一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构的制作方法

本发明涉及高速旋转机械领域，尤其涉及一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构。

背景技术：

压缩机、鼓风机、透平干燥机、大型节能水泵、高效节能热泵、储能飞轮、燃气轮机、离心式中央空调机组等大型高速旋转机械，在国民经济各部门中有着广泛应用，均是相关行业的核心关键设备，也是高耗能设备。

磁悬浮轴承是利用电磁力将转子无机械接触地悬浮起来的一种新型支承。与传统轴承（滚动轴承和油滑动轴承）相比，磁悬浮轴承与转子无机械接触，使用寿命长，维护费用低，无需润滑和密封，可长期用于高低温等特殊环境中，被认为是支承技术的一次革命，是目前唯一投入实用的主动支承装置。但是，磁悬浮轴承的一个明显缺点是比承载力较小。换言之，在同样承载力下，磁悬浮轴承的体积和重量较大，造成转子重量和尺寸增加、系统动态性能下降。

当磁悬浮轴承失效时，转子跌落会对磁悬浮轴承和转子造成严重损坏。因此，在磁悬浮轴承转子系统中，通常还应设置滚动轴承作为保护轴承（注：滚动轴承与转子之间的气隙小于磁悬浮轴承与转子之间的气隙），以承担保护功能，避免转子与磁悬浮轴承的碰撞。但是在系统正常运行时，这种保护轴承不起任何作用。

气体轴承是利用气膜支承负荷或减小摩擦的机械构件。与传统轴承（滚动轴承和油滑动轴承）相比，气体轴承具有速度高、精密度高、摩擦损耗小、耐高低温及原子辐射、无污染、寿命长等特点。气体轴承分为动压气体轴承和静压气体轴承。动压气体轴承不需要外加气源，只在流体动力作用下产生支承效应，具有结构简单的优点，但对制造加工要求较高，而且在启动和停止阶段，与转子存在直接接触摩擦。

螺旋槽或人字槽（以下统称螺旋槽）动压气体轴承是利用螺旋槽结构，通过螺旋泵送作用，产生支承效应的轴承。螺旋槽动压气体轴承以其承载力大（特别在高速下）、功耗低、高速稳定性好等特点，远优越于其他类型的动压气体轴承，实用中列居榜首。

气体轴承常用材料有钛合金和轴承钢，常用的加工方法有化学腐蚀加工法、仿形磨削法、离子溅射加工法、铣削法、磨料流加工、高速铣削的微米级加工。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构，所述磁悬浮轴承包含磁悬浮轴承座、径向磁悬浮轴承组件和轴向磁悬浮轴承组件，其中，径向磁悬浮轴承组件包含固定在主轴上的转子以及套在转子外的定子，所述转子、定子、主轴同轴且转子外壁和定子内壁之间的距离为d；

所述径向和轴向保护结构包含滚动轴承座、两个滚动轴承、两个碳化硅陶瓷轴套、两个轴向保护挡板和一个径向保护环；

所述两个滚动轴承并排设置，其外圈均和所述滚动轴承座固连；所述滚动轴承座和所述磁悬浮轴承座固连；

所述两个碳化硅陶瓷轴套的外壁和所述两个滚动轴承的内圈一一对应过盈配合，且每个碳化硅陶瓷轴套距离另一个碳化硅陶瓷轴套较远的一端均设有定位轴肩、以限制其相对对应的滚动轴承轴向移动；

所述两个轴向保护挡板、径向保护环均固定在主轴上，其中，径向保护环设置在两个轴向保护挡板之间，且径向保护环的两端分别和两个轴向保护挡板固连，形成用于容纳所述两个碳化硅陶瓷轴套的凹槽；

所述两个碳化硅陶瓷轴套均设置在所述凹槽内、和所述主轴偏心设置，且碳化硅陶瓷轴套内壁顶部和径向保护环外壁顶部的距离大于碳化硅陶瓷轴套内壁底部和径向保护环外壁底部的距离，碳化硅陶瓷轴套的内壁半径和径向保护环外壁半径之差小于d；

所述两个碳化硅陶瓷轴套在设有定位轴肩的一端的内壁上都均匀设有若干槽宽相同的螺旋槽、两个碳化硅陶瓷轴套定位轴肩靠近所述凹槽的端面的外缘都均匀设有若干槽宽从外到内逐渐变细的螺旋槽；

在主轴高速旋转时，所述两个碳化硅陶瓷轴套和径向保护环之间产生径向动压气膜，所述两个碳化硅陶瓷轴套和两个轴向保护挡板之间产生轴向动压气膜。

作为本发明一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构进一步的优化方案，所述碳化硅陶瓷轴套系通过冷等静压成型方法直接成型。

作为本发明一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构进一步的优化方案，所述碳化硅陶瓷轴套的内壁半径和径向保护环外壁的半径之差为d/2。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

