CN112524154A - 径向保护轴承的弹性支撑及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
径向保护轴承的弹性支撑，支撑在转子与保护轴承之间，其特征在于：包括多层由内至外同轴设置的弹性支撑环，弹性支撑环由内至外逐层依次连接，且相邻的弹性支撑环之间具有层间间隙，最内层的弹性支撑环套在转子，最外层的弹性支撑环与保护轴承内圈接触。本发明在转子失稳跌落产生冲击时，弹性支撑环的弹性变形放缓冲击过程，削弱冲击力，缓冲保护轴承受到的瞬时冲击载荷，对保护轴承形成支撑保护，为保护轴承提供有效的支撑刚度，提高支撑可靠性，增加保护轴承的跌落保护寿命，延长高速旋转机械的无故障运行周期。本发明还提供一种径向保护轴承的弹性支撑的设计方法。
Description
技术领域
本发明涉及径向保护轴承的弹性支撑及其设计方法，用于高速旋转机械的径向保护轴承的弹性支承。
背景技术
高速旋转机械正常工作时，转子悬浮在径向轴承定子中间，保护轴承与转子不接触；当轴承控制失效或者突然断电后，保护轴承开始工作，起到短时间内支撑高速旋转的转子的作用，阻止转子与轴承定子发生碰撞。所以，保护轴承是影响旋转设备无故障运行周期及维护成本的重要零件。通常采用高速角接触球轴承作为保护轴承，但是存在跌落寿命有限，维护成本高的缺点。当高速旋转的转子突然失稳跌落时，转子会突然与保护轴承内圈碰撞，并带动保护轴承滚动体、保持架一起旋转。巨大的冲击力会突破滚动体、保护轴承内圈或外圈的屈服极限和保持架的强度极限，从而使保护轴承遭到破坏。另外，转子与保护轴承之间因摩擦生热而会导致保护轴承内圈与转轴烧焊在一起。因此，提高保护轴承跌落寿命是当前高速旋转机械领域急需解决的技术难题之一。
发明内容
本发明提供的径向保护轴承的弹性支撑，在转子失稳跌落产生冲击时，弹性支撑环的弹性变形放缓冲击过程，削弱冲击力，缓冲保护轴承受到的瞬时冲击载荷，对保护轴承形成支撑保护，为保护轴承提供有效的支撑刚度，提高支撑可靠性，增加保护轴承的跌落保护寿命，延长高速旋转机械的无故障运行周期。本发明还提供一种径向保护轴承的弹性支撑的设计方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
径向保护轴承的弹性支撑，支撑在转子与保护轴承之间，其特征在于：包括多层由内至外同轴设置的弹性支撑环，弹性支撑环由内至外逐层依次连接，且相邻的弹性支撑环之间具有层间间隙，最内层的弹性支撑环套在转子，最外层的弹性支撑环与保护轴承内圈接触。
优选的，最内层的弹性支撑环和最外层的弹性支撑环均为整圈结构，中间的弹性支撑环均为分段组合结构。
优选的，中间的弹性支撑环的数量为至少一层。
优选的，中间的弹怀支撑包括多个沿周向均匀间隔的弹性薄臂和与弹性薄臂一体成型的连接段，相邻的弹性支撑环通过连接段连接。
优选的，所述的弹性薄臂呈圆弧形状，连接段成型在弹性薄臂的两端，一端的连接段位于弹性薄臂的内环壁上，另一端的连接段位于弹性薄臂的外环壁上。
优选的，所述的连接段在圆周方向相对的两侧面为圆弧面。
优选的，最内层的弹性支撑环、最外层的弹性支撑环和中间的弹性支撑环一体成型。
以上所述的径向保护轴承的弹性支撑的设计方法，其特征在于：可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷以及转子与保护轴承之间的安装空间，调节弹性支撑环的数量、结构、尺寸及层间间隙的尺寸，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度。
优选的，“调节弹性支撑环的数量、结构、尺寸及层间间隙的尺寸，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度”是指调节内层的弹性支撑环和最外层的弹性支撑环的径向宽度、中间的弹性支撑环的层数、每层中间的弹性支撑环中弹性薄臂的数量和连接段在弹性薄壁上的位置以及连接段的周向长度，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑载荷；并且调节层间间隙的径向宽度和每层中间的弹性支撑环中相邻弹性薄壁的周向间隔距离，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向变形量，从而调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度。
本发明的有益效果是：
1.本发明的径向保护轴承的弹性支撑，支撑在转子与保护轴承之间，相邻的弹性支撑环之间具有层间间隙，使相邻的弹性支撑环之间具有径向变形空间，在转子失稳跌落产生冲击时，弹性支撑环的弹性变形放缓冲击过程，削弱冲击力，缓冲保护轴承受到的瞬时冲击载荷，对保护轴承形成支撑保护，增加保护轴承的跌落保护寿命，延长高速旋转机械的无故障运行周期。
2.最内层和最外层的弹性支撑均为整圈结构，分别与转子和保护轴承接触，起到有效的支撑作用，中间的弹性支撑为分段组合结构，起到弹性变形、缓冲冲击的作用，其中弹性薄臂在变形径向冲击时提供主要的变形量，连接段由内至外传递冲击力并承受弹性薄臂变形过程中的主要应力，可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷，调整弹性薄臂和连接段的周向和径向长度，即调整相邻弹性薄臂之间的间隙长度，以及层间间隙的尺寸，以改变整个弹性支撑的刚度，为保护轴承提供有效的支撑刚度，提高支撑可靠性。
