CN117231627A - 一种磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，该轴承组件由双滚道内圈、双半结构外圈和若干滚动体组成。内圈的内表面和端面镀有一层润滑层，可减小磁悬浮主轴跌落瞬时对主轴的磨损。外圈外表面设有一层用于缓冲瞬时冲击载荷的缓冲层。外圈和内圈之间有两列滚动体，通过压紧外圈可给轴承施加预载荷，使轴承具备一定径向和轴向支撑刚性，从而使轴承可以具备瞬时高速性能，延长轴承寿命。轴承组件采用非满装滚动体且为无保持架结构，可提高轴承刚性，防止滚动体与滚道、内圈与转子间发生摩擦磨损和发热现象。本发明中的角接触球轴承组件能够满足磁悬浮主轴瞬时高速和瞬时高冲击要求，大大提高了磁悬浮主轴性能壁垒和发展应用。
Description
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体的说是一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件。
背景技术
随着磁悬浮主轴技术日益成熟，磁悬浮主轴应用领域也越来越广，目前在储能行业、半导体、压缩机、航空发动机等领域应用越来越多。磁悬浮保护轴承是磁悬浮主轴的关键部件之一，当磁悬浮转子发生跌落故障时，保护轴承用来限制转子沿径向和轴向上的发生最大位移，保护磁悬浮轴承定子和电机定子不受损坏，传统保护轴承由于其较低的极限转速，无法支撑超高速转子旋转，难以承受转子跌落后所带来的巨大振动和冲击，造成保护轴承失效。基于此，行业内对磁悬浮保护轴承转速和寿命要求也越来越高。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，该角接触球轴承组件能够满足磁悬浮主轴跌落时轴承瞬时高速要求和高冲击力要求，同时可以减小磁悬浮主轴磨损，延长磁悬浮主轴寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，包括：
内圈，所述内圈为双滚道内圈，内圈的两端面和内表面上均设有一层润滑层；
外圈，所述外圈为并排设在内圈外部的双半外圈结构，外圈的外表面上设有一层用于缓冲瞬时冲击载荷的缓冲层；
若干滚动体，呈两列分别布置在两个内圈与外圈之间形成的沟道中，两列滚动体为并排非满球布置；
进一步地，所述滚动体为氮化硅陶瓷球。
进一步地，所述润滑层采用软金属润滑材料层或自润滑涂层。
进一步地，所述软金属润滑材料为镍。
进一步地，所述自润滑涂层采用的是聚四氟乙烯涂层。
进一步地，所述润滑层的厚度为0.02~0.04mm。
进一步地，所述缓冲层采用碳纤维增强聚醚醚酮材料，缓冲层的厚度2~3mm。
进一步地，所述内圈与磁悬浮主轴间隙配合。
进一步地，令滚动体的直径为D，相邻两个滚动体之间的间隙L满足：L＞0.05*D。
有益效果：
1）、本发明中的角接触球轴承组件由双滚道内圈、双半结构外圈和若干滚动体组成。内圈的内表面和端面镀有一层润滑层，可减小磁悬浮主轴跌落瞬时对主轴的磨损。外圈外表面设有一层用于缓冲瞬时冲击载荷的缓冲层。外圈和内圈之间有两列滚动体，通过压紧外圈可给轴承施加预载荷，使轴承具备一定径向和轴向支撑刚性，同时减小瞬高速陶瓷球打滑，有效防止轴承烧结，从而使轴承可以具备瞬时高速性能，延长轴承寿命。轴承组件采用非满装滚动体且为无保持架结构，可提高轴承刚性，防止在保护轴承受到碰撞时滚动体发生卡死导致的滚动体与滚道、内圈与转子间发生摩擦磨损和发热现象。本发明中的角接触球轴承组件能够满足磁悬浮主轴瞬时高速和瞬时高冲击要求，大大提高了磁悬浮主轴性能壁垒和发展应用。
2）、本发明的滚动体采用氮化硅陶瓷球，其密度低，硬度高，高速离心力小，耐磨性好，轴承高速性能更好；另外套圈和滚动体采用不同材料，可以避免高速高载工况下套圈和滚动体咬合现象。
3）、本发明的润滑层的材料采用聚四氟乙烯，涂层厚度为0.02~0.04mm，聚四氟乙烯润滑材料摩擦系数极低，且具有耐高温和耐腐蚀性特点。在磁悬浮主轴跌落到轴承内圈上时，由于瞬时高速，内圈和主轴间容易发生相对滑动，该润滑材料可以降低主轴磨损。润滑层的材料也可采用软金属镍，涂层厚度0.02~0.04mm，该种润滑材料，具有耐磨性好，耐高温和摩擦系数小特点，其作用同上。
4）、本发明的缓冲层采用碳纤强化聚醚醚酮材料，缓冲层厚度为2~3mm，该种材料具有较高耐冲击强度和冲击能量吸收率，在磁悬浮主轴跌落时可以起到缓冲减振作用。
附图说明
图1是本发明中轴承组件的结构示意图。
