專利名稱：用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種由多組滾動(dòng)軸承(2組及以上，每組用2個(gè)角接觸球軸承)和彈性 阻尼器組成的向心推力保護(hù)軸承，既可以提高保護(hù)軸承的工作轉(zhuǎn)速，又可以吸收大部分 由振動(dòng)與沖擊而產(chǎn)生的能量，適合作為高速磁懸浮軸承系統(tǒng)中同時(shí)承受徑向載荷與軸向 載荷的向心推力保護(hù)軸承，也可作為轉(zhuǎn)速更高、耐振動(dòng)與沖擊的滾動(dòng)軸承應(yīng)用。
二背景技術(shù)：
在磁懸浮軸承系統(tǒng)中，為了確保系統(tǒng)的可靠性與安全性，一般需要一套保護(hù)軸承(也 稱為輔助軸承，或備用軸承，或應(yīng)急軸承)，其中之一就是同時(shí)承受徑向載荷與軸向載 荷的向心推力保護(hù)軸承，其主要目的是在磁懸浮軸承失效時(shí)在徑向和軸向臨時(shí)支承高速 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，保護(hù)磁懸浮裝備不受損壞。由于磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)速一般都很高，轉(zhuǎn)子組件 在跌落到保護(hù)軸承上時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)與沖擊，目前存在的主要問題是現(xiàn)有保護(hù)軸承 的工作轉(zhuǎn)速偏低、抵抗振動(dòng)與沖擊的能力較差，常常發(fā)生保護(hù)軸承燒壞而損壞設(shè)備的嚴(yán) 重事故。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)背景技術(shù)存在的問題，提供一種轉(zhuǎn)速更高、耐振動(dòng)與沖擊 的向心推力保護(hù)軸承，提高了保護(hù)軸承的可靠性和安全性，以滿足髙速磁懸浮軸承系統(tǒng) 的需要。
本發(fā)明采用多組滾動(dòng)軸承(2組及以上，每組用2個(gè)角接觸球軸承)和彈性阻尼器 組成一個(gè)向心推力保護(hù)軸承。在徑向方向，將第一組滾動(dòng)軸承的外圈與第二組滾動(dòng)軸承 的內(nèi)圈聯(lián)接在一起，將第二組滾動(dòng)軸承的外圈裝配在徑向彈性阻尼器的內(nèi)孔中，最后將 徑向彈性阻尼器的外圈裝配在機(jī)座孔中。在軸線方向，將第一組滾動(dòng)軸承的外圈端面通 過軸向彈性阻尼器分別與轉(zhuǎn)接環(huán)和壓蓋的端面接觸。這樣組合起來的保護(hù)軸承能夠適應(yīng) 更高的工作轉(zhuǎn)速，并能吸收大部分由振動(dòng)與沖擊而產(chǎn)生的能量。
本發(fā)明用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，可同時(shí)承受徑向載荷與軸向載 荷，具體組成，包括第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和外圈、轉(zhuǎn)接環(huán)、第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和 外圈、徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)和外環(huán)、徑向多層(3~20層)波紋鋼板、第一組螺釘、 端蓋、機(jī)座、轉(zhuǎn)子組件、軸向彈性阻尼器、壓蓋、第二組螺釘、其中轉(zhuǎn)子組件裝入第一 組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈內(nèi)，與第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈存在徑向間隙和軸向間隙，第一組滾動(dòng) 軸承和第二組滾動(dòng)軸承各用2個(gè)角接觸球軸承，第一組的2個(gè)角接觸球軸承采用面對(duì)面 安裝，第二組的2個(gè)角接觸球軸承采用背對(duì)背安裝，第一組滾動(dòng)軸承的外圈通過轉(zhuǎn)接環(huán) 與第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈聯(lián)接在一起，第二組滾動(dòng)軸承的外圈與徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán) 聯(lián)接在一起，徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)通過徑向多層(3~20層)波紋鋼板和徑向彈性阻 尼器的外環(huán)裝配在一起形成徑向彈性阻尼器，徑向彈性阻尼器的外環(huán)與機(jī)座的內(nèi)孔裝配
在一起，端蓋通過第一組螺釘與機(jī)座相連，并對(duì)第二組滾動(dòng)軸承進(jìn)行軸向壓緊與固定， 第一組滾動(dòng)軸承的外圈端面通過軸向彈性阻尼器分別與轉(zhuǎn)接環(huán)和壓蓋的端面接觸，壓蓋 通過第二組螺釘與轉(zhuǎn)接環(huán)相連，并對(duì)第一組滾動(dòng)軸承進(jìn)行軸向壓緊與固定。
