CN112128244A - 一种模块化主动磁悬浮轴承装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化主动磁悬浮轴承装置。它包括轴向传感器座、左端盖、推力盘、轴向传感器、辅助轴承座、右端盖、辅助轴承、轴承装置内圈、定位轴套、轴向磁轴承定子、轴向磁轴承定子座、径向磁轴承定子、径向磁轴承转子、径向传感器、径向传感器座、轴承装置外圈和航空插座等一系列零部件。整个系统装置不仅具有良好的径、轴向承载能力,且具有结构紧凑、易于安装互换等优点,可以最大程度上降低维护维修的成本、提高互换性且易于象滚动轴承那样专业化批量生产,使得主动磁悬浮轴承设计应用场景更加多元化,增强了主动磁轴承的通用性和互换性,提升了效益。
Description
技术领域
本发明属于磁悬浮轴承技术领域,具体涉及一种模块化主动磁悬浮轴承装置。该装置除了包括径向磁轴承和轴向磁轴承的组合装置之外,还包括由辅助轴承等系列零部件组成的辅助保护系统,象滚动轴承那样模块化的设计增强了主动磁悬浮轴承的通用性和互换性,增加了其量产的可能性,扩展了主动磁悬浮轴承的应用范围。
背景技术
轴承的相对运动部件包括内、外圈,内、外圈与滚动体,现有的各类滑动轴承与滚动轴承,其相对运动部件直接接触,存在着摩擦阻力较大、容易发热、润滑油或润滑脂对环境污染较大等缺点。磁悬浮轴承具有无摩擦无污染的优点,但目前主动磁悬浮轴承大都不能承受径向和轴向的复合载荷,且具有结构复杂、互换性差、维修成本高、难以量产的缺点,因此,需要在设计时将主动磁轴承象滚动轴承那样进行模块化的设计,提高产品互换性,降低维护成本,使工厂运营利润最大化。
发明内容
为了克服传统主动磁悬浮轴承互换性差、维护成本高的缺点,本发明的目的是提供一种模块化主动磁悬浮轴承装置,可最大程度上降低维护维修的成本、提高互换性且易于专业化批量生产。本装置结构紧凑,零部件设计易于安装更换,使得主动磁悬浮轴承设计应用场景更加多元化,增强了主动磁轴承的通用性和互换性,提升了效益。
为达到上述目的,本发明创造是采用如下发明构思:
在模块化主动磁悬浮轴承系统装置中,轴向承载方面选用轴向磁轴承定子与推力盘产生吸力的方式,该结构已被实践证明是一种较为成熟的设计。相对于轴向承载方面,径向承载选用径向磁轴承定子与径向磁轴承转子之间产生吸力克服重力实现稳定悬浮。故在前人研究的基础上将径向磁轴承、轴向磁轴承、径向传感器、轴向传感器、保护轴承等装置集成在一个组合的磁悬浮轴承模块中。该模块化主动磁悬浮轴承装置可用于承担卧式机械主轴的重力和机械工作时的轴向力。将径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承进行象滚动轴承那样模块化设计可以降低成本,由专业化厂家进行批量生产是主动磁悬浮轴承实现大规模推广的前提条件。
根据上述发明构思,本发明采用如下技术方案:
一种模块化主动磁悬浮轴承装置,包括左端盖、推力盘、轴向传感器、右端盖、辅助轴承、轴承装置内圈、轴向磁轴承定子、轴向磁轴承定子座、径向磁轴承定子、径向磁轴承转子、径向传感器和轴承装置外圈,在所述轴承装置内圈与轴承装置外圈之间,在左端盖内测依次安装轴向传感器、推力盘、轴向磁轴承定子和轴向磁轴承定子座,在左端盖和右端盖之间的中间部位安装径向磁轴承定子、径向磁轴承转子和径向传感器,在右端盖内测安装着辅助轴承。
优选地,所述径向磁轴承转子、推力盘、定位轴套以及辅助轴承的内圈都嵌套在轴承装置内圈上,径向磁轴承定子、轴向磁轴承定子、轴向磁轴承定子座、辅助轴承座、辅助轴承的外圈以及轴向传感器座、径向传感器座等都固定安装在轴承装置外圈中,径向磁轴承定子对磁轴承转子分别产生径向的吸力;模块化主动磁悬浮轴承成对使用,磁浮轴承A的径向磁轴承转子受到定子向上的吸力Fya-’和向下的吸力Fya+’,磁浮轴承B的径向磁轴承转子受到定子向上的吸力Fyb-’和向下的吸力Fyb+’,两套径向磁轴承产生的合力Fy’向上,Fy’=Fya-’-Fya+’+Fyb-’-Fyb+’,Fy’大小等于径向磁轴承转子、推力盘、定位轴套、轴承装置内圈和心轴一系列转动部件的重力及其所受向下径向外载荷的合力Fy,即Fy=Fy’。
