CN112460154A - 一种磁悬浮转子跌落径向保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮转子跌落径向保护装置，磁悬浮转子跌落径向保护装置由保护圈外圈、保护圈内圈、Z字型柔性铰链以及阻尼材料构成，保护圈外圈和保护圈内圈之间采用周向均匀分布的多个Z字型柔性铰链连接，内外圈之间的其它缝隙，采用阻尼材料填充。保护圈外圈与保护圈内圈的相对位置为同轴关系，保护圈外圈的结构尺寸根据与之配合的轴承孔形状、尺寸确定，保护圈内圈结构尺寸可根据与之配合的轴承外圈尺寸或轴承内孔尺寸确定。磁悬浮转子跌落径向保护装置，可与滚动轴承配合，组成可周向转动的磁悬浮转子保护装置，可与滚动轴承的内圈或外圈直接配合组装，组成保护圈固定或者保护圈可旋转的结构形式。

Description

一种磁悬浮转子跌落径向保护装置

技术领域

本发明属于磁悬浮技术领域，特别提供了一种磁悬浮转子跌落径向保护装置。

背景技术

磁悬浮轴承是利用磁力使轴系与轴支承装置现对悬浮转动，具有无摩擦阻力，运行参数可调的优点。由于磁悬浮轴承工作中存在气隙，当系统失稳时，转子会发生跌落现象，及转子将撞击支承结构。

为了应对这一现象，众多发明者提出了多种保护装置方案，多数保护圈或装置采用装配方案，在内外圈之间设计了弹簧或者采用橡胶垫圈吸收冲击能量。于磁悬浮轴承的转速一般都很高，当系统发生异常时，转子在跌落到保护装置上时会产生很大的连续冲击，并使得保护轴承在瞬间达到很高的转速。而现有的保护轴承由于抵抗转子冲击的能力较低，常常发生保护轴承损毁、甚至因保护轴承卡死而损坏磁悬浮设备的事故。

磁悬浮转子的转子动力学特性以及受到结构体积的限制，工程中采用最多的使用通用滚动轴承作为保护轴承，并利用滚动轴承的弹性变形吸收转子跌落的冲击能量。而滚动轴承的滚动体受力分析一般采用赫兹接触模型，计算复杂且准确性差。滚动轴承的变形量在使用中还受到预紧的影响，不同制造商的轴承轨道、滚动体尺寸也不尽相同，给设计使用带来很大的困难。受制于滚动轴承的材料和体积，使用滚动轴承的弹性变形量也十分有限，阻尼比更是难以满足保住轴承的需要，这使得滚动轴承为主的保护装置的工作区间十分狭窄。轴承刚度过高，起不到保护作用；轴承刚度低则可能造成保护轴承损坏，甚至造成更大的损失。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种磁悬浮转子跌落径向保护装置，可提高其工作区间及阻尼比。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案。一种磁悬浮转子跌落径向保护装置，包括：

磁悬浮转子跌落径向保护装置由保护圈外圈、保护圈内圈、Z字型柔性铰链以及阻尼材料构成，保护圈外圈和保护圈内圈之间采用周向均匀分布的多个Z字型柔性铰链连接，内外圈之间的其它缝隙，采用阻尼材料填充。

通过上述技术方案，可以在磁悬浮转子失稳后吸收较多的撞击能量，提高工作区间及阻尼比，为转子提供更多的保护。

所述的保护圈外圈与保护圈内圈的相对位置为同轴关系。

通过上述技术方案，可以同时保证保护圈外圈、保护圈内圈与磁悬浮转子间的相对位置精度，提高磁悬浮转子跌落径向保护圈的可靠性。

所述保护圈外圈的结构尺寸根据与之配合的轴承孔形状、尺寸确定。

通过上述技术方案，可以将磁悬浮转子跌落径向保护圈安装于轴承内孔，增加了磁悬浮转子跌落径向保护圈的应用场合。

所述保护圈内圈结构尺寸可根据与之配合的轴承外圈尺寸或轴承内孔尺寸确定。

通过上述技术方案，可以直接与轴承外圈尺寸或轴承内孔尺寸加工配合，增加了磁悬浮转子跌落径向保护圈的应用场合。

所述Z字型柔性铰链，周向均匀分布于保护圈外圈与保护圈内圈之间，连接保护圈外圈与保护圈内圈，其结构根据支承刚度、应力水平以及变形量要求确定。

通过上述技术方案，可以根据实际应用环境选用参数最合适的Z字型柔性铰链，提高提高磁悬浮转子跌落径向保护装置的可靠性。

所述的阻尼材料，可采用各种阻尼材料如：丁基、丙烯酸酯、聚硫、丁腈和硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯和环氧树脂等，以及高阻尼合金。

