CN105149621A - 磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴 - Google Patents

磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，包括转轴、前径向动静压集成气体轴承、后径向动静压集成气体轴承、永磁体、前人字螺旋槽、后人字螺旋槽、止推盘、前止推气体轴承、后止推气体轴承、壳体、电机转子、电机定子、后端盖；所述电主轴的转轴前后两端由永磁体和前径向动静压集成气体轴承以及永磁体和后径向动静压集成气体轴承共同支承；所述前径向动静压集成气体轴承上加工有前人字螺旋槽，后径向动静压集成气体轴承上加工有后人字螺旋槽。本发明提出的一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支撑的电主轴，能在高低不同的工况下稳定有效的支承电主轴转子，支承方式无接触、无磨损，将极大提高电主轴寿命。

Description

磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴
技术领域
本发明涉及机电工程领域中的一种应用于数控机床的主轴单元，特别是一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴。
背景技术
随着加工技术的进步，数控机床对电主轴单元的速度和精度要求越来越高。然而滚动轴承摩擦磨损大、寿命短，逐渐不适用于高速工况；液体滑动轴承承载力和刚度都很高，但液体阻尼大，发热量大，所以速度受到限制；而气体轴承以气体作为润滑剂，气体无接触的支承方式使其摩擦与磨损非常小，所以气体轴承具备更高的转速、更好的精度以及更长的寿命，且其润滑材料为气体，易获得，粘度小，无污染，这些优点使得气体轴承成为高速电主轴最理想的轴承支承方式。然而，在低速的工况下，气体轴承无法提供足够大的支承力，利用永磁体的磁悬浮效应能支承更大的负载。同时，永磁体也是一种清洁无污染，支承方式无接触，无磨损。
目前大部分气体轴承支承的电主轴在尺寸方面都比较小，原因是因为气体轴承在低速的工况下无法提供足够大的支承负载，从而使电主轴在启动与停止时由于摩擦而易损坏。目前公开的专利中，电主轴主要采用磁悬浮支承或者动静压集成气体轴承支承，比如专利授权号CN201167264Y的实用新型专利“永磁悬浮电主轴”其支承转子主轴两端的为径向永磁轴承和推力轴承，在高转速下并未使用动静压集成气体轴承，专利授权号CN1528548A的发明专利“工业应用主动磁悬浮机床电主轴”其支承转子主轴的为两个推力磁轴承，专利授权号CN10386459A、CN104014823A的专利，其支承转子主轴的为动静压集成气体轴承，在低转速时，无法形成稳定的润滑气膜，从而存在缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴。
为达到上述目的，本发明的构思是：
采用永磁体与人字槽气体轴承共同支承，利用永磁体的磁悬浮效应克服了普通人字槽气体轴承在低速工况下无法支承负载的问题；在高速工况下，通过利用动压气体轴承的动压效应来支承负载，提高承载力和稳定性。既防止了启动和停止时由于干摩擦造成轴承的磨损，又提高轴承的精度和稳定性，保持电主轴正常工作。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，包括转轴、前径向动静压集成气体轴承、后径向动静压集成气体轴承、永磁体、前人字螺旋槽、后人字螺旋槽、止推盘、前止推气体轴承、后止推气体轴承、壳体、电机转子、电机定子、后端盖；所述电主轴的转轴前后两端由永磁体和前径向动静压集成气体轴承以及永磁体和后径向动静压集成气体轴承共同支承；所述前径向动静压集成气体轴承上加工有前人字螺旋槽，后径向动静压集成气体轴承上加工有后人字螺旋槽；所述止推盘与转轴固定成一体，其前后止推面分别由前止推气体轴承和后止推气体轴承止推；所述电机转子嵌套在转轴上，带动转轴一起转动，其配合为过盈配合；所述电机定子紧固嵌套于壳体上；所述壳体的前后端分别固定连接前径向动静压集成气体轴承和后端盖。