优选地,所述轴向磁轴承定子嵌套在轴向磁轴承定子座中,轴向磁轴承定子座由左端盖压紧,磁浮轴承A轴向磁轴承定子对推力盘产生的轴向吸力为Fza’,方向向左,磁浮轴承B轴向磁轴承定子对推力盘产生的轴向吸力为Fzb’,方向向右,两套轴向磁轴承定子产生的合力Fz’向左,Fz’=Fza’-Fzb’,Fz’大小等于轴所受的轴向外载荷Fz,即Fz=Fz’。
优选地,所述辅助轴承为两套角接触球轴承,采用面对面的安装方式,外圈安装在辅助轴承座中,辅助轴承装置内圈与轴承装置内圈并不接触,辅助轴承座安装在轴承装置外圈中,用于对磁轴承定转子的保护。
优选地,辅助轴承装置内圈与轴承装置内圈并不接触,并设有半径间隙0.1~0.2mm大间隙配合结构。
优选地,所述径向传感器安装在径向传感器座中并通过螺栓固定在轴承外圈上,轴向传感器安装在轴向传感器座中并通过螺栓固定在轴向磁轴承定子座上,径向传感器水平方向有两个传感器探头对称布置,竖直方向有两个传感器探头对称布置,用来测量径向位移,轴向传感器测量与推力盘之间的距离,径向磁轴承定子、轴向磁轴承定子、径向传感器和轴向传感器的供电线均通过线路通道引出接到航空插座上。
优选地,所述轴承装置内圈和心轴开有通风孔道,主动磁悬浮轴承模块采用风冷散热,轴向传感器座和径向传感器座分别用内六角螺钉与轴承装置外圈连接固定,左端盖和右端盖分别用内六角螺钉与轴承装置外圈连接固定。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明装置的模块化主动磁悬浮轴承作为关键支承部分,它在没有安装到主机轴上时,应该保证轴承内圈的对中性,同时辅助轴承应当承受径向磁轴承转子、推力盘和轴承装置内圈等零部件的重力;
2.本发明将模块化主动磁轴承装配到主机轴上后,组合磁轴承的径向磁力主要承受主机转子轴的重力和主机运行后的径向工作外载荷,组合磁轴承的轴向磁力将承受主机运行后的轴向工作外载荷,此时内圈与辅助轴承的内圈之间非接触悬浮,安装在组合磁轴承系统内部的辅助轴承不再受力,用于断电或故障失稳时对磁轴承定转子的保护;
3.本发明的径向磁轴承转子和推力盘以过盈配合的形式嵌套在轴承装置内圈上,而磁轴承的轴承装置内圈通过过盈配合与主机转轴进行连接,在正常运转下,高速旋转的主机转轴会带动磁悬浮轴承的轴承装置内圈、推力盘和径向磁轴承转子高速旋转。
附图说明
图1为本发明的模块化主动磁悬浮轴承装置结构示意图。
图2为本发明所述的模块化主动磁悬浮轴承工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。
实施例一:
如图1和图2所示,一种模块化主动磁悬浮轴承装置,包括左端盖2、推力盘3、轴向传感器4、右端盖6、辅助轴承7、轴承装置内圈8、轴向磁轴承定子10、轴向磁轴承定子座11、径向磁轴承定子12、径向磁轴承转子13、径向传感器14和轴承装置外圈16,在所述轴承装置内圈8与轴承装置外圈16之间,在左端盖2内测依次安装轴向传感器4、推力盘3、轴向磁轴承定子10和轴向磁轴承定子座11,在左端盖2和右端盖6之间的中间部位安装径向磁轴承定子12、径向磁轴承转子13和径向传感器14,在右端盖6内测安装着辅助轴承7。本实施例装置除了包括径向磁轴承和轴向磁轴承的组合装置之外,还包括由辅助轴承等系列零部件组成的辅助保护系统,象滚动轴承那样模块化的设计增强了主动磁悬浮轴承的通用性和互换性,增加了其量产的可能性,扩展了主动磁悬浮轴承的应用范围。
实施例二:
本实施例与实施例一基本相同,特别之处如下:
