CN103438219B - 一种采用高气压密封的高速精密旋转轴 - Google Patents

Abstract

本发明高气压密封的高速精密旋转轴，包括轴芯、所述轴芯安装在角接触球轴承上、所述角接触球轴承固定在旋转轴外罩内；所述轴芯大端的外圆周内表面设置有凹环，旋转轴外罩一端连接所述凹环，旋转轴外罩同凹环连接处外表面设置有楔形结构；旋转轴外罩另一端固定连接端盖；旋转轴外罩壁有一同旋转轴平行的通孔，所述通孔的一端位于所述凹环内侧；旋转轴外罩上有一进气孔穿过旋转轴外罩壁连接所述通道，端盖同轴芯的连接处设置有一楔形结构。该旋转轴采用充入高压气体的方式来对旋转轴进行密封，气路简单，设计了特殊的楔形结构，以保证高压气体顺利排出，同时防止外部杂物进入旋转轴内部。

Description

一种采用高气压密封的高速精密旋转轴

技术领域

本发明属于数控机床和精密运动平台领域，具体涉及一种精密旋转轴。

背景技术

随着数控技术的不断发展，为追求高速高精的数控加工效果，许多关键核心元器件被运用在数控机床领域，精密旋转轴（主轴）作为数控机床必不可少的核心元器件，被大量应用于超精密加工的数控机床中。目前，数控机床专用的精密旋转轴（主轴）目前国内多为进口（台湾、日本、欧洲等），但多数国家出于对核心技术保护的考虑，对某些高速精密旋转轴（主轴）限制对中国出口。

这些引进的精密旋转轴（主轴）价格高、供货周期长、结构复杂、元器件损坏后维修不便，且由于它们都是作为标准件被引进，难以根据具体的应用场合进行灵活变更设计并符合具体的应用场合，这些都大大制约了自主项目的顺利推进。

一般的精密旋转轴主要是采用普通的油封和橡胶密封圈密封，这种密封方式在旋转轴转速不高的情况下能很好的起到密封效果，而且油封和密封圈不易损坏。一旦旋转轴转速提高较大，旋转轴的高速旋转会造成与其直接接触的油封和密封圈极易磨损而迅速破坏，从而影响旋转轴的密封性能。另外，高速旋转轴对动平衡性能要求也很高。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种在高速旋转状态下密封效果好，动平衡性能优良的精密旋转轴。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种高气压密封的高速精密旋转轴，包括轴芯、所述轴芯安装在角接触球轴承上、所述角接触球轴承固定在旋转轴外罩内；所述轴芯大端的外圆周内表面设置有凹环，旋转轴外罩一端连接所述凹环，旋转轴外罩同凹环连接处外表面设置有楔形结构；旋转轴外罩另一端固定连接端盖；旋转轴外罩壁有一同旋转轴平行的通孔，所述通孔的一端位于所述凹环内侧；旋转轴外罩上有一进气孔穿过旋转轴外罩壁连接所述通道，端盖同轴芯的连接处设置有一楔形结构。

作为优化，所述角接触球轴承共有四个；第一角接触球轴承与第二角接触球轴承之间以及第三角接触球轴承与第四角接触球轴承之间分别设置有内圈垫和外圈垫；第二角接触球轴承内圈与第三角接触球轴承内圈之间设置有套筒；第三角接触球轴承外圈一端紧贴旋转轴外罩内的轴肩；第二角接触球轴承一端外圈和旋转轴外罩内的轴肩之间设置有外圈小垫，第一角接触球轴承和第四角接触球轴承的外圈分别通过第一挡圈和第二挡圈固定。

所述挡圈的外表面设置有一楔形结构。于所述第一挡圈和端盖之间设置有带锁紧槽圆螺母。所述轴芯大端的外圆周上均匀分布有6个螺纹孔。

该精密旋转轴全部采用对称结构，使其本身具有很好的动平衡特性，在轴芯1大端的外圆周上均匀分布有6个M5的螺纹，以便实际使用时作为配重孔来调节具体应用场合下的旋转轴动平衡。该旋转轴中轴肩居中分布，使两侧受力均匀，轴肩两侧各使用两个背对背安装的角接触球轴承，轴承间通过小型套筒（内圈小垫、外圈小垫）进行轴向定位，轴向固定和轴向间隙通过对称结构的带锁紧槽圆螺母来调节，结构可靠、稳定。该旋转轴采用充入高压气体的方式来对旋转轴进行密封，气路简单，设计了特殊的楔形结构，以保证高压气体顺利排出，同时防止外部杂物进入旋转轴内部。轴芯大端的外圆周设置有凹环，防止液体杂物淤积堵住出气口。该旋转轴采用脂润滑，内部设计的挡圈，该挡圈轴向起到轴承定位作用，而在外圆周上设计了楔形结构，一方面防止杂物进入而影响轴承精度，另一方面防止少量气体进入冲击或带走轴承上的润滑脂。该旋转轴结构简单，加工容易，成本低，适合精密数控机床使用。