所述前止推气体轴承上加工有前进气口，后止推气体轴承上加工有后进气口，气体通过进气口进入轴承内部，压缩空气来辅助气体轴承形成气膜并将转轴浮起；所述前径向动静压集成气体轴承上加工有径向节流孔，前止推气体轴承上加工有轴向节流孔，用来控制气体的流量，从而调节轴承承载力；所述径向节流孔和轴向节流孔与前止推气体轴承上的前进气口连通；前后止推气体轴承的止推面都加工有阶梯槽，用以形成动压效应来承受电主轴轴向负载；前径向动静压集成气体轴承上加工有前排气孔，后径向动静压集成气体轴承上加工有后排气孔，使气体轴承内部形成稳定压差，从而形成稳定的润滑气膜，支承平稳。
所述壳体上加工有进水口和出水口，壳体内部安装有冷却水槽，用以冷却电机定子；所述壳体还安装了紧固螺钉，用来固定后止推气体轴承。
在前进气口与前径向动静压集成气体轴承的连接处设有前密封圈、中密封圈，以及在后进气口与后径向动静压集成气体轴承的连接处设有后密封圈，防止漏气，以保证整个气体循环的稳定通畅。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性的特点和显著进步：
本发明提出的一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支撑的电主轴，能在高低不同的工况下稳定有效的支承电主轴转子，在低速的工况下，利用永磁体的磁悬浮效应将转轴浮起，高速工况下，利用气体轴承的动压效应将转轴浮起；支承方式无接触、无磨损，将极大提高电主轴寿命；气体作为润滑剂，易获得，无污染，将大大减少企业费用并提高了环保水平。
附图说明
图1是本发明磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴的一个具体实施例结构示意图。
图2是图1中永磁体与前径向动静压集成气体轴承结构图。
图3是图1中前后止推气体轴承结构图。
图4是图1中永磁体与后径向动静压集成气体轴承结构图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
如图1至图4所示，一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，包括转轴1、前径向动静压集成气体轴承2、后径向动静压集成气体轴承16、永磁体3、前人字螺旋槽5、后人字螺旋槽20、止推盘8、前止推气体轴承9、后止推气体轴承11、壳体12、电机转子13、电机定子14、后端盖19；所述电主轴的转轴1前后两端由永磁体3和前径向动静压集成气体轴承2以及永磁体3和后径向动静压集成气体轴承16共同支承；所述前径向动静压集成气体轴承2上加工有前人字螺旋槽5，后径向动静压集成气体轴承16上加工有后人字螺旋槽20；所述止推盘8与转轴1固定成一体，其前后止推面分别由前止推气体轴承9和后止推气体轴承11止推；所述电机转子13嵌套在转轴1上，带动转轴1一起转动，其配合为过盈配合；所述电机定子14紧固嵌套于壳体12上；所述壳体12的前后端分别固定连接前径向动静压集成气体轴承2和后端盖19。
所述前止推气体轴承9上加工有前进气口10，后止推气体轴承11上加工有后进气口18，气体通过进气口进入轴承内部，压缩空气来辅助气体轴承形成气膜并将转轴浮起；所述前径向动静压集成气体轴承2上加工有径向节流孔4，前止推气体轴承9上加工有轴向节流孔7，用来控制气体的流量，从而调节轴承承载力；所述径向节流孔4和轴向节流孔7与前止推气体轴承9上的前进气口10连通；前后止推气体轴承9、11的止推面都加工有阶梯槽23，用以形成动压效应来承受电主轴轴向负载；前径向动静压集成气体轴承2上加工有前排气孔6，后径向动静压集成气体轴承16上加工有后排气孔17，使气体轴承内部形成稳定压差，从而形成稳定的润滑气膜，支承平稳。
所述壳体12上加工有进水口25和出水口26，壳体12内部安装有冷却水槽15，用以冷却电机定子14；所述壳体12还安装了紧固螺钉24，用来固定后止推气体轴承11。
在前进气口10与前径向动静压集成气体轴承2的连接处设有前密封圈21、中密封圈22，以及在后进气口18与后径向动静压集成气体轴承16的连接处设有后密封圈27，防止漏气，以保证真个气体循环的稳定通畅。

Claims (4)

