CN117989228A - 一种径向轴承组件及具有该径向轴承组件的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种径向轴承组件及具有该径向轴承组件的电机，径向轴承组件包括第一径向轴承以及保护轴承；第一径向轴承穿设在转子上；保护轴承包括第一轴承定子和穿设在转子上的第一轴承转子，第一轴承定子和第一轴承转子之间构成气体动压轴承，第一轴承转子能够在第一径向轴承与转子接触前代替第一径向轴承失效。在第一径向轴承与转子接触前，第一轴承定子和第一轴承转子的轴承间隙会更小或接触磨损，从而代替第一径向轴承失效，避免转子***故障，提高转子***的稳定性和轴承使用寿命。

Description

一种径向轴承组件及具有该径向轴承组件的电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种径向轴承组件及具有该径向轴承组件的电机。

背景技术

气体动压轴承具有高精度、无污染、高速和结构简单等优点，国内外已经将气体动压轴承广泛应用在航空发动机无油透平、微型燃气轮机以及飞机的空气循环机等高速旋转机械中。

CN108869541A提出了一种径向轴承、转子***及径向轴承的控制方法，在转轴100侧壁布置磁轴承，在转轴100朝向磁轴承的圆周面设置动压发生槽6202，如现有技术图1所示。通过设计轴承间隙和磁轴承改善在高速运转状态下的动态性能和稳定性，但是动压发生槽的间隙变化较小，磁轴承起到的效果不明显。CN109751255A提出了一种使用静动压混合径向气体轴承的离心压缩机，在动压轴承顶箔A23设计有贯穿通孔A24和供气通道，如现有技术图2所示。通过静动压轴承配合使用降低轴承运行时的摩擦磨损，提高使用寿命，但供气设备零件较多，组装困难。在转子启停过程中，转子与箔片气体动压轴承的顶箔发生干摩擦，导致气体动压轴承磨损，尤其是在转子在高速运行发生异常时，转子与轴承顶箔发生严重干摩擦导致转子失效。目前常规防止磨损的方式仅是在顶箔上喷涂耐磨涂层，减少转子启停过程中与轴承顶箔的磨损。

发明内容

本发明提供一种径向轴承组件及具有该径向轴承组件的电机，能够在转轴异常时，代替径向气体动压轴承磨损的技术问题。

本发明提供一种径向轴承组件，用于安装在转子上，其包括第一径向轴承以及保护轴承；

第一径向轴承穿设在转子上；

保护轴承包括第一轴承定子和穿设在转子上的第一轴承转子，第一轴承定子和第一轴承转子之间构成气体动压轴承，第一轴承转子能够在第一径向轴承与转子接触前代替第一径向轴承失效。

在一些实施方式中，第一轴承定子和第一轴承转子之间具有轴承间隙，第一轴承定子的端面设置有温度传感器，温度传感器用于检测轴承间隙中的环境温度。

在一些实施方式中，第一轴承转子的内端面套设在转子上，第一轴承转子的外端面设置有间隔设置的多个动压发生槽。

在一些实施方式中，动压发生槽呈V型，动压发生槽的槽深为0.01mm-0.05mm，动压发生槽的两端均为用于进气的第一进气口和第二进气口。

在一些实施方式中，转子沿径向方向开设有容置槽，第一轴承转子位于容置槽中，且第一轴承转子与转子可拆卸地连接；第一轴承定子与第一轴承转子相对设置。

在一些实施方式中，第一轴承定子包括第一轴承座，第一轴承座与第一轴承转子相对的端面表面光滑。

在一些实施方式中，第一轴承定子包括第一轴承座和设置在第一轴承座上的第二径向轴承，第二径向轴承与第一轴承转子相对设置，第二径向轴承和第一轴承转子之间构成气体动压轴承。

在一些实施方式中，第一径向轴承与转子之间的名义间隙为δ1，第一径向轴承与转子之间安全间隙为δ0，第一轴承定子和第一轴承转子之间的名义间隙为δ2，名义间隙δ2满足：δ1-δ2＞δ0。

在一些实施方式中，名义间隙δ2在0.8*（δ1-δ0）<δ2<0.95*（δ1-δ0）范围内。

一种电机，包括径向轴承组件，径向轴承组件为上述的径向轴承组件

本发明提供的一种径向轴承组件及具有该径向轴承组件的电机，具有以下有益效果：

第一径向轴承穿设在转子上，第一轴承定子同样穿设在转子上，第一轴承转子设置在转子上，第一轴承定子和第一轴承转子之间具有轴承间隙。转子转动的过程中，第一径向轴承起到主要的承载作用，第一轴承转子随转子同步转动，有粘性的高速气体进入到轴承间隙中形成高压润滑气膜，为径向旋转***提供部分承载作用。在第一径向轴承与转子接触前，第一轴承定子和第一轴承转子的轴承间隙会更小或接触磨损，从而代替第一径向轴承失效，避免转子***故障，提高转子***的稳定性和轴承使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为现有技术的示意图；