所述径向磁轴承转子13、推力盘3、定位轴套9以及辅助轴7的内圈都嵌套在轴承装置内圈8上,径向磁轴承定子12、轴向磁轴承定子10、轴向磁轴承定子座11、辅助轴承座5、辅助轴承7的外圈以及轴向传感器座1、径向传感器座15等都固定安装在轴承装置外圈16中,径向磁轴承定子12对磁轴承转子13分别产生径向的吸力,包括产生向上和向下的径向吸力;模块化主动磁悬浮轴承成对使用,磁浮轴承A的径向磁轴承转子13受到定子向上的吸力Fya-’和向下的吸力Fya+’,磁浮轴承B的径向磁轴承转子13受到定子向上的吸力Fyb-’和向下的吸力Fyb+’,两套径向磁轴承产生的合力Fy’向上,Fy’=Fya-’-Fya+’+Fyb-’-Fyb+’,Fy’大小等于径向磁轴承转子13、推力盘3、定位轴套9、轴承装置内圈8和心轴一系列转动部件的重力及其所受向下径向外载荷的合力Fy,即Fy=Fy’。
所述轴向磁轴承定子10嵌套在轴向磁轴承定子座11中,轴向磁轴承定子座11由左端盖2压紧,磁浮轴承A轴向磁轴承定子10对推力盘3产生的轴向吸力为Fza’,方向向左,磁浮轴承B轴向磁轴承定子10对推力盘3产生的轴向吸力为Fzb’,方向向右,两套轴向磁轴承定子产生的合力Fz’向左,Fz’=Fza’-Fzb’,Fz’大小等于轴所受的轴向外载荷Fz,即Fz=Fz’。
所述辅助轴承7为两套角接触球轴承,采用面对面的安装方式,外圈安装在辅助轴承座5中,辅助轴承内圈与轴承装置内圈8并不接触,辅助轴承座5安装在轴承装置外圈16中,用于对磁轴承定转子的保护。辅助轴承7的内圈与轴承装置内圈8设有半径间隙0.1~0.2mm大间隙配合结构。
所述径向传感器14安装在径向传感器座15中并通过螺栓固定在轴承装置外圈16上,轴向传感器4安装在轴向传感器座1中并通过螺栓固定在轴向磁轴承定子座11上,径向传感器14水平方向有两个传感器探头对称布置,竖直方向有两个传感器探头对称布置,用来测量径向位移,轴向传感器4测量与推力盘3之间的距离,径向磁轴承定子12、轴向磁轴承定子10、径向传感器14和轴向传感器4的供电线均通过线路通道引出接到航空插座17上。
所述轴承装置内圈8和心轴开有通风孔道,主动磁悬浮轴承模块采用风冷散热,轴向传感器座1和径向传感器座15分别用内六角螺钉与轴承装置外圈16连接固定,左端盖2和右端盖6分别用内六角螺钉与轴承装置外圈16连接固定。
本实施例模块化主动磁悬浮轴承作为关键支承部分,它在没有安装到主机轴上时,应该保证轴承装置内圈8的对中性,同时辅助轴承7应当承受径向磁轴承转子13、推力盘3和轴承装置内圈8等零部件的重力;将模块化主动磁轴承装配到主机轴上后,组合磁轴承的径向磁力主要承受主机转子轴的重力和主机运行后的径向工作外载荷,组合磁轴承的轴向磁力将承受主机运行后的轴向工作外载荷,此时轴承装置内圈8与辅助轴承7的内圈之间非接触悬浮,安装在组合磁轴承系统内部的辅助轴承7不再受力,用于断电或故障失稳时对磁轴承定转子的保护。径向磁轴承转子13和推力盘3以过盈配合的形式嵌套在轴承装置内圈8上,而磁轴承的轴承装置内圈8通过过盈配合与主机转轴进行连接,在正常运转下,高速旋转的主机转轴会带动磁悬浮轴承的轴承装置内圈8、推力盘3和径向磁轴承转子13高速旋转。本实施例的整个系统装置不仅具有良好的径、轴向承载能力,且具有结构紧凑、易于安装互换等优点,可以最大程度上降低维护维修的成本、提高互换性且易于象滚动轴承那样专业化批量生产,使得主动磁悬浮轴承设计应用场景更加多元化,增强了主动磁轴承的通用性和互换性,提升了效益。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种模块化主动磁悬浮轴承装置,包括左端盖(2)、推力盘(3)、轴向传感器(4)、右端盖(6)、辅助轴承(7)、轴承装置内圈(8)、轴向磁轴承定子(10)、轴向磁轴承定子座(11)、径向磁轴承定子(12)、径向磁轴承转子(13)、径向传感器(14)和轴承装置外圈(16),其特征在于:在所述轴承装置内圈(8)与轴承装置外圈(16)之间,在左端盖(2)内测依次安装轴向传感器(4)、推力盘(3)、轴向磁轴承定子(10)和轴向磁轴承定子座(11),在左端盖(2)和右端盖(6)之间的中间部位安装径向磁轴承定子(12)、径向磁轴承转子(13)和径向传感器(14),在右端盖(6)内测安装着辅助轴承(7)。