图中：1、内圈，2、润滑层，3、滚动体，4、外圈，5、缓冲层。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明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。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，都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，请参考图1，该轴承组件包括内圈1、外圈4和滚动体3，不包括保持架，下面对其具体结构进行详细描述。
所述内圈1为双滚道内圈，内圈1的两端面和内表面上均设有一层厚度为0.02~0.04mm的润滑层2，润滑层2可减小磁悬浮主轴跌落瞬时对磁悬浮主轴的磨损。所述润滑层2采用软金属润滑材料层或自润滑涂层。当采用软金属润滑材料时，所述软金属润滑材料为镍；当采用自润滑涂层时，所选用的自润滑涂层为聚四氟乙烯。
内圈1采用的材料可为GCr15，具有硬度高、耐磨好、抗腐蚀、接触疲劳强度高等特点，经过热处理后，硬度达到HRc60-64。内圈内表面和端面上设有一层厚度为0.02~0.04mm润滑层2。
所述外圈4为并排设在内圈1外部的双半外圈结构，外圈4采用的材料为GCr15，经过热处理后，硬度达到HRc60-64。外圈4的外表面上设有一层用于缓冲瞬时冲击载荷的缓冲层5。所述缓冲层5采用碳纤强化的聚醚醚酮材料，缓冲层5的厚度为2~3mm。
若干滚动体3呈两列分别布置在两个内圈1与外圈4之间形成的沟道中，两列滚动体3为并排非满球布置，即在计算满球数量情况下每列减少1~2粒滚动体3，保证滚动体3之间间隙大于0.05倍滚动体3直径；轴承组件采用非满装滚动体3且为无保持架结构，无保持架可避免轴承瞬时高速造成保持架损坏，非满球布置可防止滚动体3相互间的间隙过小，造成受到碰撞时滚动体3发生卡死导致的滚动体3与滚道、内圈1与转子间发生摩擦磨损和发热现象。
详细地，所述滚动体3为氮化硅陶瓷球。
本发明中的轴承组件通过压紧外圈4给轴承施加预载荷，所述内圈1与磁悬浮主轴间隙配合，磁悬浮主轴的轴肩与内圈1的其中一端面相对设置，轴肩与该端面之间也为间隙配合。当磁悬浮主轴跌落到内圈1上，通过润滑层2能够减小对磁悬浮主轴的磨损，通过外圈4和缓冲层5能够减小瞬时冲击载荷，通过施加预紧载荷，滚动体3可在滚道内滚定运行，减小打滑速率，延长轴承寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，包括：
内圈，所述内圈为双滚道内圈，内圈的两端面和内表面上均设有一层润滑层；
外圈，所述外圈为并排设在内圈外部的双半外圈结构，外圈的外表面上设有一层用于缓冲瞬时冲击载荷的缓冲层；
若干滚动体，呈两列分别布置在两个内圈与外圈之间形成的沟道中，两列滚动体为并排非满球布置。
2.根据权利要求1所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述滚动体为氮化硅陶瓷球。
3.根据权利要求1所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述润滑层采用软金属润滑材料层或自润滑涂层。
4.根据权利要求3所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述软金属润滑材料为镍。
5.根据权利要求3所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述自润滑涂层采用的是聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1或3所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述润滑层的厚度为0.02~0.04mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述缓冲层采用碳纤强化聚醚醚酮材料，缓冲层的厚度2~3mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，所述内圈与磁悬浮主轴间隙配合。
9.根据权利要求1所述的一种用于磁悬浮主轴保护用角接触球轴承组件，其特征在于，令滚动体的直径为D，相邻两个滚动体之间的间隙L满足：L＞0.05*D。
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