1.一种磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，其特征在于：包括转轴（1）、前径向动静压集成气体轴承（2）、后径向动静压集成气体轴承（16）、永磁体（3）、前人字螺旋槽（5）、后人字螺旋槽（20）、止推盘（8）、前止推气体轴承（9）、后止推气体轴承（11）、壳体（12）、电机转子（13）、电机定子（14）、后端盖（19）；所述电主轴的转轴（1）前后两端由永磁体（3）和前径向动静压集成气体轴承（2）以及永磁体（3）和后径向动静压集成气体轴承（16）共同支承；所述前径向动静压集成气体轴承（2）上加工有前人字螺旋槽（5），后径向动静压集成气体轴承（16）上加工有后人字螺旋槽（20）；所述止推盘（8）与转轴（1）固定成一体，其前后止推面分别由前止推气体轴承（9）和后止推气体轴承（11）止推；所述电机转子（13）嵌套在转轴（1）上，带动转轴（1）一起转动，其配合为过盈配合；所述电机定子（14）紧固嵌套于壳体（12）上；所述壳体（12）的前后端分别固定连接前径向动静压集成气体轴承（2）和后端盖（19）。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，其特征在于：所述前止推气体轴承（9）上加工有前进气口（10），后止推气体轴承（11）上加工有后进气口（18），气体通过进气口进入轴承内部，压缩空气来辅助气体轴承形成气膜并将转轴浮起；所述前径向动静压集成气体轴承（2）上加工有径向节流孔（4），前止推气体轴承（9）上加工有轴向节流孔（7），用来控制气体的流量，从而调节轴承承载力；所述径向节流孔（4）和轴向节流孔（7）与前止推气体轴承（9）上的前进气口（10）连通；前后止推气体轴承（9、11）的止推面都加工有阶梯槽（23），用以形成动压效应来承受电主轴轴向负载；前径向动静压集成气体轴承（2）上加工有前排气孔（6），后径向动静压集成气体轴承（16）上加工有后排气孔（17），使气体轴承内部形成稳定压差，从而形成稳定的润滑气膜，支承平稳。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，其特征在于：所述壳体（12）上加工有进水口（25）和出水口（26），壳体（12）内部安装有冷却水槽（15），用以冷却电机定子（14）；所述壳体（12）还安装了紧固螺钉（24），用来固定后止推气体轴承（11）。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮与人字槽动静压气体混合轴承支承的电主轴，其特征在于：在前进气口（10）与前径向动静压集成气体轴承（2）的连接处设有前密封圈（21）和中密封圈（22），以及在后进气口（18）与后径向动静压集成气体轴承（16）的连接处设有后密封圈（27），防止漏气，以保证整个气体循环的稳定通畅。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105690247A (zh) * 2016-03-15 2016-06-22 钟勇军 一种静压高速电主轴
CN108868911A (zh) * 2018-01-12 2018-11-23 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种发电系统及其控制方法
CN108869558A (zh) * 2018-01-12 2018-11-23 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法
CN108869541A (zh) * 2018-01-12 2018-11-23 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种径向轴承、转子系统及径向轴承的控制方法
CN109058293A (zh) * 2018-08-14 2018-12-21 珠海格力电器股份有限公司 一种转轴轴承结构和电机
CN109322918A (zh) * 2018-11-05 2019-02-12 南京航空航天大学 一种磁悬浮轴承径向保护结构
CN109477487A (zh) * 2016-07-25 2019-03-15 大金应用美国股份有限公司 离心压缩机和用于离心压缩机的磁轴承备用系统
CN110732687A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 东北林业大学 一种微槽孔动静压气浮主轴
CN110848254A (zh) * 2019-11-22 2020-02-28 北京理工大学 一种磁气复合式磁悬浮气足
CN111734740A (zh) * 2020-05-13 2020-10-02 山东华东风机有限公司 径向磁气组合轴承装置
CN111843526A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 湖南中大创远数控装备有限公司 一种主轴机构及机床
CN112039305A (zh) * 2020-10-10 2020-12-04 珠海格力电器股份有限公司 电机及其运行方法
CN112211831A (zh) * 2020-11-03 2021-01-12 潍坊翔云动力科技有限公司 空气悬浮高速离心压缩机
CN113803914A (zh) * 2020-05-27 2021-12-17 青岛海尔空调电子有限公司 用于静压气悬浮压缩机的供气装置及空调器
CN114571362A (zh) * 2022-02-10 2022-06-03 北京工业大学 一种应用于晶圆减薄抛光的永磁传动式气浮主轴
CN114679002A (zh) * 2022-01-21 2022-06-28 扬州大学 一种径向-止推动压浮环和磁悬浮支承电主轴系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60249724A (ja) * 1984-05-22 1985-12-10 Ntn Toyo Bearing Co Ltd 静圧気体軸受装置
EP0860232B1 (en) * 1996-12-31 2003-06-18 The Ingersoll Milling Machine Company High speed hydrostatic spindle
CN101304195A (zh) * 2008-07-01 2008-11-12 上海大学 多种类型轴承混合支承的超精密电主轴
CN202555839U (zh) * 2012-04-24 2012-11-28 南京师范大学 一种新型气体磁轴承电主轴
CN102794468A (zh) * 2012-08-31 2012-11-28 绍兴文理学院 一种高速电主轴
CN103846459A (zh) * 2014-02-25 2014-06-11 上海大学 一种动静压集成气体轴承支承的电主轴
CN104014823A (zh) * 2014-06-24 2014-09-03 上海大学 一种双向人字槽动静压集成气体轴承支承的电主轴