第一，在系统正常运行时，产生的径向动压气膜能够产生垂直向上的支承力并且和径向磁悬浮轴承组件共同支承转子；

第二，在径向磁悬浮轴承组件失效造成转子沿径向跌落瞬间，产生的径向动压气膜沿径向跌落方向被压缩至极小而产生远大于正常运行时的支承力（沿径向跌落反方向），能够有效减轻转子沿径向直接撞击造成的破坏；

第三，在系统正常运行时，产生的轴向动压气膜能够产生轴向支承力并且和轴向磁悬浮轴承组件共同支承转子；

第四，在轴向磁悬浮轴承组件失效造成转子沿轴向跌落瞬间，产生的轴向动压气膜沿轴向跌落方向被压缩至极小而产生远大于正常运行时的支承力（沿轴向跌落反方向），能够有效减轻转子沿轴向直接撞击造成的破坏；

第五，由于采用冷等静压直接成型工艺，避免了传统的螺旋槽动压气体轴承对制造加工要求较高的缺点；

第六，本发明具有比滚动轴承更强的径向和轴向保护作用。

附图说明

图1为本发明配合磁悬浮轴承的结构示意图；

图2为本发明中径向和轴向保护结构的结构示意图；

图3为本发明中碳化硅陶瓷轴套和径向保护环相配合的示意图；

图4为本发明中碳化硅陶瓷轴套的结构示意图。

图中，1-主轴，2-径向磁悬浮轴承组件，3-轴向磁悬浮轴承组件，4-径向和轴向保护结构，5-径向保护环，6-轴向保护挡板，7-滚动轴承，8-滚动轴承座，9-定位轴肩，10-碳化硅陶瓷轴套的内壁，11-径向保护环的外壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构，所述磁悬浮轴承包含磁悬浮轴承座、径向磁悬浮轴承组件和轴向磁悬浮轴承组件，其中，径向磁悬浮轴承组件包含固定在主轴上的转子以及套在转子外的定子，所述转子、定子、主轴同轴且转子外壁和定子内壁之间的距离为d。

如图2所示，所述径向和轴向保护结构包含滚动轴承座、两个滚动轴承、两个碳化硅陶瓷轴套、两个轴向保护挡板和一个径向保护环；

所述两个滚动轴承并排设置，其外圈均和所述滚动轴承座固连；所述滚动轴承座和所述磁悬浮轴承座固连；

所述两个碳化硅陶瓷轴套的外壁和所述两个滚动轴承的内圈一一对应过盈配合，且每个碳化硅陶瓷轴套距离另一个碳化硅陶瓷轴套较远的一端均设有定位轴肩、以限制其相对对应的滚动轴承轴向移动；

所述两个轴向保护挡板、径向保护环均固定在主轴上，其中，径向保护环设置在两个轴向保护挡板之间，且径向保护环的两端分别和两个轴向保护挡板固连，形成用于容纳所述两个碳化硅陶瓷轴套的凹槽。

图2给出的实施例中，其中一个轴向保护挡板和径向保护环通过过盈配合与主轴固连，另一个轴向保护挡板通过螺钉联接与主轴固连。

如图3所示，所述两个碳化硅陶瓷轴套均设置在所述凹槽内、和所述主轴偏心设置，且碳化硅陶瓷轴套内壁顶部和径向保护环外壁顶部的距离大于碳化硅陶瓷轴套内壁底部和径向保护环外壁底部的距离，碳化硅陶瓷轴套的内壁半径和径向保护环外壁半径之差为d/2。

如图4所示，所述两个碳化硅陶瓷轴套在设有定位轴肩的一端的内壁上都均匀设有若干槽宽相同的螺旋槽、两个碳化硅陶瓷轴套定位轴肩靠近所述凹槽的端面的外缘都均匀设有若干槽宽从外到内逐渐变细的螺旋槽。

所述碳化硅陶瓷轴套系通过冷等静压成型方法直接成型。

二十世纪以来，组合型技术成果的比例显著上升，新技术往往是已存在的几种科学原理的组合，是当代技术发展的一种趋势。

在主轴高速旋转时，所述两个碳化硅陶瓷轴套和径向保护环之间产生径向动压气膜，所述两个碳化硅陶瓷轴套和两个轴向保护挡板之间产生轴向动压气膜。

在系统正常运行时，产生的径向动压气膜和轴向动压气膜分别提供额外的径向和轴向支承力，与径向磁悬浮轴承组件和轴向磁悬浮轴承组件共同支承转子。在径向磁悬浮轴承组件或轴向磁悬浮轴承组件失效造成转子沿径向或轴向跌落瞬间，该径向动压气膜或轴向动压气膜沿径向或轴向跌落方向被压缩至极小而产生远大于正常运行时的支承力（沿径向或轴向跌落反方向），可有效减轻转子沿径向或轴向直接撞击造成的破坏。因此本发明具有比滚动轴承更强的径向和轴向保护作用。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。