传动支承保护轴承装置，其特征在于，所述复位件(5)作用于所述直线部(22)，所述直线部(22)在所述复位件(5)的复位作用下反向轴线运动以带动所述支承单元(3)复位。

Images