CN104715670B - 基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，包括机架、设置于机架的扭矩轴以及与扭矩轴固定连接的壳体；壳体内设有磁流变液腔以及围绕磁流变液腔设置的励磁线圈，磁流变液腔内设有用于与电主轴传动连接的加载圆盘，本发明能够对高速电主轴进行动态加载，从而更加准确真实的模拟电主轴的实际工作状态。

Description

基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置

技术领域

本发明涉及机械加工制造装置领域，具体是一种基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置。

背景技术

高速电主轴作为高速加工机床中的核心部件，其动态性能一直是设计人员关心的重点，直接影响到机床的加工精度和生产效率。但由于高速电主轴结构特点，对其进行在线测试一直都是难点，目前对电主轴的动态性能的研究主要以建仿真、有限元分析为主，动态测试方法也多集中于空载运行试验。工程上常用锤击法、转矩转速仪法、利用切削力作为负载和利用传动方式减速后进行加载。但是这些加载方式均为接触式加载，不稳定，而且常常需要复杂的辅助器械，成本高，机器磨损严重。

因此，为解决以上问题，需要一种能够对高速电主轴进行动态加载，从而更加准确真实的模拟电主轴的实际工作状态的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供能够更加准确真实的模拟电主轴的实际工作状态的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置。

本发明的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，包括机架、设置于机架的扭矩轴以及与扭矩轴固定连接的壳体；壳体内设有磁流变液腔以及围绕磁流变液腔设置的励磁线圈，磁流变液腔内设有用于与电主轴传动连接的加载圆盘；

进一步，所述机架与扭矩轴之间设有间隙调整螺套；间隙调整螺套与机架通过螺纹配合连接并能进行螺旋传动，且该间隙调整螺套以轴向固定的方式与扭矩轴转动配合；

进一步，所述扭矩轴传动连接有扭矩传感器且该扭矩传感器与间隙调整螺套同轴固定；

进一步，所述壳体包括同轴固定连接的左壳体和右壳体；励磁线圈以及磁流变液腔设置于左壳体内，右壳体内设有与磁流变液腔连通的进液口、出液口以及与扭矩轴同轴设置的电主轴过孔；

进一步，所述间隙调整螺套外通过螺纹连接有用于锁定该间隙调整螺套相对于机架移动的锁紧螺母；

进一步，所述进液口设置于右壳体外圆柱面，出液口设置于右壳体外端面；

进一步，所述扭矩轴与间隙调整螺套之间设有轴承并通过该轴承实现转动配合，该扭矩轴与扭矩传感器之间设有平键并通过该平键与扭矩传感器实现传配合；

进一步，所述扭矩轴设有定位轴肩以及轴挡圈，轴承内圈设置于该定位轴肩与轴挡圈之间；间隙调整螺套内孔设有定位凸环以及轴承端盖，轴承外圈设置于该定位凸环以及轴承端盖之间。

本发明的有益效果是：本发明的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，将电主轴与磁流变液腔内的加载圆盘传动连接后并向电磁变液腔内注入磁流变液，通过磁流变液的流变特性，实现对高速电主轴动态加载，相对于静态实验和空载试验，相比现有利用切削力加载等方式而言，本方案能够更加准确真实的模拟电主轴的实际工作状态，同时成本较低，试验效率较高，为电主轴的设计及优化提出建设性意见。同时可对加载性能进行测量评估，为该加载方式应用于实际提供了理论基础。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的壳体的结构示意图；

图3为本发明的间隙调整螺套的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；如图所示，本实施例的基于磁流变液的高速电主轴4动态加载装置，包括机架9、设置于机架9的扭矩轴7以及与扭矩轴7固定连接的壳体；壳体内设有磁流变液腔以及围绕磁流变液腔设置的励磁线圈5，，磁流变液腔内设有用于与电主轴4传动连接的加载圆盘3，对励磁线圈5通电时，通过磁流变液的流变特性对加载圆盘3加载，将电主轴4与磁流变液腔内的加载圆盘3传动连接后并向电磁变液腔内注入磁流变液，通过磁流变液的流变特性，实现对高速电主轴4动态加载，相对于静态实验和空载试验，本方案能够更加准确真实的模拟电主轴4的实际工作状态，为电主轴4的设计及优化提出建设性意见。同时可对加载性能进行测量评估，为该加载方式应用于实际提供了理论基础。

本实施例中，所述机架9与扭矩轴7之间设有间隙调整螺套11；间隙调整螺套11与机架9通过螺纹配合连接并能进行螺旋传动，且该间隙调整螺套11以轴向固定的方式与扭矩轴7转动配合；加载圆盘3与磁流变液腔两端面之间存在一定间隙，对电主轴4加载时，该间隙内填充有磁流变液，对励磁线圈5通电后，间隙内的磁流变液粘度升高呈现胶状特性，并利用此时高粘度的磁流变液与加载圆盘3之间的相互作用实现对电主轴4进行加载，因此，加载圆盘3与磁流变液端面之间的间隙需要保持在一定距离范围内，当间隙调整螺套11在基座中螺旋滑动时，可带动壳体沿轴向移动，实现磁流变液腔端面与加载圆盘3之间间隙调整。

