CN106112022B - 一种带有复合轴承的高速电主轴 - Google Patents

一种带有复合轴承的高速电主轴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有复合轴承的高速电主轴，包括密封端盖，外层密封环，内层密封环，特殊材质密封环，轴承座，复合轴承，密封环，键，电主轴外壳，电主轴线圈，转子，所述电主轴线圈置于电主轴外壳的内部，所述转子安装在电主轴外壳内，所述复合轴承安装在轴承座内，两者时间设置有特殊材质密封环，所述轴承座通过键定位在电主轴外壳的两侧，并且满足同心要求，复合轴承与转子之间设置有密封环，所述轴承座和转子之间设置有内层密封环，所述密封端盖与轴承座固定，其与转子之间设置有外层密封环。本发明大大提高轴的绝对转速，减少润滑液热量的产生，使得轴承的润滑效果得到改善，密封环的磨损大大减小。本密封装置采用双层密封，密封效果良好。

Description

一种带有复合轴承的高速电主轴
技术领域
本发明涉及精密加工领域，具体涉及一种带有复合轴承的高速电主轴。
背景技术
高速电主轴是高速机床的核心部件，它将机床主轴与变频电机轴合二为一，即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件内部，也被称为内装式电主轴，其间不再使用皮带或齿轮传动副，从而实现机床主轴系统的零传动。其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并改善了机床的动平衡，避免振动和噪声，在超高速机床中得到了广泛应用。
电主轴主要采用动静压轴承、角接触球轴承、磁悬浮轴承，动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，大幅度提高效率，寿命大多无限长，应用广泛。
内装滚动轴承的电主轴，由于电主轴跟轴承是固体接触，所以特别是在高速，重载的情况下极易造成滚动轴承的破损，导致电主轴的工作性能下降，最终导致电主轴破坏不能达到工作需求。特别是一些高精度轴承损坏以后不方便进行拆卸，因为在拆卸的过程中极易造成电主轴的精度严重下降，极有可能造成报废整个电主轴。
动静压轴承需要液压系统进行供油，为了保证润滑油不泄露，需要进行密封，造成泄露的原因是因为密封部位内外两侧的压力差使液体流动。如果泄露的油侵入电机定子和电机转子，容易造成腐蚀和绝缘损坏。由于转子转速高，因此需要有效的密封防止润滑油的泄露。
另外就是动静压轴承在使用的过程中由于相对高速的原因(在轴与动压油液之间)，使得油液的摩擦生热急剧加大，当达到一定转速的时候极有可能超过油液的闪点，从而使得油液变黑，影响润滑液的动粘度，从而严重影响性能，可能会导致事故的发生。
发明内容
本发明的目的在于解决高速电主轴中，解决电主轴高速高压工况下，轴承润滑不良及发热的问题，提供一种带有复合轴承的高速电主轴。
为了达到上述目的，本发明采用主要下述技术方案：
一种带有复合轴承的高速电主轴，包括密封端盖，外层密封环，内层密封环，第一密封环，轴承座，复合轴承，第二密封环，键，电主轴外壳，电主轴线圈，转子，所述电主轴线圈置于电主轴外壳的内部，所述转子安装在电主轴外壳内，所述复合轴承安装在轴承座内，两者之间设置有第一密封环，所述轴承座通过键定位在电主轴外壳的两侧，并且满足同心要求，复合轴承与转子之间设置有密封环，所述轴承座和转子之间设置有内层密封环，所述密封端盖与轴承座固定，其与转子之间设置有外层密封环。
所述外层密封环为两个A字形的橡胶密封圈组成，采用过盈配合，是接触式密封。
所述内层密封环为两个橡胶密封圈组成，之间有波浪形的间隙，两层密封圈的缝隙很小，但是又使得彼此不接触，采用间隙配合，是曲路密封，可承受一定的冲击载荷。
所述轴承座上设有进油口和回油口，进油口是位于电主轴上方竖直的孔，回油口是位于电主轴下端的竖直的孔。通过液压系统给轴承进行供油和回油。
所述复合轴承为滚动轴承与动静压轴承结合的一种新型复合轴承。复合轴承内圈为动静压轴承，复合轴承外圈为滚动轴承，之间有滚针滚子。相对于传统的滚动轴承，复合轴承内圈的转速不会和转子一样，会大大降低，同时复合轴承内圈转动带动滚针滚子转动，速度会相对普通滚动轴承的滚针更低，减少了磨损。而且复合轴承内圈与转子之间有润滑油，大大减小了磨损。而相对于普通的滑动轴承与滚动轴承，精度更高，寿命更长。
复合轴承内圈如滚动轴承内圈一样随转子转动，不同的是复合轴承内圈通过液压系统供油，所述复合轴承内圈在端面有一个环形凹槽，与进油口联通，使得润滑油能从静止的轴承座进入转动的内圈。通过液压系统的供油，润滑油从进油口进入，在复合轴承内圈与转子之间形成了一层静压油膜，对高速转子提供了支撑，同时通过润滑油的进入和流出，起到了冷却的作用。
为了避免复合轴承内圈与转子轴向有载荷，影响复合轴承内圈的转动，在轴承座外侧与复合轴承内圈没有直接接触，留了一个很小的间隙。在复合轴承与转子轴肩接触的地方，设置了一个特殊材质的密封环，这种密封圈的表面粗糙度很小，起到不影响轴承内圈转动，同时又起到密封的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下实质性特点和优点：