附图说明

图1为本发明高气压密封的高速精密旋转轴结构示意图。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

高气压密封的高速精密旋转轴，如图1所示，主要由轴芯（粗砂轮轴芯）1、旋转轴外罩16、第一角接触球轴承12、第二角接触球轴承15、第三角接触球轴承6、第四角接触球轴承3、对称结构的带锁紧槽圆螺母10等组成。具体的结构如下：第三角接触球轴承6左侧的外圈以旋转轴外罩16内的轴肩为定位面，三角接触球轴承6内圈以套筒7为定位面，三角接触球轴承6右侧的外圈与外圈垫4的贴合，三角接触球轴承6内圈与内圈垫5贴合。以内圈垫5和外圈垫4为基准，分别与第四角接触球轴承3左侧的内圈和外圈贴合，第四角接触球轴承3的右侧仅通过内圈与第二挡圈2的左侧面贴合，通过压入轴芯（粗砂轮轴芯），将第三角接触球轴承6、第四角接触球轴承3的内圈固定。旋转轴外罩16内靠近第二角接触球轴承15处有一个外圈小垫8，其端面作为安装第二角接触球轴承15右侧外圈的定位面，而第二角接触球轴承15内圈以套筒7的左端面为定位面。通过长度一致的内圈垫14和外圈垫13，连接第一角接触球轴承12，第一角接触球轴承12右侧内圈与内圈垫14贴合，第一角接触球轴承12外圈与外圈垫13贴合。在安装上特殊的第一挡圈11以固定第一角接触球轴承12内圈后，将对称结构的带锁紧槽圆螺母10拧紧。端盖9固定在旋转轴外罩16上。

轴芯1大端的外圆周内表面设置有凹环，旋转轴外罩16一端连接所述凹环，旋转轴外罩16同凹环连接处外表面设置有楔形结构；旋转轴外罩壁有一同旋转轴平行的通孔，通孔的一端位于凹环内侧；旋转轴外罩16上有一进气孔18穿过旋转轴外罩16壁连接通道，端盖9同轴芯1的连接处设置有一楔形结构。楔形结构的设计以保证高压气体顺利排除，同时防止外部杂物进入旋转轴内部。凹环的设计，能防止液体杂物淤积堵住出气口。

第一挡圈11和第二挡圈2和的外表面设置有一楔形结构。一方面防止杂物进入而影响轴承精度，另一方面防止少量气体进入冲击或带走轴承上的润滑脂。

在轴芯1大端的外圆周上均匀分布有6个M5的螺纹孔19，以便实际使用时作为配重孔用。

该旋转轴设计转速为8000r/min，轴芯1采用具有很好耐磨性的SKD11（模具钢）为材料。旋转轴所有参与旋转的零部件都是沿轴线对称的结构（包括标准件和加工件），采用充入高压气体的方式来对旋转轴进行密封。该精密旋转轴已成功应用于外圆磨床设备中。

Claims (5)

1.一种高气压密封的高速精密旋转轴，包括轴芯、所述轴芯安装在角接触球轴承上、所述角接触球轴承固定在旋转轴外罩内；其特征在于所述轴芯大端的外圆周内表面设置有凹环，旋转轴外罩一端连接所述凹环，旋转轴外罩同凹环连接处外表面设置有楔形结构；旋转轴外罩另一端固定连接端盖；旋转轴外罩壁有一同旋转轴平行的通孔，所述通孔的一端位于所述凹环内侧，该通孔和凹环共同构成旋转轴密封供气通道；旋转轴外罩上有一进气孔穿过旋转轴外罩壁连接所述通道，端盖同轴芯的连接处设置有一楔形结构。

2.根据权利要求1所述的精密旋转轴，其特征在于所述角接触球轴承共有四个；第一角接触球轴承与第二角接触球轴承之间设置有内圈垫和外圈垫；第三角接触球轴承与第四角接触球轴承之间设置有内圈垫和外圈垫；第二角接触球轴承内圈与第三角接触球轴承内圈之间设置有套筒；第三角接触球轴承外圈一端紧贴旋转轴外罩内的轴肩；第二角接触球轴承一端外圈和旋转轴外罩内的轴肩之间设置有外圈小垫，第一角接触球轴承和第四角接触球轴承的外圈分别通过第一挡圈和第二挡圈固定。

3.根据权利要求2所述的精密旋转轴，其特征在于所述第一、第二挡圈的外表面均设置有一楔形结构。

4.根据权利要求2所述的精密旋转轴，其特征在于所述第一挡圈和端盖之间设置有带锁紧槽圆螺母。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的精密旋转轴，其特征在于所述轴芯大端的外圆周上均匀分布有6个螺纹孔。