附图说明
图1为本发明的径向保护轴承的弹性支撑的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的实施例做详细说明。
径向保护轴承的弹性支撑，支撑在转子与保护轴承之间，其特征在于：包括多层由内至外同轴设置的弹性支撑环1，弹性支撑环1由内至外逐层依次连接，且相邻的弹性支撑环1之间具有层间间隙2，最内层的弹性支撑环1套在转子，最外层的弹性支撑环1与保护轴承内圈接触。
以上所述的径向保护轴承的弹性支撑，支撑在转子与保护轴承之间，相邻的弹性支撑环1之间具有层间间隙2，使相邻的弹性支撑环1之间具有径向变形空间，在转子失稳跌落产生冲击时，弹性支撑环1的弹性变形放缓冲击过程，削弱冲击力，缓冲保护轴承受到的瞬时冲击载荷，对保护轴承形成支撑保护，增加保护轴承的跌落保护寿命，延长高速旋转机械的无故障运行周期。
其中，最内层的弹性支撑环1和最外层的弹性支撑环1均为整圈结构，中间的弹性支撑环1均为分段组合结构。最内层和最外层的弹性支撑均为整圈结构，分别与转子和保护轴承接触，起到有效的支撑作用，中间的弹性支撑为分段组合结构，起到弹性变形、缓冲冲击的作用，减小转子跌落对保护轴承的冲击。
其中，中间的弹性支撑环1的数量为至少一层。如图1所示，中间的弹性支撑环1有两层，弹性支撑环1的层数可根据弹性支撑需求进行调整，以对保护轴承进行有效径向支撑，有效减小转子跌落时对保护轴承的冲击，提高保护有效性。
其中，中间的弹怀支撑1包括多个沿周向均匀间隔的弹性薄臂11和与弹性薄臂11一体成型的连接段12，相邻的弹性支撑环1通过连接段12连接。弹性薄臂11在变形径向冲击时提供主要的变形量，连接段12由内至外传递冲击力并承受弹性薄臂11变形过程中的主要应力，可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷，调整弹性薄臂和连接段的长度，为保护轴承提供有效的支撑刚度，提高支撑可靠性。
其中，所述的弹性薄臂11呈圆弧形状，连接段12成型在弹性薄臂11的两端，一端的连接段12位于弹性薄臂11的内环壁上，另一端的连接段12位于弹性薄臂11的外环壁上。如图1所示中间的弹性支撑环1中相邻的弹性薄臂11之间周向隔开形成间隙，可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷，调整弹性薄臂11和连接段12的周向和径向长度，即调整相邻弹性薄臂11之间的间隙长度，以及层间间隙2的尺寸，以改变整个弹性支撑的刚度，为保护轴承提供有效的支撑刚度，提高支撑可靠性。
其中，所述的连接段12在圆周方向相对的两侧面为圆弧面12.1，以避免应力集中。
其中，最内层的弹性支撑环1、最外层的弹性支撑环和中间的弹性支撑环1一体成型，避免加工误差的累计，并提高结构可靠性和稳定性。
本发明还保护一种以上所述的径向保护轴承的弹性支撑的设计方法，其特征在于：可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷以及转子与保护轴承之间的安装空间，调节弹性支撑环1的数量、结构、尺寸及层间间隙2的尺寸，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度。
“调节弹性支撑环1的数量、结构、尺寸及层间间隙2的尺寸，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度”是指调节内层的弹性支撑环1和最外层的弹性支撑环1的径向宽度、中间的弹性支撑环1的层数、每层中间的弹性支撑环1中弹性薄臂11的数量和连接段12在弹性薄壁11上的位置以及连接段12的周向长度，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑载荷；并且调节层间间隙2的径向宽度和每层中间的弹性支撑环1中相邻弹性薄壁11的周向间隔距离，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向变形量，从而调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度。
