一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构制造技术

本发明专利技术公开了一种磁悬浮轴承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径向保护环；两个滚动轴承并排设置，其外圈均和滚动轴承座固连，内圈分别和两个碳化硅陶瓷轴套的外壁固连；两个轴向保护挡板、径向保护环均固定在主轴上，形成用于容纳两个碳化硅陶瓷轴套的凹槽；两个碳化硅陶瓷轴套均设置在凹槽内、和主轴偏心设置，且两个碳化硅陶瓷轴套在其定位轴肩和内壁上都均匀设有若干螺旋槽。本发明专利技术在正常运行时能够产生径向和轴向的支承力并且和磁悬浮轴承共同支承转子，在磁悬浮轴承失效造成转子沿径向或轴向跌落瞬间能够有效减轻转子直接撞击造成的破坏。

A Radial and Axial Protection Structure for Magnetically Suspended Bearings

The invention discloses a radial and axial protection structure of magnetic suspension bearing, which comprises a rolling bearing seat, two rolling bearings, two silicon carbide ceramic bushes, two axial protection baffles and radial protection rings; two rolling bearings are arranged side by side, the outer rings are fixed with the rolling bearing seat, and the inner rings are respectively fixed with the outer walls of two silicon carbide ceramic bushes; and two axial protection baffles and radial protection rings are arranged side by side. The radial protection rings are fixed on the main shaft to form a groove for accommodating two SiC ceramic axle sleeves; the two SiC ceramic axle sleeves are arranged in the groove, and the spindle is eccentrically arranged, and the two SiC ceramic axle sleeves are evenly provided with a number of spiral grooves on their positioning axle shoulders and inner walls. The invention can generate radial and axial support force in normal operation and support the rotor together with the magnetic suspension bearing. When the magnetic suspension bearing fails and causes the rotor to fall along the radial or axial direction, the damage caused by the direct impact of the rotor can be effectively reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮轴承径向和轴向保护结构
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
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。本专利技术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。作为本专利技术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。作为本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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为本专利技术配合磁悬浮轴承的结构示意图；图2为本专利技术中径向和轴向保护结构的结构示意图；图3为本专利技术中碳化硅陶瓷轴套和径向保护环相配合的示意图；图4为本专利技术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专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术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专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1所示，本专利技术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，碳化硅陶瓷轴套的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于：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。...

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢振宇，郝建胜，吴炎，黄佩珍，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32