一种用于立式磁轴承台架的具有自定心功能的保护轴承

技术领域：

本发明涉及磁悬浮轴承系统技术领域，尤其涉及一种立式磁悬浮转子跌落的保护轴承装置。

背景技术：

在磁悬浮轴承系统中，一旦磁悬浮轴承发生失效，转子将会从悬浮状态高速跌落，因此需要一套保护轴承(touchdownbearings)接住转子避免发生转子与定子的碰撞损毁，保证整套磁轴承系统的安全性和可靠性。对于立式磁悬浮转子跌落，高速旋转的转子首先因重力作用在轴向上接触保护轴承轴向端面，同时由于偏心的存在使得转子在离心作用下与内圈发生径向接触和碰撞，并在间隙内发生弹跳和全周摩擦。转子的碰撞、摩擦导致了剧烈涡动，使得内圈将会持续承受转子自重3-10倍的接触力，可能会造成保护轴承的损伤，同时碰摩产生的摩擦力和摩擦扭矩可能会导致保护轴承的迅速升温并快速失效。目前，保护轴承的可靠性问题已经成为了制约磁悬浮轴承技术发展的主要瓶颈之一。

针对立式磁悬浮轴承，从保护轴承的结构设计角度，在不增加装置复杂性的前提下，尽量降低保护轴承在跌落中所受的接触力，对提高保护轴承的可靠性，延长保护轴承的使用寿命可以起到重要作用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术可靠性不足的问题，本发明提出了一种用于立式磁轴承台架的具有自定心功能的保护轴承，降低了转子涡动响应、碰撞接触力和摩擦发热，有效提高保护轴承的寿命。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于立式磁轴承台架的具有自定心功能的保护轴承，包括轴承外圈、滚动体、保持架、轴承内圈和配对轴套；

保护轴承需要同时能够承受轴向载荷和径向载荷，轴承外圈、滚动体、保持架的尺寸与技术要求与同规格角接触球轴承相同；

轴承内圈、配对轴套具有一对可以完全贴合的锥面，轴承内圈与滚动体、保持架以及轴承外圈组合成轴承主体，配对轴套直接以过盈配合的方式安装于转子端部；

保护轴承装置系统，在转子悬浮旋转时处于静止不工作状态，转子、轴套与轴承内圈间存在间隙；当所述转子发生跌落，转子、轴套与保护轴承内圈接触，轴承被加速到转子转速；

轴向上轴套与轴承内圈会因重力作用紧密贴合，径向上转子会在保护轴承内圈范围内发生弹跳碰撞，此时由于轴套与轴承内圈有可以贴合的两个锥面，使得转子在保护轴承上具有自定心功能，能有效降低保护轴承收到的径向碰撞力，提高保护轴承的寿命；

所述自定心功能是根据锥面接触时重力在锥面切线上产生指向转子中心的水平分量实现的。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括：所述轴承外圈和轴承内圈间安装球形滚动体，所述滚动体由保持架间隔开。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括：所述保护轴承只在磁悬浮轴承失效发生转子跌落时进行工作，无需润滑介质对其进行补充。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括：所述配对轴套的径向宽度尺寸大于轴承内圈径向宽度，即h1＜h2。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括：所述轴承内圈和配对轴套的接触锥面采用具有良好耐磨性的材料或涂层。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括：

本发明的有益效果是，本发明能够在磁悬浮轴承系统失效后对转子同时提供径向和轴向的保护，并且能够同时减小因转子涡动引起的径向接触力和摩擦力；另外，当磁悬浮轴承再次进行悬浮时，能够及时恢复轴承内圈与配对轴套的间隙，使得保护轴承不干扰磁悬浮轴承的正常运行；提高了立式保护轴承的可靠性和安全性，降低了保护轴承的检测和维修成本。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明所述的一种用于立式磁轴承台架的具有自定心功能的保护轴承的整体结构示意图；

图2为图1中保护轴承内圈结构示意图；

图3为图1中配对轴套结构示意图；

图中，1、转子，2、配对轴套，3、轴承内圈，4、滚动体，5、轴承外圈，6、保持架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

下面参考图1、图2和图3来描述根据本发明实施例的具有自定心功能的保护轴承。

如图1所示，根据本发明实施例的具有自定心功能的保护轴承，包括转子1、配对轴套2、轴承内圈3、滚动体4、轴承外圈5、保持架6。

具体的，配对轴套2通过过盈配合的方式安装到转子1上，轴承内圈3、滚动体4、轴承外圈5和保持架6单独组装成轴承主体，轴承内圈3和轴承外圈5同轴设置，滚动体4安装在轴承内圈3和轴承外圈5之间，并使用保持架6将滚动体4彼此间隔开。

滚动体4可以在内外圈滚道间滚动，一般来说，轴承外圈5通过过盈配合的方式固定到机架上，轴承内圈3可以沿着滚动体4的滚动方向进行旋转，配对轴套2相对于转子1固定，二者的运动方式同步。

根据本发明实施例的一种用于立式磁轴承台架的具有自定心功能的保护轴承，在正常运行工况下，轴承内圈4与配对轴套2不发生接触，配对轴套2随着转子1高速旋转，轴承内圈3、滚动体4、保持架6保持静止状态。当磁轴承失效时，转子1因重力作用向下跌落，配对轴套2和轴承内圈3发生碰撞接触，由于速度差的存在，在转子1数次弹跳后稳定落在保护轴承上，配对轴套2和轴承内圈3达到相同转速。径向上存在间隙，转子1不受约束，因此可能会在间隙内发生碰撞和涡动。但配对轴套2和轴承内圈3是锥面接触，使得转子1一旦相对轴承内圈3发生偏心，会使得锥面的接触变得不均匀，通过轴向重力在锥面上的分量，产生径向相对于偏心方向向相反的支撑力，使得转子出现反对偏心的趋势，进而消除偏心。该实施例能有效减轻转子的涡动，降低保护轴承与转子的碰撞力，起到对系统的保护作用，提升保护轴承的使用寿命.

根据本发明的一个实施例，配对轴套2的径向宽度尺寸大于轴承内圈3径向宽度，即h1＜h2。目的是为了保证在转子出现涡动趋势时，配对轴承2和轴承内圈3总能保持最大能力的面接触，避免出现局部应力过大引起表面损伤的情况。

根据本发明的一个实施例，在跌落时轴承内圈3和配对轴套2的接触锥面发生持续接触，且跌落初期会产生多个运动方向组合的剧烈摩擦，因此为了避免表面形成划痕降低保护轴承性能，提高保护轴承的寿命，需在轴承内圈3和配对轴套2的接触锥面采用具有良好耐磨性的材料或涂层。

根据本发明的一个实施例，保护轴承只在磁悬浮轴承失效发生转子跌落时进行工作，作为长期不运行的轴承，无需润滑介质对其进行补充，由此，简化了系统的设计，避免转子的污染。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。