專(zhuān)利名稱(chēng)：高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承及該旋轉(zhuǎn)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支承，特別涉及用于安裝在交通運(yùn)輸工具一車(chē)輛等上的由大容量高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)等的轉(zhuǎn)子支承，其中轉(zhuǎn)子以例如不小于每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
大功率、高轉(zhuǎn)速的高速電動(dòng)機(jī)(20kW，50000/min以上)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)問(wèn)題之一就是軸承設(shè)計(jì)。目前，對(duì)這種大功率、高轉(zhuǎn)速的電機(jī)軸承設(shè)計(jì)一般都考慮采取以電磁軸承為主支承和滾動(dòng)軸承作保護(hù)的混合支承的主動(dòng)型磁力軸承支承方式，但這種磁力軸承的電控和制造復(fù)雜，價(jià)格昂貴、可靠性較低，目前還不能商品化；液體滑動(dòng)軸承因電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損失較大和空氣滑動(dòng)軸承的承載力小、工況適應(yīng)能力差等原因也受到一定程度的使用限制；采用復(fù)合陶瓷球角接觸球軸承作為這種大功率、高轉(zhuǎn)速的電機(jī)軸承，也因其運(yùn)行壽命很短，噪音很大，目前還未見(jiàn)于工程實(shí)際應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。本發(fā)明提供了一種高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承及該旋轉(zhuǎn)機(jī)械，對(duì)系統(tǒng)可靠運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明采用的技術(shù)方案是，考慮到高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速雖然很高，但外載荷比較均勻，且對(duì)轉(zhuǎn)子系的運(yùn)轉(zhuǎn)精度要求不是很高，因此，設(shè)計(jì)一種對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度要求不是很高而可靠性高、軸承摩擦損失小、運(yùn)行壽命很長(zhǎng)、噪音小的復(fù)合式軸承，即高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承由此提出；另一方面，由于安裝在交通運(yùn)輸工具上的高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)工作中無(wú)法避免振動(dòng)，以及轉(zhuǎn)子長(zhǎng)時(shí)間工作的各種原因，動(dòng)平衡精度有可能有所破壞，除了要求轉(zhuǎn)子在初始就具有一定的動(dòng)平衡精度外，更為重要的是使軸承要能夠吸收振動(dòng)能量，以保證電機(jī)可靠地工作。 因此，采用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就可以形成對(duì)轉(zhuǎn)子系的彈性支承和工作中的油膜減振，也是本發(fā)明采取的主要技術(shù)方案之一。本發(fā)明的有益效果是，由于轉(zhuǎn)子系采用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子軸頸與徑向滑動(dòng)軸承、徑向滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承間的相對(duì)轉(zhuǎn)速降低，摩擦功耗和溫升、噪音顯著減小，滾一滑動(dòng)軸承的使用壽命得以很大提高；另一方面，由于靜壓升舉軸承的作用，電機(jī)工作中轉(zhuǎn)子系被懸浮，轉(zhuǎn)子軸頸與徑向滑動(dòng)軸承之間被油膜完全隔開(kāi)，不產(chǎn)生接觸摩擦，徑向滑動(dòng)軸承副的使用壽命相當(dāng)長(zhǎng)，同時(shí)，滾動(dòng)軸承運(yùn)行中幾乎也僅承受很小的預(yù)載荷，從而使?jié)L動(dòng)軸承的使用壽命進(jìn)一步提高；再者，浮動(dòng)套與軸承座孔之間形成的彈性支承和油膜減振，還可以吸收轉(zhuǎn)子的振動(dòng)能量。因此，當(dāng)高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械以60000r/min 的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。