本实施例中，所述扭矩轴7传动连接有扭矩传感器12且该扭矩传感器12与间隙调整螺套11同轴固定，因此，电主轴4的扭矩将通过扭矩轴7传递到扭矩传感器12，根据牛顿第三定律，加载圆盘3和扭矩轴7之间形成作用力和反作用力，通过测量扭矩轴7的扭矩可得到加载圆盘3的扭矩，从而得到对电主轴4加载的扭矩。

本实施例中，所述壳体包括同轴固定连接的左壳体6和右壳体1；如图2所示，励磁线圈5以及磁流变液腔设置于左壳体6内，右壳体1内设有与磁流变液腔连通的进液口、出液口14以及与扭矩轴7同轴设置的电主轴4过孔，左壳体6与右壳体1通过螺栓固定连接并形成磁流变液腔；加载圆盘3位于磁流变液腔内，同时，电主轴4穿过电主轴4过孔与加载圆盘3固结，励磁线圈5环绕在磁流变液腔外部，对励磁线圈5通电时，通过磁流变液的流变特性对加载圆盘3加载，实现动态加载；磁流变液通过进液孔16进入磁流变液腔内，通过出液孔流出磁流变液腔；通过密封圈17对磁流变液腔形成密封；加工进液孔16时，需要先在右壳体1端面钻出工艺孔15，该工艺孔15通过螺钉密封。

本实施例中，所述间隙调整螺套11外通过螺纹连接有用于锁定该间隙调整螺套11相对于机架9移动的锁紧螺母10，通过旋转间隙调整螺套11可以调节加载圆盘3与磁流变液腔之间的间隙，当调整完毕使加载圆盘3两端的间隙相等后，可旋紧锁紧螺母10将间隙调整螺套11与机架9固定。

本实施例中，所述进液口设置于右壳体1外圆柱面，出液口14设置于右壳体1外端面，因此，采用这种布置形式，注入磁流变液时，可以依靠重力使磁流变液通过进液口流入磁流变液腔内。

本实施例中，所述扭矩轴7与间隙调整螺套11之间设有轴承8并通过该轴承8实现转动配合，如图3所示，该扭矩轴7与扭矩传感器12之间设有平键13并通过该平键13与扭矩传感器12实现传动配合，使电主轴4的扭矩能够通过扭矩轴7传递至扭矩传感器12，保证扭矩测量的准确性。

本实施例中，所述扭矩轴7设有定位轴肩以及轴挡圈19，轴承8内圈设置于该定位轴肩与轴挡圈19之间；间隙调整螺套11内孔设有定位凸环以及轴承8端盖18，轴承8外圈设置于该定位凸环以及轴承8端盖18之间，因此，扭矩轴7通过轴承8与间隙调整螺套11之间实现轴向固定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：包括机架、设置于机架的扭矩轴以及与所述扭矩轴固定连接的壳体；所述壳体内设有磁流变液腔以及围绕磁流变液腔设置的励磁线圈，所述磁流变液腔内设有用于与电主轴传动连接的加载圆盘；所述机架与扭矩轴之间设有间隙调整螺套；所述间隙调整螺套与所述机架通过螺纹配合连接并能进行螺旋传动，且该间隙调整螺套以轴向固定的方式与扭矩轴转动配合。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：所述扭矩轴传动连接有扭矩传感器且该扭矩传感器与间隙调整螺套同轴固定。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：所述壳体包括同轴固定连接的左壳体和右壳体；所述励磁线圈以及磁流变液腔设置于所述左壳体内，所述右壳体内设有与所述磁流变液腔连通的进液口、出液口以及与扭矩轴同轴设置的电主轴过孔。

4.根据权利要求2所述的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：所述间隙调整螺套外通过螺纹连接有用于锁定该间隙调整螺套相对于机架移动的锁紧螺母。

5.根据权利要求3所述的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：所述进液口设置于右壳体外圆柱面，所述出液口设置于右壳体外端面。

6.根据权利要求2所述的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：所述扭矩轴与间隙调整螺套之间设有轴承并通过该轴承实现转动配合，该扭矩轴与扭矩传感器之间设有平键并通过该平键与扭矩传感器实现传动配合。

7.根据权利要求6所述的基于磁流变液的高速电主轴动态加载装置，其特征在于：所述扭矩轴设有定位轴肩以及轴挡圈，所述轴承内圈设置于该定位轴肩与轴挡圈之间；所述间隙调整螺套内孔设有定位凸环以及轴承端盖，所述轴承外圈设置于该定位凸环以及轴承端盖之间。