图2为现有技术的示意图；

图3为本发明实施例的第一轴承座的示意图；

图4为本发明实施例的转子的示意图；

图5为本发明实施例的第二径向轴承的示意图；

图6为本发明实施例的动压发生槽的示意图；

图7为本发明实施例的第一径向轴承的示意图。

附图：100-转轴；6202-动压发生槽；23-顶箔A；24-通孔A；1-转子；11-容置槽；12-大端；13-小端；101-第一端面；102-第二端面；103-第三端面；104第四端面；2-第一径向轴承；201-径向轴承座；31-第一轴承定子；311-第一轴承座；3111-第五端面；312-第二径向轴承；32-第一轴承转子；321-动压发生槽；322-第一进气口；323-第二进气口；324-交汇点；33-轴承间隙；61-径向底片；62-径向第一层波箔；63-径向第二层波箔；64-径向第一层平箔；65-径向第二层平箔；66-径向第三层平箔；67-U型槽固定端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

结合参见图3和图5所示，根据本发明的实施例，提供一种径向轴承组件，用于安装在转子1上，其包括第一径向轴承2以及保护轴承；第一径向轴承2穿设在转子1上；保护轴承包括第一轴承定子31和设置在转子1上的第一轴承转子32，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间构成气体动压轴承，第一轴承转子32能够在第一径向轴承2与转子1接触前代替第一径向轴承2失效。

在本实施例中，第一径向轴承2穿设在转子1上，第一轴承定子31同样穿设在转子1上，第一轴承转子32设置在转子1上，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间具有轴承间隙33。转子1转动的过程中，第一径向轴承2起到主要的承载作用，第一轴承转子32随转子1同步转动，有粘性的高速气体进入到轴承间隙33中形成高压润滑气膜，为径向旋转***提供部分承载作用。在第一径向轴承2与转子1接触前，第一轴承定子31和第一轴承转子32的轴承间隙33会更小或接触磨损，从而代替第一径向轴承2失效，避免转子1***故障，提高转子1***的稳定性和轴承使用寿命。

结合参见图4所示，转子1沿径向方向开设有容置槽11，第一轴承转子32套设在转子1上且位于容置槽11中，第一轴承转子32与转子1可拆卸地连接；第一轴承定子31与第一轴承转子32相对设置。

作为一种具体的实施方式，容置槽11呈台阶结构且具有一定的深度和宽度，使得转子1包括大端12和小端13，大端12沿轴向方向具有第一端面101，大端12沿径向方向具有第二端面102；小端13沿轴向方向具有第三端面103，小端13沿径向方向具有第四端面104，第二端面102和第三端面103垂直形成容置槽11。设置容置槽11能够在不增加转子1厚度的前提下，将第一轴承转子32安装在转子1的小端13上。

结合参见图6所示，在本实施例中，第一轴承转子32套设在转子1上，第一轴承转子32的外表面设置有间隔设置的多个动压发生槽321。具体的，第一轴承转子32采用热装方式固定在第三端面103上，采用此种方式将第一轴承转子32固定在转子1上，转子1转动的过程中能够带动第一轴承转子32转动。此外，当第一轴承转子32代替第一径向轴承2失效，第一轴承转子32若磨损，能够将第一轴承转子32从转子1上拆卸下来进行更换，操作方便快捷，从避免拆卸第一径向轴承2。

在本实施例中，动压发生槽321呈V型，动压发生槽321的槽深为0.01mm-0.05mm，动压发生槽321的两端均为用于进气的第一进气口322和第二进气口323。

在本实施例中，动压发生槽321包括相互连通的第一槽体和第二槽体，第一槽体和第二槽体的连通处为交汇点324，第一进气口322和第二进气口323分别将气体吸入到第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的轴承间隙33中，气体在交汇点324形成高压带，为转子1悬浮提供径向支撑力。

作为一种具体的实施方式，第一轴承转子32为陶瓷结构，动压发生槽321的槽深较浅，转子1高速旋转的过程中，存在于轴承间隙33内的流动气体被压入到动压发生槽321内，从而产生高压润滑气膜，以实现第一轴承转子32与第一轴承定子31在径向方向被非接触地保持。第一轴承转子32为陶瓷结构，不仅可以在其外表面上雕刻动压发生槽321，由于槽深较浅并不会破坏和影响第一轴承转子32的强度。

在本实施例中，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间具有轴承间隙33，第一轴承定子31的端面设置有温度传感器，温度传感器用于检测轴承间隙33中的环境温度。