圖1是一種作為包括本發(fā)明的轉(zhuǎn)子支承的高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的空氣制冷機(jī)實(shí)施例的主視圖。圖2是本發(fā)明的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承的實(shí)施例的主視圖。圖3是圖2中的靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承的視圖。圖4是圖2中的徑向滑動(dòng)軸承的視圖。圖5是圖1中的渦輪機(jī)端的蓋碗形敞開(kāi)式多級(jí)引流密封與螺旋密封組合的視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖1表示為一種空氣制冷機(jī)1的主視圖， 該制冷機(jī)1由一臺(tái)包括本發(fā)明的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承如和恥的電動(dòng)機(jī)4直接驅(qū)動(dòng)。圖1中，空氣制冷機(jī)1在其中部包括一臺(tái)電動(dòng)機(jī)4。電動(dòng)機(jī)4包括轉(zhuǎn)子2 和定子3。轉(zhuǎn)子2左側(cè)安置靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承5a，右側(cè)安置靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承恥。左端的軸承座6與左水套蓋15組成左冷卻水套，右端的軸承座6與右水套蓋7和水套內(nèi)蓋8組成右冷卻水套。釬焊有散熱翅片13的定子外套12與本體14組成定子3的冷卻水套。制冷渦輪18和壓氣葉輪10固定在轉(zhuǎn)子2的兩個(gè)軸端部上。從渦輪機(jī)出口引出部分冷氣進(jìn)入電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部冷卻。圖2表示為上述空氣制冷機(jī)1的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承5a和5b。圖2中，轉(zhuǎn)子2兩端軸頸上的徑向滑動(dòng)軸承沈兩端部上嵌套一對(duì)陶瓷球角接觸球軸承2 和22b，且呈背對(duì)背安裝方式，球軸承2 旁設(shè)有噴油襯圈129，球軸承22b旁設(shè)有噴油襯圈1127，碟形彈簧觀(guān)置于噴油襯圈1 與噴油襯圈1127之間，對(duì)兩球軸承2 和 22b實(shí)施定壓預(yù)緊和補(bǔ)償軸向游隙，整體以滑配方式嵌入浮動(dòng)套25內(nèi)，軸位螺釘M限制噴油襯圈1127僅作軸向移動(dòng)，止動(dòng)螺釘23將噴油襯圈1 固定在浮動(dòng)套25內(nèi)。浮動(dòng)套25的外圓兩端部上各設(shè)有兩道0形橡膠密封圈21，外側(cè)端上設(shè)置軸用彈性擋圈20和擋塊19，限制浮動(dòng)套25軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其裝入具有一定配合間隙的左右端軸承座6孔內(nèi)整體處于半浮動(dòng)狀態(tài)，形成彈性支承，總體構(gòu)成轉(zhuǎn)子2兩端對(duì)置、雙向限位的半浮動(dòng)式滾動(dòng)環(huán)徑向軸承。圖2中的轉(zhuǎn)子2左端外側(cè)設(shè)置靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承副16和17。圖3中，在靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承17的內(nèi)孔下半部中間開(kāi)有軸向長(zhǎng)度Id1 = 0. SB1、周向長(zhǎng)度L1 = 0. 85Di、深度H = 0. 5mm的矩形淺油腔，通過(guò)腔內(nèi)的節(jié)流小孔引入壓力滑油，構(gòu)成圖2中的即具有靜壓升舉作用又能承受雙向軸向力的左端靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承副16和17。圖2中的轉(zhuǎn)子2右端外側(cè)的水套內(nèi)蓋8內(nèi)孔下半部中間同樣也開(kāi)有軸向長(zhǎng)度1^ = 0. SB1、周向長(zhǎng)度L1 = 0. 85Di、深度H = 0. 5mm的矩形淺油腔，通過(guò)腔內(nèi)的節(jié)流小孔引入壓力滑油，與右密封套9構(gòu)成右端靜壓升舉軸承副8和9。由圖2中的半浮動(dòng)式滾動(dòng)環(huán)徑向軸承和靜壓升舉軸承共同組成高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承如和恥。圖2中，靜壓升舉軸承副的配合間隙與徑向滑動(dòng)軸承沈和轉(zhuǎn)子2軸頸的配合間隙之比設(shè)計(jì)為3倍，轉(zhuǎn)子2兩端的靜壓升舉量通過(guò)接入靜壓升舉軸承各自的減壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。