CN104889424A - 一种具有转矩放大功能的电主轴 - Google Patents

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李松生
罗士锋
沈远
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

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Abstract

本发明涉及机械加工与电主轴技术领域，具体涉及一种具有转矩放大功能的电主轴。它包括电主轴壳体、电机定子、电机转子和转轴；其特征在于：在所述电主轴壳体内，所述电机转子的一端联接一个行星轮系变速机构：电机转子联接中心轮，中心轮与行星轮啮合，行星轮安装在转盘上，转盘连接转轴，构成一个电机转子——中心轮——行星轮——转盘——转轴传动链，使得电主轴内装电机转子传递到转轴上的转速降低，而放大转矩，中心轮与转盘的传动比即为转矩放大倍数。与传统电主轴相比，本发明电主轴内置了行星轮系机构，在行星轮系作用下，使电主轴转轴输出端的转速降低、转矩增大，从而可以使电主轴在较小的体积下能够输出加大的转矩，满足低速粗加工的需要。

Description

一种具有转矩放大功能的电主轴
技术领域
本发明涉及机械加工与电主轴技术领域，具体涉及一种具有力矩放大功能的电主轴。
背景技术
电主轴作为一套独立完整的功能部件，是高速电动机和精密主轴的有机结合体，随着高速机床的迅猛发展和技术进步以及市场的需求，电主轴以其优良的品质在更多领域内得到广泛应用。其发展趋势一方面向高、超高速、大功率方向发展；另一方面向低速大扭矩方向发展。即要求电主轴在工作过程中，不仅能够实现较高转速，而且能够在低速段输出较大转矩。现有电主轴仅在电力变速的基础上难以实现低速大扭矩，并且大扭矩电主轴通常体积巨大，明显降低了电主轴结构紧凑，重量轻的优点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有力矩放大功能的电主轴，旨在解决现有电主轴难以满足低速大扭矩的实际要求。
为解决此问题本发明的构思是：
本发明的具有转矩放大功能的电主轴是在传统电主轴基础上内置行星轮系变速机构；具体在于，电主轴内装电机的转子带动中心轮同步转动，在中心轮和壳体上齿圈的共同作用下，行星轮绕中心轮转动，行星轮通过连接轴带动转盘转动，转盘带动与之固联的转轴一起同步转动，从而形成电机转子——中心轮——行星轮——转盘——转轴等组成的一个完整的传动链，使得电主轴内装电机转子传递到转轴上的转速降低，中心轮与转盘的传动比即为转矩放大倍数。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种具有转矩放大功能的电主轴，包括电主轴壳体、电机定子、电机转子和转轴；其特征在于：在所述电主轴壳体内，所述电机转子的一端联接一个行星轮系变速机构：电机转子联接中心轮，中心轮与行星轮啮合，行星轮安装在转盘上，转盘连接转轴，构成一个电机转子——中心轮——行星轮——转盘——转轴传动链，使得电主轴内装电机转子传递到转轴上的转速降低，而放大转矩，中心轮与转盘的传动比即为转矩放大倍数。
所述电主轴内装电机的转子由两个独立的支承轴承支承在转轴上，电机转子与转轴之间有径向间隙，从而电机转子与转轴可相对转动；电机转子与行星轮系机构的中心轮相固联，使中心轮与电机转子同步转动。
所述转盘起行星轮系中行星轮架的作用，通过连接装置固定在转轴上，带动转轴同步转动，从而将电机转子的转动变速后传递到转轴上进行输出。
    本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和技术进步：所述电主轴改变了传统电主轴传动方式，在电主轴电力变速的基础上加入行星轮系变速机构，在较小的空间里能够实现转矩放大，从而使电主轴能够满足实际工程低速大扭矩加工的要求。
附图说明
图1为一种具有转矩放大功能的电主轴的剖面示意图。
图2为一种具有转矩放大功能的电主轴的局部放大图。
图3为行星轮系变速机构的结构原理图。
具体实施方法
下面结合附图，对本发明的优选实施加以详细说明。
实施例一：
参见图1和图2，本具有转矩放大功能的电主轴，包括电主轴壳体、电机定子、电机转子和转轴；其特征在于：在所述电主轴壳体内，所述电机转子的一端联接一个行星轮系变速机构：电机转子联接中心轮，中心轮与行星轮啮合，行星轮安装在转盘上，转盘连接转轴，构成一个电机转子——中心轮——行星轮——转盘——转轴传动链，使得电主轴内装电机转子传递到转轴上的转速降低，而放大转矩，中心轮与转盘的传动比即为转矩放大倍数。
实施例二：
如图1所示，本具有转矩放大功能的电主轴，转轴1通过前支撑轴承和后支撑轴承支承于电主轴内部；后轴承安装于轴承座13内，由后螺帽14锁紧；电机转子3由轴承2和轴承7支承在转轴1上，电机转子3与转轴1之间有径向间隙，使得电机转子3与转轴1可相对转动；电机转子3由电机定子4驱动，电机定子4安装在内水套6内；内水套6装于电主轴壳体5内；内水套6上加工有冷却螺旋水道，在主要热源主轴电机部分增设了水冷结构，能够有效降低电机温度；中心轮8与电机转子3固联，与电机转子3一起转动，行星轮9在中心轮8和壳体5上齿圈的作用下绕转轴1转动，行星轮9与连接轴10间设有轴承，用于承受行星轮9与连接轴10之间的转速差；转盘11与行星轮9通过连接轴10相连接，转盘11与转轴1通过圆锥形渐开线花键固定，更好的承受较大的扭矩，转盘11由螺帽12压紧在转轴1上，从而避免了转盘11轴向移动，转盘11与转轴1固联在一起，带动转轴1一起同步转动。
实施例三：
    参见图3，计算输出转矩变化倍数方法如下：
其中：
     为中心轮转速，即电机转子转速；
     为中心轮齿数；
     分别为壳体齿圈转速和齿数；
     为转盘转速，即电主轴转轴输出转速；
      Z2为行星轮齿数。
    在不考虑传动效率的情况下，输出转矩=输入转矩×传动比。

Claims (3)

1.一种具有转矩放大功能的电主轴，包括电主轴壳体（5）、电机定子（4）、电机转子（3）和转轴（1）；其特征在于：在所述电主轴壳体（5）内，所述电机转子（3）的一端联接一个行星轮系变速机构：电机转子（3）联接中心轮（8），中心轮（8）与行星轮（9）啮合，行星轮（9）安装在转盘（11）上，转盘（11）连接转轴（1），构成一个电机转子（3）——中心轮（8)——行星轮（9）——转盘（11）——转轴（1）传动链，使得电主轴内装电机转子（3）传递到转轴上的转速降低，而放大转矩，中心轮与转盘的传动比即为转矩放大倍数。
2.根据权利要求1所述的具有转矩放大功能的电主轴，其特征在于：所述电机转子（3）由两个支承轴承（2、7）支承在转轴（1）上，电机转子（3）与转轴（1）之间有径向间隙，从而电机转子（3）与转轴（1）可相对转动；电机转子（3）与行星轮系机构的中心轮（8）相固联，使中心轮（8）与电机转子（3）同步转动。
3.根据权利要求1所述的具有转矩放大功能的电主轴，其特征在于：所述转盘（11）起行星轮系中行星轮架的作用，固定连接在转轴（1）上，带动转轴（1）同步转动，从而将电机转子（3）的转动变速后传递到转轴（1）上，获得放大后的输出转矩。
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