所述磁悬浮转子跌落径向保护装置，可与滚动轴承配合，组成可周向转动的磁悬浮转子保护装置，可与滚动轴承的内圈或外圈直接配合组装，组成保护圈固定或者保护圈可旋转的结构形式。

通过上述技术方案，可以增加磁悬浮转子跌落径向保护装置的应用场合。

采用本发明采用的技术方案后，带来以下有益效果：

1、本发明磁悬浮转子跌落径向保护装置由保护圈外圈、保护圈内圈、Z字型柔性铰链以及阻尼材料构成，保护圈外圈和保护圈内圈之间采用周向均匀分布的多个Z字型柔性铰链连接，内外圈之间的其它缝隙，采用阻尼材料填充。可以在磁悬浮转子失稳后吸收较多的撞击能量，提高工作区间及阻尼比，为转子提供更多的保护。

2、本发明保护圈外圈的结构尺寸根据与之配合的轴承孔形状、尺寸确定。可以将磁悬浮转子跌落径向保护圈安装于轴承内孔，增加了磁悬浮转子跌落径向保护圈的应用场合。

3、本发明保护圈内圈结构尺寸可根据与之配合的轴承外圈尺寸或轴承内孔尺寸确定。可以直接与轴承外圈尺寸或轴承内孔尺寸加工配合，增加了磁悬浮转子跌落径向保护圈的应用场合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明中一种磁悬浮转子跌落径向保护装置的主视图，带有局部剖视图。

图2是本发明中一种磁悬浮转子跌落径向保护装置的主视图的剖视图。

图3是图1的局部放大视图。

附图中各部件的标记如下：1、保护圈外圈；2、保护圈内圈；3、Z字型柔性铰链；4、阻尼材料；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1-3，本发明实施例包括：

实施例1：

本发明一种磁悬浮转子跌落径向保护装置如图1所示，保护圈为一体加工成型结构件，保护圈由保护圈外圈1，保护圈内圈2，Z字型柔性铰链3，以及阻尼材料4构成。保护圈外圈1与保护圈内圈2的相对位置为同轴关系。Z字型柔性铰链3，周向均匀分布于保护圈外圈1与保护圈内圈2之间，连接保护圈外圈1与保护圈内圈2。

Z字型柔性铰链3与阻尼材料4决定了本发明的性能，设计中，采用有限元分析技术辅助设计，当变形量较大时，采用显式算法，准确的计算保护圈的刚度、应力、变形量以及阻尼比。

保护圈外圈1，保护圈内圈2和Z字型柔性铰链3采用结构钢、合金钢等金属材料制造，低热处理变形量的材料有助于保持保护圈外圈1，保护圈内圈2的形位工差，保护圈外圈1，保护圈内圈2，和Z字型柔性铰链3采用线切割制造，或者、粉末冶金烧结制造，阻尼材料可采用注射法、压铸法、浇铸法制作。

磁悬浮转子失稳后，转子将直接或间接撞击在保护圈内圈2上，Z字型柔性铰链3将发生径向变形，保护圈内圈2相对保护圈外圈1的同轴度将发生变化，带动阻尼材料4发生变形，磁悬浮转子跌落径向保护装置吸收了部分磁悬浮转子的撞击能量。本发明采用了大量的阻尼材料，可以较多吸收撞击能量，减少转子跌落过程中的多次碰撞，为转子提供更多的保护；当本发明配合周向滚动轴承使用时，可尽量提高轴承的抗冲击能力与刚度，不用再考虑滚动轴承所需要的合适的刚度，将极大提升设计的自由度，而且具有更宽的性能区间。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种磁悬浮转子跌落径向保护装置，其特征在于磁悬浮转子跌落径向保护装置由保护圈外圈、保护圈内圈、Z字型柔性铰链以及阻尼材料构成，保护圈外圈和保护圈内圈之间采用周向均匀分布的多个Z字型柔性铰链连接，内外圈之间的其它缝隙，采用阻尼材料填充。

2.按权利要求1所述保护圈外圈与保护圈内圈的相对位置为同轴关系。

3.按权利要求1所述保护圈外圈的结构尺寸根据与之配合的轴承孔形状、尺寸确定。

4.按权利要求1所述保护圈内圈结构尺寸根据与之配合的轴承外圈尺寸或轴承内孔尺寸确定。

5.按权利要求1所述Z字型柔性铰链，周向均匀分布于保护圈外圈与保护圈内圈之间，连接保护圈外圈与保护圈内圈，其结构参数根据支承刚度、应力水平以及变形量要求确定。

6.按权利要求1所述阻尼材料，可采用丁基、丙烯酸酯、聚硫、丁腈和硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯和环氧树脂以及高阻尼合金等。

7.按权利要求1所述磁悬浮转子跌落径向保护装置，可与滚动轴承配合，组成可周向转动的磁悬浮转子保护装置，可与滚动轴承的内圈或外圈直接配合组装，组成保护圈固定或者保护圈可旋转的结构形式。

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