釆用上述的類似的方法繼續(xù)將第二組滾動(dòng)軸承的外圈與第三組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈聯(lián) 接在一起形成由3組及以上的滾動(dòng)軸承組成的向心推力保護(hù)軸承。
其原理如下
傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，滾動(dòng)軸承的外圈一般與機(jī)座孔裝配在一起，是不轉(zhuǎn) 動(dòng)的。本發(fā)明將第一組滾動(dòng)軸承的外圈與第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈聯(lián)接在一起，因此第一 組滾動(dòng)軸承的外圈也跟著旋轉(zhuǎn)。這樣就降低了第一組滾動(dòng)軸承的外圈與內(nèi)圈的相對(duì)轉(zhuǎn) 速。采用這種結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)速通過一定比例分配到了兩組或兩組以上的軸承來承擔(dān)，降低 了每組軸承內(nèi)圈與外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)速。對(duì)于磁懸浮軸承系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，由于第 一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子組件在徑向和軸向方向有0. 2ram左右的間隙，轉(zhuǎn)子組件跌落 到向心推力保護(hù)軸承上時(shí)在徑向和軸向均會(huì)產(chǎn)生在很大的振動(dòng)與沖擊，容易導(dǎo)致保護(hù)軸 承的損壞。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明在徑向和軸向各設(shè)計(jì)了一個(gè)彈性阻尼器。在徑向 方向，將第二組滾動(dòng)軸承的外圈不直接與機(jī)座孔裝配在一起，而是先將第二組滾動(dòng)軸承 的外圈裝配在一個(gè)徑向彈性阻尼器上，然后將彈性阻尼器裝配在機(jī)座孔中。在軸線方向， 將第一組滾動(dòng)軸承的外圈端面通過軸向彈性阻尼器與轉(zhuǎn)接環(huán)和壓蓋的端面接觸。利用彈 性阻尼器變形和摩擦力做功來吸收振動(dòng)與沖擊的能量，提高了向心推力保護(hù)軸承的工作 轉(zhuǎn)速和壽命。不僅可作為高速磁懸浮軸承系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，也可作為轉(zhuǎn)速更高 的滾動(dòng)軸承應(yīng)用。
四

圖1為本發(fā)明的向心推力保護(hù)軸承示意圖。 圖2為本發(fā)明的徑向彈性阻尼器示意圖。 圖3為本發(fā)明的軸向彈性阻尼器示意圖
圖中1第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈，2第一組滾動(dòng)軸承的外圈，3轉(zhuǎn)接環(huán)，4第二組滾動(dòng) 軸承的內(nèi)圈，5第二組滾動(dòng)軸承的外圈，6徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)，7徑向多層(3~20 層)波紋鋼板，8徑向彈性阻尼器的外環(huán)，9第一組螺釘，10端蓋，11機(jī)座，12轉(zhuǎn) 子組件，13軸向彈性阻尼器，14壓蓋，15第二組螺釘，A為軸線方向，R為徑向方 向，a為切線方向，e為沿切線方向的展開方向。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的組成、工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1所示的用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，可作為磁懸浮軸承系統(tǒng)中 承受徑向載荷和軸向載荷的保護(hù)軸承。第一組滾動(dòng)軸承的外圈2通過轉(zhuǎn)接環(huán)3與第二組 滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈4聯(lián)接在一起，第二組滾動(dòng)軸承的外圈5與徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)6聯(lián) 接在一起，徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)6、徑向多層(3~20層)波紋鋼板7和徑向彈性阻尼