具体的，本实施例中的第一轴承转子32代替第一径向轴承2失效是指，第一径向轴承2与转子1间的间隙达到临界值时，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的间隙已经很小或已接触，轴承间隙33内的环境温度出现升温异常的现象，温度传感器检测到的数值迅速上升，接收到反馈后电机停机即可保护第一径向轴承2不磨损。本实施例的第一轴承定子31和第一轴承转子32形成气体动压轴承，采用气体润滑的方式，在此基础上，在第一轴承定子31上设置温度传感器，通过对环境温度的监控即可获取第一轴承转子32和第一轴承定子31的轴承间隙33变化，并及时对该变化做出反馈，避免第一轴承转子32或第一轴承定子31磨损，甚至第一径向轴承2磨损严重。

作为一种具体的实施方式，还可设置控制器，控制器与温度传感器电性连接，控制器接收到温度传感器的信后，若温度升温异常，则控制电机停机。通过设置控制器能够根据温度传感器检测到的数值，控制电机的开机和关机。

结合参见图3所示，在本实施例中，第一轴承定子31包括第一轴承座311，第一轴承座311与第一轴承转子32相对的端面表面光滑。

结合参见图5所示，作为一种具体的实施方式，第一轴承座311包括第五端面3111，第五端面3111与第一轴承定转子1相对，该端面的表面光滑，摩擦系数低，导热系数较高。

作为一种具体的实施方式，温度传感器设置在第一轴承座311远离第二端面102的一侧，且温度传感器靠近第五端面3111，将温度传感器设置在此处，既方便进行安装，不会影响第一轴承转子32的转动，还可以较为精确地感应温度变化。

在另一实施例中，第一轴承定子31包括第一轴承座311和设置在第一轴承座311上的第二径向轴承312，第二径向轴承312与第一轴承转子32相对设置，第二径向轴承312和第一轴承转子32之间构成气体动压轴承。设置第二径向轴承312，第二径向轴承312与第一轴承转子32摩擦，避免第一轴承座311与第一轴承转子32直接接触，进而避免第一轴承座311磨损。

作为一种具体的实施方式，第二径向轴承312同样采用陶瓷结构，第二径向轴承312热装在第一轴承座311的第五端面3111上。若第二径向轴承312与第一轴承转子32磨损，不仅可以更换第一轴承转子32还可以更换第二径向轴承312。

结合参见图7，第一径向轴承2为箔片气体动压轴承，也可以为其他气体动压轴承。还包括径向轴承座201，第一轴承座311与径向轴承座201连接。径向轴承6包括径向底片61、径向第一层波箔62、径向第二层波箔63、径向第一层平箔64、径向第二层平箔65和径向第三层平箔66，沿着径向向内的方向，径向底片61、径向第一层波箔62、径向第二层波箔63、径向第一层平箔64、径向第二层平箔65和径向第三层平箔66依次布置，将径向U型槽固定端67安装在径向轴承座201预设的卡槽内。第一径向轴承2在转子1高速旋转工作时，气体在粘性力的作用下从气膜厚度最大处流向气膜厚度最小处，形成楔形效应，气体因流经的截面面积减小而发生压缩，第一径向轴承2与电机转子1之间气膜压力升高，为转子1提供径向承载，转子1因而悬浮工作在电机转子轴承之间。

第一径向轴承2与转子1之间的名义间隙为δ1，第一径向轴承2与转子1之间安全间隙为δ0，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的名义间隙为δ2，名义间隙δ2满足：δ1-δ2＞δ0。一般高速电机，δ1-δ0为转子1偏心距，名义间隙δ2一般需小于δ1-δ0。气浮轴承的承载性能随偏心距δ1-δ0增大而增大，δ2设计值应在第一径向轴承2性能最佳并能保护轴承数值间。

具体的，在运行过程中，转子1与第一径向轴承2之间的安全间隙δ0，与转子1半径R和转子1质量G0成正比，需满足δ0>0.005mm。转子1与第一径向轴承2间实际工作最小间隙δ大于安全间隙δ0时，转子1稳定运行；当最小间隙δ小于安全间隙δ0时，转子1与第一径向轴承2发生干摩擦，将导致第一径向轴承2失效和转子1失稳直至整机报废。为保护第一径向轴承2磨损，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的名义间隙δ2需满足δ1-δ2>δ0，当转子1工作时最小间隙δ接近δ0或第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的最小间隙接近0时，转子1与第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的空气发生干摩擦，导致第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的环境温度迅速升温，通过温度传感器将温升信息传递给控制器并制动电机，防止转子1磨损加剧而失效。