這樣做的目的是，靜壓升舉軸承副之間不產(chǎn)生接觸，而電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)子系則被靜壓升舉軸承懸浮到規(guī)定的高度來(lái)滿(mǎn)足徑向滑動(dòng)軸承沈的工作要求；另一方面也可以使高速電機(jī)在起動(dòng)、停止階段時(shí)對(duì)徑向滑動(dòng)軸承26進(jìn)行保護(hù)。圖2中的球軸承22a、22b的外環(huán)靠噴油襯圈一側(cè)，滾道的邊緣圓周上均布有3個(gè) Φ0. 8的徑向小孔，形成球軸承的環(huán)下潤(rùn)滑油道；噴油襯圈1 和噴油襯圈1127靠球軸承 22a和22b —側(cè)的端面圓周上對(duì)稱(chēng)分布有2個(gè)Φ0. 7的小孔，形成端面噴射潤(rùn)滑油道。球軸承在環(huán)下潤(rùn)滑和端面噴射潤(rùn)滑的共同作用下的有益效果是，球軸承的dmn值會(huì)得到進(jìn)一步提高，若在此條件下又采用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承，就會(huì)很大程度上延長(zhǎng)球軸承的使用壽命。圖4中，徑向滑動(dòng)軸承沈的內(nèi)孔中部設(shè)計(jì)成淺環(huán)槽，將其分為兩個(gè)半體式軸承，環(huán)槽上均布有6個(gè)Φ0. 5的徑向排油小孔；每一半體式軸承的內(nèi)孔上均布有6個(gè)月牙形矩形淺油腔，深度h = 0. 5mm，軸向封油面寬度b = 0.25B，周向封油面寬度θ = °，L = O. 2094D，每個(gè)矩形淺油腔中央設(shè)有一個(gè)Φ 3. 2的進(jìn)油孔，每個(gè)周向封油面中間設(shè)有一個(gè)Φ1. 2的進(jìn)油小孔；每一半體式軸承上的6個(gè)矩形淺油腔的內(nèi)側(cè)中間開(kāi)有與中部的淺環(huán)槽連通的窄油槽，外側(cè)中間開(kāi)有與端面連通的Imm寬、深度為軸承單邊間隙C的1. 5倍的窄淺油槽；兩個(gè)半體式軸承上的矩形淺油腔在圓周上相對(duì)錯(cuò)位30°。圖2中，由噴油襯圈1 和噴油襯圈1127引入的低壓滑油，一路向球軸承的端面噴射潤(rùn)滑；另一路通過(guò)徑向滑動(dòng)軸承26外圓兩側(cè)上的環(huán)道油槽和連通環(huán)道油槽的徑向進(jìn)油孔引入徑向滑動(dòng)軸承26內(nèi)，向徑向滑動(dòng)軸承沈提供低壓滑油。圖5表示為圖1中的渦輪機(jī)端設(shè)置的蓋碗形敞開(kāi)式多級(jí)引流密封與螺旋密封組合 30。圖1中的壓氣機(jī)端也同樣設(shè)置了蓋碗形敞開(kāi)式多級(jí)引流密封與螺旋密封組合11。由于圖2中的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承fe和恥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 由圖1所表示的空氣制冷機(jī)1，高速運(yùn)行時(shí)的效果是顯著的。
權(quán)利要求
1.一種高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承，包括轉(zhuǎn)子( 兩端軸頸上的徑向滑動(dòng)軸承06)兩端部上嵌套一對(duì)陶瓷球角接觸球軸承 (22a、22b)且呈背對(duì)背安裝方式，球軸承(22a)旁設(shè)有噴油襯圈I ( )，球軸承(22b)旁設(shè)有噴油襯圈IU27)，碟形彈簧08)置于噴油襯圈I 09)與噴油襯圈II 07)之間，對(duì)兩球軸承Qh、22b)實(shí)施定壓預(yù)緊和補(bǔ)償軸向游隙，整體以滑配方式嵌入浮動(dòng)套0 內(nèi)，軸位螺釘04)限制噴油襯圈II 07)僅作軸向移動(dòng)，止動(dòng)螺釘03)將噴油襯圈I 09)固定在浮動(dòng)套(25)內(nèi)；浮動(dòng)套0 的外圓兩端部上各設(shè)有兩道O形橡膠密封圈(21)，外側(cè)端上設(shè)置軸用彈性擋圈00)和擋塊(19)，限制浮動(dòng)套0 軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其裝入具有一定配合間隙的左右端軸承座(6)孔內(nèi)整體處于半浮動(dòng)狀態(tài)，形成彈性支承，總體構(gòu)成轉(zhuǎn)子( 兩端對(duì)置、雙向限位的半浮動(dòng)式滾動(dòng)環(huán)徑向軸承；轉(zhuǎn)子( 左端外側(cè)設(shè)置靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承副(16、17)，在靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承(17)的內(nèi)孔下半部中間開(kāi)有軸向長(zhǎng)度Id1 = 0. SB1 0. 6Bi、周向長(zhǎng)度L1 = 0. TD1 0.SSD1、深度H = 0. 