器的外環(huán)8裝配在一起形成徑向彈性阻尼器，徑向彈性阻尼器的外環(huán)8與機(jī)座11的內(nèi) 孔裝配在一起，利用端蓋10和第一組螺釘9對(duì)保護(hù)軸承進(jìn)行軸向壓緊與固定。也可以 采用類似的方法繼續(xù)將第二組滾動(dòng)軸承的外圈5與第三組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈聯(lián)接在一起形 成由多組(3組及以上)滾動(dòng)軸承組成的向心推力保護(hù)軸承。這種保護(hù)軸承能夠提高工 作轉(zhuǎn)速的原理是由于第一組滾動(dòng)軸承的外圈2與第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈4通過轉(zhuǎn)接環(huán) 3聯(lián)接在一起，因此第一組滾動(dòng)軸承的外圈2也跟著旋轉(zhuǎn)，這樣就降低了第一組滾動(dòng)軸 承的外圈2與內(nèi)圈1的相對(duì)轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速通過一定的比例分配到了兩組或兩組以上的軸 承來承擔(dān)，因此可以提高保護(hù)軸承的工作轉(zhuǎn)速。作為磁懸浮軸承系統(tǒng)中承受徑向載荷與 軸向載荷的向心推力保護(hù)軸承，第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈1與轉(zhuǎn)子組件12存在徑向間隙 與軸向間隙，當(dāng)磁懸浮軸承失效時(shí)，轉(zhuǎn)子組件12在徑向和軸向均會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)與 沖擊，這種保護(hù)軸承在徑向方向能夠吸收振動(dòng)與沖擊的大部分能量，其原理是由于第 二組滾動(dòng)軸承的外圈5不直接安裝在機(jī)座11的內(nèi)孔中，而是先安裝在徑向彈性阻尼器 的內(nèi)環(huán)6上，然后通過徑向彈性阻尼器的外環(huán)8安裝在機(jī)座11的內(nèi)孔中，當(dāng)有較大的 徑向振動(dòng)與沖擊時(shí)，徑向多層(3~20層)波紋鋼板7產(chǎn)生了徑向變形，由于每層徑向 波紋鋼板的曲率不同所以在切線方向產(chǎn)生了摩擦從而吸收了由振動(dòng)與沖擊而產(chǎn)生的大 部分能量。這種保護(hù)軸承在軸線方向也能夠吸收振動(dòng)與沖擊的大部分能量，其原理是-第一組滾動(dòng)軸承外圈2的端面通過軸向彈性阻尼器13分別與轉(zhuǎn)接環(huán)3和壓蓋14的端面 接觸，軸線方向的振動(dòng)與沖擊使得軸向彈性阻尼器13產(chǎn)生了軸向變形，將一部分振動(dòng) 與沖擊的能量以彈性勢(shì)能的形式儲(chǔ)存；在軸向變形的同時(shí)，每層軸向波紋鋼板13沿切 線方向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，由此產(chǎn)生的摩擦力做功，又耗散了一部分振動(dòng)與沖擊的能量。因 此，軸向彈性阻尼器13通過軸向彈性變形與切線方向摩擦力做功的方式，吸收了軸向 振動(dòng)與沖擊的大部分能量。當(dāng)磁懸浮軸承失效時(shí)，這種向心推力保護(hù)軸承能夠在徑向和 軸向保護(hù)磁懸浮裝備不受損壞。
圖2所示的徑向彈性阻尼器，由徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)6、多層(3~20層)波紋 鋼板7和徑向彈性阻尼器的外環(huán)8組成，徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)6和外環(huán)8的作用是保 證徑向彈性阻尼器的內(nèi)外圓的同軸度。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件12跌落到向心保護(hù)軸承的內(nèi)圈1時(shí)， 在徑向方向會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)與沖擊，此時(shí)徑向多層(3~20層)波紋鋼板7產(chǎn)生了徑 向變形，將一部分振動(dòng)與沖擊的能量以彈性勢(shì)能的形式儲(chǔ)存；由于每層波紋鋼板7的曲 率不同，使得每層波紋鋼板7沿切線方向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，由此產(chǎn)生的摩擦力做功，又耗 散了一部分振動(dòng)與沖擊的能量。因此，徑向彈性阻尼器(由6、 7、 8組成)通過徑向彈 性變形與切線方向摩擦力做功的方式，吸收了由振動(dòng)與沖擊在徑向方向而產(chǎn)生的大部分 能量，能夠提高向心保護(hù)軸承的壽命。
圖3所示的軸向彈性阻尼器13由多層(3~20層)波紋鋼板組成，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件12 跌落到向心推力保護(hù)軸承的內(nèi)圈l時(shí)，在徑向和軸線方向會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)與沖擊。徑 向方向的振動(dòng)與沖擊由徑向彈性阻尼器(由6、 7、 8組成)吸收，軸線方向的振動(dòng)與沖 擊主要依靠軸向彈性阻尼器13吸收，其原理是軸線方向的振動(dòng)與沖擊使得軸向彈性
阻尼器13產(chǎn)生了軸向變形，將一部分振動(dòng)與沖擊的能量以彈性勢(shì)能的形式儲(chǔ)存；在軸 向變形的同時(shí)，每層軸向波紋鋼板13沿切線方向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，由此產(chǎn)生的摩擦力做 功，又耗散了一部分振動(dòng)與沖擊的能量。因此，軸向彈性阻尼器13通過軸向彈性變形 與切線方向摩擦力做功的方式，吸收了軸向的振動(dòng)與沖擊。