在本实施例中，名义间隙δ2在0.8*（δ1-δ0）<δ2<0.95*（δ1-δ0）范围内。

具体的，第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的名义间隙δ2数值较小时，转子1与第一径向轴承2间实际工作最小间隙δ将变大，故第一径向轴承2的承载性能下降，最后转子1***的稳定性降低。第一轴承定子31和第一轴承转子32之间的名义间隙δ2在0.8*（δ1-δ0）<δ2<0.95*（δ1-δ0）范围内，第一径向轴承2在安全间隙δ0内能保持优异承载性能，同时保护轴承能预警转子1运行异常现象并控制停机，从而保护转子1***。此外，该范围可根据主轴承实际工况考虑，如低负载条件下，δ2设计值可更小，在0.6*（δ1-δ0）<δ2<0.9*范围内；高负载条件下，δ2设计值可更大，在0.8*（δ1-δ0）<δ2<1.1*（δ1-δ0）范围内。

在本实施例中，若δ2设计值较小，当第一径向轴承2与转子1间隙达到安全间隙δ范围时，转子1与保护轴承已发生摩擦，故当保护轴承预警时，第一径向轴承2与转子1间隙仍较大，承载性能较差，无法起到承载作用；若δ2设计值较大，当第一径向轴承2与转子1间隙达到安全间隙δ范围时，保护轴承与转子1间隙仍较大，无法预警作用。名义间隙δ2在0.8*（δ1-δ0）<δ2<0.95*（δ1-δ0）范围内，第一径向轴承2在安全间隙δ0内能保持优异承载性能，同时保护轴承能预警转子1运行异常现象并控制停机。

一种电机，包括径向轴承组件，径向轴承组件为上述的径向轴承组件，其中的转子1即为电机的转轴。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种径向轴承组件，用于安装在转子（1）上，其特征在于，包括：第一径向轴承（2）以及保护轴承；

所述第一径向轴承（2）穿设在所述转子（1）上；

所述保护轴承包括相对设置的第一轴承定子（31）和第一轴承转子（32），所述第一轴承定子（31）穿设在所述转子（1）上，第一轴承转子（32）设置在所述转子（1）上，所述第一轴承定子（31）和所述第一轴承转子（32）之间构成气体动压轴承，所述第一轴承转子（32）能够在所述第一径向轴承（2）与所述转子（1）接触前代替所述第一径向轴承（2）失效。

2.根据权利要求1所述的径向轴承组件，其特征在于，所述第一轴承定子（31）和所述第一轴承转子（32）之间具有轴承间隙（33），所述第一轴承定子（31）的端面设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述轴承间隙（33）中的环境温度。

3.根据权利要求1所述的径向轴承组件，其特征在于，所述第一轴承转子（32）套设在所述转子（1）上，所述第一轴承转子（32）的外表面设置有间隔设置的多个动压发生槽（321）。

4.根据权利要求3所述的径向轴承组件，其特征在于，所述动压发生槽（321）呈V型，所述动压发生槽（321）的槽深为0.01mm-0.05mm，所述动压发生槽（321）的两端均为用于进气的第一进气口（322）和第二进气口（323）。

5.根据权利要求1所述的径向轴承组件，其特征在于，所述转子（1）沿径向方向开设有容置槽（11），所述第一轴承转子（32）位于所述容置槽（11）中，且所述第一轴承转子（32）与所述转子（1）可拆卸地连接；所述第一轴承定子（31）与所述第一轴承转子（32）相对设置。

6.根据权利要求5所述的径向轴承组件，其特征在于，所述第一轴承定子（31）包括第一轴承座（311），所述第一轴承座（311）与所述第一轴承转子（32）相对的端面表面光滑。

7.根据权利要求5所述的径向轴承组件，其特征在于，所述第一轴承定子（31）包括第一轴承座（311）和设置在所述第一轴承座（311）上的第二径向轴承（312），所述第二径向轴承（312）与所述第一轴承转子（32）相对设置，所述第二径向轴承（312）和所述第一轴承转子（32）之间构成气体动压轴承。

8.根据权利要求1至7任一项所述的径向轴承组件，其特征在于，所述第一径向轴承（2）与所述转子（1）之间的名义间隙为δ1，所述第一径向轴承（2）与所述转子（1）之间安全间隙为δ0，所述第一轴承定子（31）和所述第一轴承转子（32）之间的名义间隙为δ2，名义间隙δ2满足：δ1-δ2＞δ0。

9.根据权利要求8所述的径向轴承组件，其特征在于，所述名义间隙δ2在0.8*（δ1-δ0）<δ2<0.95*（δ1-δ0）范围内。

10.一种电机，包括径向轴承组件，其特征在于，所述径向轴承组件为权利要求1至9任一项所述的径向轴承组件。