所述的径向保护轴承的弹性支撑中最内层和最外层的弹性支撑1均为整圈结构，分别与转子和保护轴承接触，起到有效的支撑作用，中间的弹性支撑1为分段组合结构，起到弹性变形、缓冲冲击的作用，其中弹性薄臂11在变形径向冲击时提供主要的变形量，连接段由内至外传递冲击力并承受弹性薄臂变形过程中的主要应力，因此可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷，调节内层的弹性支撑环1和最外层的弹性支撑环1的径向宽度、中间的弹性支撑环1的层数、每层中间的弹性支撑环1中弹性薄臂11的数量和连接段12在弹性薄壁11上的位置以及连接段12的周向长度，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑载荷；并且调节层间间隙2的径向宽度和每层中间的弹性支撑环1中相邻弹性薄壁11的周向间隔距离，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向变形量，从而调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度，为保护轴承提供有效的支撑刚度，提高支撑可靠性。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.径向保护轴承的弹性支撑，支撑在转子与保护轴承之间，其特征在于：包括多层由内至外同轴设置的弹性支撑环（1），弹性支撑环（1）由内至外逐层依次连接，且相邻的弹性支撑环（1）之间具有层间间隙（2），最内层的弹性支撑环（1）套在转子，最外层的弹性支撑环（1）与保护轴承内圈接触。
2.根据权利要求1所述的径向保护轴承的弹性支撑，其特征在于：最内层的弹性支撑环（1）和最外层的弹性支撑环（1）均为整圈结构，中间的弹性支撑环（1）均为分段组合结构。
3.根据权利要求2所述的径向保护轴承的弹性支撑，其特征在于：中间的弹性支撑环（1）的数量为至少一层。
4.根据权利要求3所述的径向保护轴承的弹性支撑，其特征在于：中间的弹怀支撑（1）包括多个沿周向均匀间隔的弹性薄臂（11）和与弹性薄臂（11）一体成型的连接段（12），相邻的弹性支撑环（1）通过连接段（12）连接。
5.根据权利要求4所述的径向保护轴承的弹性支撑，其特征在于：所述的弹性薄臂（11）呈圆弧形状，连接段（12）成型在弹性薄臂（11）的两端，一端的连接段（12）位于弹性薄臂（11）的内环壁上，另一端的连接段（12）位于弹性薄臂（11）的外环壁上。
6.根据权利要求5所述的径向保护轴承的弹性支撑，其特征在于：所述的连接段（12）在圆周方向相对的两侧面为圆弧面（12.1）。
7.根据权利要求2所述的径向保护轴承的弹性支撑，其特征在于：最内层的弹性支撑环（1）、最外层的弹性支撑环和中间的弹性支撑环（1）一体成型。
8.权利要求1至7任一项所述的径向保护轴承的弹性支撑的设计方法，其特征在于：可根据转子失稳跌落时对保护轴承的冲击载荷以及转子与保护轴承之间的安装空间，调节弹性支撑环（1）的数量、结构、尺寸及层间间隙（2）的尺寸，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度。
9.根据权利要求8所述的径向保护轴承的弹性支撑的设计方法，其特征在于：“调节弹性支撑环（1）的数量、结构、尺寸及层间间隙（2）的尺寸，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度”是指调节内层的弹性支撑环（1）和最外层的弹性支撑环（1）的径向宽度、中间的弹性支撑环（1）的层数、每层中间的弹性支撑环（1）中弹性薄臂（11）的数量和连接段（12）在弹性薄壁（11）上的位置以及连接段（12）的周向长度，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑载荷；并且调节层间间隙（2）的径向宽度和每层中间的弹性支撑环（1）中相邻弹性薄壁（11）的周向间隔距离，以调节径向保护轴承的弹性支撑的径向变形量，从而调节径向保护轴承的弹性支撑的径向支撑刚度。
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| CN202011475731.3A CN112524154A (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 径向保护轴承的弹性支撑及其设计方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113700737A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-26 | 平高集团有限公司 | 磁悬浮轴承的保护轴承座及保护轴承安装结构 |
| CN115111262A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-09-27 | 中国舰船研究设计中心 | 一种船舶长轴系抗冲击保护装置及其设计方法 |
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2020
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| CN113700737B (zh) * | 2021-06-30 | 2024-03-19 | 平高集团有限公司 | 磁悬浮轴承的保护轴承座及保护轴承安装结构 |
| CN115111262A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-09-27 | 中国舰船研究设计中心 | 一种船舶长轴系抗冲击保护装置及其设计方法 |
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