如果滾動(dòng)軸承的損壞主要是由振動(dòng)與沖擊產(chǎn)生的，此時(shí)可省略第二組滾動(dòng)軸承， 直接將第一組滾動(dòng)軸承的外圈2與徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)6裝配在一起，再將徑向彈性 阻尼器的外環(huán)8與機(jī)座11的內(nèi)孔裝配在一起，徑向彈性阻尼器(由6、 7、 8組成)吸 收徑向方向的振動(dòng)與沖擊，軸向彈性阻尼器13吸收軸線方向的振動(dòng)與沖擊。
權(quán)利要求
1、一種用于磁懸浮系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，其特征在于，包括第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈(1)、第一組滾動(dòng)軸承的外圈(2)、轉(zhuǎn)接環(huán)(3)、第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈(4)、第二組滾動(dòng)軸承的外圈(5)、徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)(6)、徑向3～20層的波紋鋼板(7)、徑向彈性阻尼器的外環(huán)(8)、第一組螺釘(9)、端蓋(10)、機(jī)座(11)、轉(zhuǎn)子組件(12)、軸向彈性阻尼器(13)、壓蓋(14)、第二組螺釘(15)、其中轉(zhuǎn)子組件(12)裝入第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈(1)內(nèi)與第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈(1)存在徑向間隙和軸向間隙，每組各用2個(gè)角接觸球軸承，第一組的2個(gè)角接觸球軸承采用面對(duì)面安裝，第二組的2個(gè)角接觸球軸承采用背對(duì)背安裝，第一組滾動(dòng)軸承的外圈(2)通過轉(zhuǎn)接環(huán)(3)與第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈(4)聯(lián)接在一起，第二組滾動(dòng)軸承的外圈(5)與徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)(6)聯(lián)接在一起，徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)(6)通過徑向3～20層的波紋鋼板(7)和徑向彈性阻尼器的外環(huán)(8)裝配在一起形成徑向彈性阻尼器，徑向彈性阻尼器的外環(huán)(8)與機(jī)座(11)的內(nèi)孔裝配在一起，端蓋(10)通過第一組螺釘(9)與機(jī)座(11)相連，并對(duì)第二組滾動(dòng)軸承進(jìn)行軸向壓緊與固定，第一組滾動(dòng)軸承的外圈(2)的端面通過軸向彈性阻尼器(13)分別與轉(zhuǎn)接環(huán)(3)和壓蓋(14)的端面接觸，壓蓋(14)通過第二組螺釘(15)與轉(zhuǎn)接環(huán)(3)相連，并對(duì)第一組滾動(dòng)軸承進(jìn)行軸向壓緊與固定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁懸浮系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，其特征在于，采用如 權(quán)利要求1所述的類似方法繼續(xù)將第二組滾動(dòng)軸承的外圈(5)與第三組滾動(dòng)軸承的內(nèi) 圈聯(lián)接在一起形成由3組及以上的滾動(dòng)軸承組成的向心推力保護(hù)軸承。
全文摘要
一種用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的向心推力保護(hù)軸承，屬磁懸浮軸承。該軸承包括第一組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和外圈、轉(zhuǎn)接環(huán)、第二組滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和外圈、徑向彈性阻尼器的內(nèi)環(huán)和外環(huán)、徑向3～20層波紋鋼板、第一組螺釘、端蓋、機(jī)座、轉(zhuǎn)子組件、軸向彈性阻尼器、壓蓋、第二組螺釘。將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中由一個(gè)滾動(dòng)軸承承擔(dān)的轉(zhuǎn)速由兩組或兩組以上的軸承來承擔(dān)，利用阻尼器在徑向與軸向的彈性變形及切線方向摩擦力做功來吸收由振動(dòng)與沖擊產(chǎn)生的能量，提高了軸承的工作轉(zhuǎn)速和壽命?？勺鳛榇艖腋≥S承系統(tǒng)中同時(shí)承受徑向載荷與軸向載荷的向心推力保護(hù)軸承，也可作為轉(zhuǎn)速更高、耐振動(dòng)與沖擊的滾動(dòng)軸承應(yīng)用。
文檔編號(hào)F16C41/00GK101191521SQ20071019228
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者徐龍祥 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)