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60249724A (ja) * 1984-05-22 1985-12-10 Ntn Toyo Bearing Co Ltd 静圧気体軸受装置
EP0860232B1 (en) * 1996-12-31 2003-06-18 The Ingersoll Milling Machine Company High speed hydrostatic spindle
CN101304195A (zh) * 2008-07-01 2008-11-12 上海大学 多种类型轴承混合支承的超精密电主轴
CN202555839U (zh) * 2012-04-24 2012-11-28 南京师范大学 一种新型气体磁轴承电主轴
CN102794468A (zh) * 2012-08-31 2012-11-28 绍兴文理学院 一种高速电主轴
CN103846459A (zh) * 2014-02-25 2014-06-11 上海大学 一种动静压集成气体轴承支承的电主轴
CN104014823A (zh) * 2014-06-24 2014-09-03 上海大学 一种双向人字槽动静压集成气体轴承支承的电主轴

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105690247A (zh) * 2016-03-15 2016-06-22 钟勇军 一种静压高速电主轴
CN109477487A (zh) * 2016-07-25 2019-03-15 大金应用美国股份有限公司 离心压缩机和用于离心压缩机的磁轴承备用系统
CN108869541A (zh) * 2018-01-12 2018-11-23 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种径向轴承、转子系统及径向轴承的控制方法
CN108869558A (zh) * 2018-01-12 2018-11-23 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法
CN108868911A (zh) * 2018-01-12 2018-11-23 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种发电系统及其控制方法
CN108869541B (zh) * 2018-01-12 2024-04-02 刘慕华 一种径向轴承、转子系统及径向轴承的控制方法
CN108869558B (zh) * 2018-01-12 2024-04-02 刘慕华 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法
CN108868911B (zh) * 2018-01-12 2024-03-19 刘慕华 一种发电系统及其控制方法
CN110732687A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 东北林业大学 一种微槽孔动静压气浮主轴
CN109058293A (zh) * 2018-08-14 2018-12-21 珠海格力电器股份有限公司 一种转轴轴承结构和电机
CN109322918A (zh) * 2018-11-05 2019-02-12 南京航空航天大学 一种磁悬浮轴承径向保护结构
CN110848254A (zh) * 2019-11-22 2020-02-28 北京理工大学 一种磁气复合式磁悬浮气足
CN111734740A (zh) * 2020-05-13 2020-10-02 山东华东风机有限公司 径向磁气组合轴承装置
CN113803914B (zh) * 2020-05-27 2023-09-26 青岛海尔空调电子有限公司 用于静压气悬浮压缩机的供气装置及空调器
CN113803914A (zh) * 2020-05-27 2021-12-17 青岛海尔空调电子有限公司 用于静压气悬浮压缩机的供气装置及空调器
CN111843526A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 湖南中大创远数控装备有限公司 一种主轴机构及机床
CN112039305A (zh) * 2020-10-10 2020-12-04 珠海格力电器股份有限公司 电机及其运行方法
CN112211831A (zh) * 2020-11-03 2021-01-12 潍坊翔云动力科技有限公司 空气悬浮高速离心压缩机
CN114679002A (zh) * 2022-01-21 2022-06-28 扬州大学 一种径向-止推动压浮环和磁悬浮支承电主轴系统
CN114679002B (zh) * 2022-01-21 2025-03-11 扬州大学 一种径向-止推动压浮环和磁悬浮支承电主轴系统
CN114571362B (zh) * 2022-02-10 2024-03-15 北京工业大学 一种应用于晶圆减薄抛光的永磁传动式气浮主轴
CN114571362A (zh) * 2022-02-10 2022-06-03 北京工业大学 一种应用于晶圆减薄抛光的永磁传动式气浮主轴

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