4 1. Omm的矩形淺油腔，通過(guò)腔內(nèi)的節(jié)流小孔引入壓力滑油，構(gòu)成即具有靜壓升舉作用又能承受雙向軸向力的左端靜壓升舉一滑動(dòng)推力軸承副(16、17)；轉(zhuǎn)子(2)右端外側(cè)的水套內(nèi)蓋(8)內(nèi)孔下半部中間開(kāi)有軸向長(zhǎng)度1^ = 0. SB1 0. 6B” 周向長(zhǎng)度L1 = 0. TD1 0. 85Di、深度H = 0. 4 1. Omm的矩形淺油腔，通過(guò)腔內(nèi)的節(jié)流小孔引入壓力滑油，與右密封套(9)構(gòu)成右端靜壓升舉軸承副(8、9)；靜壓升舉軸承副的配合間隙與徑向滑動(dòng)軸承06)和轉(zhuǎn)子( 軸頸的配合間隙之比為1.5-3 倍；轉(zhuǎn)子( 兩端的靜壓升舉量可以通過(guò)接入靜壓升舉軸承各自的減壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)； 由半浮動(dòng)式滾動(dòng)環(huán)徑向軸承和靜壓升舉軸承共同組成高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承Ga、5b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承(5ajb)，其特征是，球軸承Oh、22b)的外環(huán)靠噴油襯圈一側(cè)，滾道的邊緣圓周上開(kāi)有1 3個(gè)Φ0. 5 Φ0. 8的徑向小孔，形成球軸承的環(huán)下潤(rùn)滑油道；噴油襯圈I 09)和噴油襯圈II 07)靠球軸承(22a、22b) —側(cè)的端面圓周上開(kāi)有1-3個(gè)Φ0. 5 Φ0. 8的小孔，形成端面噴射潤(rùn)滑油道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承(5ajb)，其特征是，徑向滑動(dòng)軸承06)的內(nèi)孔中部設(shè)計(jì)成淺環(huán)槽，將其分為兩個(gè)半體式軸承，環(huán)槽上均布有3 6個(gè)Φ0. 5 Φ0. 8的徑向排油小孔；每一半體式軸承的內(nèi)孔上均布有6個(gè)月牙形矩形淺油腔，深度為h = 0. 3 0. 6mm，軸向封油面寬度為b = 0.25B，周向封油面寬度θ =24°，L = 0.2094D，每個(gè)矩形淺油腔中央設(shè)有一個(gè)> Φ3的進(jìn)油孔，每個(gè)周向封油面中間設(shè)有一個(gè)Φ1 Φ 1.5的進(jìn)油小孔；每一半體式軸承上的6個(gè)矩形淺油腔的內(nèi)側(cè)中間開(kāi)有與中部的淺環(huán)槽連通的窄油槽， 外側(cè)中間開(kāi)有與端面連通的Imm 2mm寬、深度為軸承單邊間隙C的1. 2 2. O倍的窄淺油槽；兩個(gè)半體式軸承上的矩形淺油腔在圓周上相對(duì)錯(cuò)位30° ；由噴油襯圈I 09)和噴油襯圈II 07)引入的低壓滑油，一路向球軸承的端面噴射潤(rùn)滑；另一路通過(guò)徑向滑動(dòng)軸承06)外圓兩側(cè)上的環(huán)道油槽和連通環(huán)道油槽的徑向進(jìn)油孔引入徑向滑動(dòng)軸承06)內(nèi)，向徑向滑動(dòng)軸承06)提供壓力滑油。
4. 一種高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括一個(gè)由權(quán)利要求1所述的高速電機(jī)用靜壓升舉與滾動(dòng)環(huán)軸承混合支承(fe、5b)，并在兩端設(shè)置有蓋碗形敞開(kāi)式多級(jí)引流密封與螺旋密封組合 (11、30)。
全文摘要
一種根據(jù)本發(fā)明的用于高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支承，采取在轉(zhuǎn)子兩端軸頸上的液體徑向滑動(dòng)軸承兩端部上，嵌套一對(duì)角接觸球軸承，兩球軸承之間采用定壓預(yù)緊，整體嵌入浮動(dòng)套內(nèi)；浮動(dòng)套的外側(cè)端設(shè)置彈性擋圈和擋塊，以限制浮動(dòng)套軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其裝入具有一定配合間隙的軸承座孔內(nèi)整體處于半浮動(dòng)狀態(tài)，構(gòu)成半浮動(dòng)式滾動(dòng)環(huán)徑向軸承。轉(zhuǎn)子兩端還設(shè)置靜壓升舉軸承使轉(zhuǎn)子系懸浮，并在一端設(shè)置靜壓升舉—滑動(dòng)推力復(fù)合軸承。當(dāng)采用本發(fā)明的轉(zhuǎn)子支承的大功率高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械安裝在車(chē)輛上以60000r/min的高速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02K5/16GK102163887SQ20101011153
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者伍懷秋, 何君, 何應(yīng)明 申請(qǐng)人:伍懷秋, 何君, 何應(yīng)明