保护轴承是用于支承主动磁悬浮轴承系统中高速跌落的悬浮转子的重要零部件。研究转子跌落时保护轴承的碰撞特性具有重要的工程应用价值。本文以立式磁悬浮轴承系统为对象,结合立式磁悬浮轴承系统的工况,选用满装混合陶瓷角接触球轴承作为下保护轴承,对该保护轴承的静力学特性,以及立式转子跌落到保护轴承上的碰撞力和热特性进行了研究。采用有限元方法,建立立式转子工况条件下保护轴承的有限元分析模型,研究了约束和承载力等参数对保护轴承接触应力、弹性变形量的影响。结果表明,满装混合陶瓷角接触球轴承要比普通角接触球轴承承载力更强,选用满装混合陶瓷角接触球轴承更合适;增大径向载荷可以明显增强保护轴承的接触应力和变形量,而增大轴向载荷对保护轴承所受的接触应力和变形量无明显影响。以满装混合陶瓷角接触球轴承作保护轴承,对立式磁悬浮轴承系统中的转子-保护轴承系统进行力学分析,建立了立式磁悬浮轴承系统中转子-保护轴承的数学模型,并利用多体动力学软件对转子跌落到保护轴承过程中保护轴承所受的碰撞力进行仿真,分析了转子不偏心时保护间隙、摩擦系数、转子质量、转子跌落转速对立式平衡转子跌落到保护轴承过程中保护轴承所受的初次轴向碰撞力的影响。结果表明,保护轴承所受的初次轴向碰撞力为轴向碰撞力的最大值;保护轴承所受的初次轴向碰撞力随动摩擦系数的增大而减小;随轴向保护间隙、转子质量的增大而增大;随跌落转速的增加保持不变;可以通过适当增大摩擦系数、降低轴向保护间隙和转子质量以降低保护轴承的轴向碰撞力,减小轴向冲击对保护轴承的影响。分析了转子偏心状态下,跌落转速和动平衡精度等级对碰撞力的影响。结果表明,转子偏心状态时,随着转子跌落转速增大,保护轴承所受的轴向碰撞力保持不变,径向碰撞力随之增大,随着动平衡精度等级越高,保护轴承所受的径向碰撞力越大,轴向碰撞力略增,动平衡精度等级对保护轴承所受的径向碰撞力影响更显著。根据磁悬浮轴承系统中保护轴承内部受载情况,分析轴承发热量,研究了保护轴承零件之间的生热及热传递关系。根据工况设置相应的热边界条件,运用有限元方法与热网络方法,对保护轴承进行热特性分析,获得了保护轴承温度场分布。结果表明,保护轴承的最高温度在背离开口的内圈端面处,外圈温度小于滚珠温度,滚珠温度小于内圈温度,内外圈温度分布不对称;用热网络法和有限元法分析保护轴承的温度场具有一定的可靠性。