2.根据权利要求1所述模块化主动磁悬浮轴承装置,其特征在于:所述径向磁轴承转子(13)、推力盘(3)、一个定位轴套(9)以及一个辅助轴承(7)的内圈都嵌套在轴承装置内圈(8)上,径向磁轴承定子(12)、轴向磁轴承定子(10)、轴向磁轴承定子座(11)、一个辅助轴承座(5)、辅助轴承(7)的外圈以及一个轴向传感器座(1)、一个径向传感器座(15)都固定安装在轴承装置外圈(16)中,径向磁轴承定子(12)对磁轴承转子(13)分别产生径向的吸力;模块化主动磁悬浮轴承装置成对使用,其中的一个磁浮轴承装置(A)的径向磁轴承转子(13)受到定子向上的吸力Fya-’和向下的吸力Fya+’,另一个磁浮轴承装置(B)的径向磁轴承转子(13)受到定子向上的吸力Fyb-’和向下的吸力Fyb+’,两套径向磁轴承产生的合力Fy’向上,Fy’=Fya-’-Fya+’+Fyb-’-Fyb+’,Fy’大小等于径向磁轴承转子(13)、推力盘(3)、定位轴套(9)、轴承装置内圈(8)和心轴一系列转动部件的重力及其所受向下径向外载荷的合力Fy,即Fy=Fy’。
3.根据权利要求2所述模块化主动磁悬浮轴承装置,其特征在于:所述轴向磁轴承定子(10)嵌套在轴向磁轴承定子座(11)中,轴向磁轴承定子座(11)由左端盖(2)压紧,左侧的磁浮轴承装置(A)轴向磁轴承定子(10)对推力盘(3)产生的轴向吸力为Fza’,方向向左,右侧的磁浮轴承装置(B)轴向磁轴承定子(10)对推力盘(3)产生的轴向吸力为Fzb’,方向向右,两套轴向磁轴承定子产生的合力Fz’向左,Fz’=Fza’-Fzb’,Fz’大小等于轴所受的轴向外载荷Fz,即Fz=Fz’。
4.根据权利要求2所述模块化主动磁悬浮轴承装置,其特征在于:所述辅助轴承(7)为两套角接触球轴承,采用面对面的安装方式,外圈安装在辅助轴承座(5)中,辅助轴承装置(7)的内圈与轴承装置内圈(8)并不接触,辅助轴承座(5)安装在轴承装置外圈(16)中,用于对磁轴承定转子的保护。
5.根据权利要求4所述模块化主动磁悬浮轴承装置,其特征在于:辅助轴承装置内圈与轴承装置内圈并不接触,并设有半径间隙0.1~0.2mm大间隙配合结构。
6.根据权利要求2所述模块化主动磁悬浮轴承装置,其特征在于:所述径向传感器(14)安装在径向传感器座(15)中并通过螺栓固定在轴承装置外圈(16)上,轴向传感器(4)安装在轴向传感器座(1)中并通过螺栓固定在轴向磁轴承定子座(11)上,径向传感器(14)水平方向有两个传感器探头对称布置,竖直方向有两个传感器探头对称布置,用来测量径向位移,轴向传感器(4)测量与推力盘(3)之间的距离,径向磁轴承定子(12)、轴向磁轴承定子(10)、径向传感器(14)和轴向传感器(4)的供电线均通过线路通道引出接到一个航空插座(17)上。
7.根据权利要求1所述模块化主动磁悬浮轴承装置,其特征在于:所述轴承装置内圈(8)和心轴开有通风孔道,主动磁悬浮轴承装置采用风冷散热,轴向传感器座(1)和径向传感器座(15)分别用内六角螺钉与轴承装置外圈(16)连接固定,左端盖(2)和右端盖(6)分别用内六角螺钉与轴承装置外圈(16)连接固定。
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CN113819143A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-21 | 北京京冶轴承股份有限公司 | 一种高速列车转向架混合支撑装置以及转向架 |
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CN113819143B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-12-22 | 北京京冶轴承股份有限公司 | 一种高速列车转向架混合支撑装置以及转向架 |
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