本发明大大提高轴的绝对转速，减少润滑液热量的产生，使得轴承的润滑效果得到改善，密封环的磨损大大减小。本密封装置采用双层密封，密封效果良好。
附图说明
图1是本发明的电主轴系统图。
图2是本发明的电主轴视图。
图3是本发明的复合轴承视图。
图4是本发明是内层密封环的视图。
图5是本发明的外层密封环的视图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述：
参见图1到图5，一种带有复合轴承的高速电主轴，包括密封端盖1，外层密封环2，内层密封环3，第一密封环4，轴承座5，复合轴承6，第二密封环7，键8，电主轴外壳9，电主轴线圈10，转子11，所述电主轴线圈10置于电主轴外壳9的内部，所述转子11安装在电主轴外壳9内，所述复合轴承6安装在轴承座5内，两者之间设置有第一密封环4，所述轴承座5通过键8定位在电主轴外壳9的两侧，并且满足同心要求，复合轴承6与转子11之间设置有第二密封环7，所述轴承座5和转子11之间设置有内层密封环3，所述密封端盖1与轴承座5固定，其与转子11之间设置有外层密封环2。
所述外层密封环2为两个A字形的橡胶密封圈组成，采用过盈配合，是接触式密封。
所述内层密封环3为两个橡胶密封圈组成，之间有波浪形的间隙，两层密封圈的缝隙很小，但是又使得彼此不接触，采用间隙配合，是曲路密封，可承受一定的冲击载荷。
所述轴承座5上设有进油口51和回油口52，所述进油口51位于电主轴上方竖直的孔，回油口52是位于电主轴下端的竖直的孔，通过液压系统给复合轴承6进行供油和回油。
所述复合轴承6为滚动轴承与动静压轴承结合的一种新型复合轴承；复合轴承内圈63为动静压轴承，复合轴承外圈61为滚动轴承，之间有滚针滚子62，所述复合轴承内圈63随转子11所带动的油膜转动，继而带动滚针滚子62转动，所述复合轴承内圈63在端面有一个环形凹槽，与进油口51联通，使得润滑油能从静止的轴承座5进入转动的复合轴承内圈63，在复合轴承内圈63与转子11之间形成一层静压油膜，对转子11提供了支撑，同时通过润滑油的进入和流出，起到了冷却的作用。
在轴承座外侧与复合轴承内圈63没有直接接触，留了一个很小的间隙。在复合轴承6与转子11轴肩接触的地方，设置了一个第二密封环7，这种密封圈的表面粗糙度很小，起到不影响复合轴承内圈63转动，同时又起到密封的作用。
本发明的工作过程如下：
整个系统主要是由供油系统、供电系统和高速电主轴组成。如图1所示，打开电机按钮，润滑油由油泵从油箱流出，先经过一个单项阀，然后经过粗滤器流入进油口51，通过进油口51进入到轴承座5，然后进入到复合轴承内圈63端面的环形凹槽，油液充满环形凹槽以后开始进入到复合轴承内圈63的小孔内，此时的油液是有一定的压力的，由于转子11在圆周不同的方向承载力不同，有部分轴面会被先顶起来，但是这时的小孔起到了节流的作用，可以使得未被顶起来的轴面继续加压以致顶起。打开变频器，调节频率，给电主轴系统供电，转子11开始转动。在转子11转动后，由于旋转的转子11和复合轴承内圈63之间内部楔形结构的作用，使得油液形成动压效应，转子11会带动油液产生一个阶梯型的速度，此时油液便会带动复合轴承内圈63转动，因为复合轴承内圈63是与滚针滚子62接触的，而且周围的阻力很小，所以会转动起来，并带动滚针滚子62转动。随着转子11的绝对速度不断提升，油液带动复合轴承内圈63也不断加速起来。此时在复合轴承内圈63和转子11的速度梯度差就会相应的减小很多。彼此相对速度越小就会极大的减小摩擦和发热。由于第二密封环7的存在，最后油液会向外流入到轴承座5的内腔，然后大部分的油液会通过回油口52流走。还有小部分的油液就会随着轴承座5和转子11之间的间隙流走，这时由于内层密封环3的作用，封住了部分油液。最后流出轴承座5的极少部分油液因为有在密封端盖1上的外层密封环2，不会流出电主轴，实现了双层的泄露保护，保证油液不泄露。

Claims (4)

1.一种带有复合轴承的高速电主轴，其特征在于，包括密封端盖(1)，外层密封环(2)，内层密封环(3)，第一密封环(4)，轴承座(5)，复合轴承(6)，第二密封环(7)，键(8)，电主轴外壳(9)，电主轴线圈(10)，转子(11)，所述电主轴线圈(10)置于电主轴外壳(9)的内部，所述转子(11)安装在电主轴外壳(9)内，所述复合轴承(6)安装在轴承座(5)内，两者之间设置有第一密封环(4)，所述轴承座(5)通过键(8)定位在电主轴外壳(9)的两侧，并且满足同心要求，复合轴承(6)与转子(11)之间设置有第二密封环(7)，所述轴承座(5)和转子(11)之间设置有内层密封环(3)，所述密封端盖(1)与轴承座(5)固定，其与转子(11)之间设置有外层密封环(2)；所述复合轴承(6)为滚动轴承与动静压轴承结合的一种复合轴承；复合轴承内圈(63)为动静压轴承，复合轴承外圈(61)为滚动轴承，之间有滚针滚子(62)，所述复合轴承内圈(63)随转子(11)所带动的油膜转动，继而带动滚针滚子(62)转动，所述复合轴承内圈(63)在端面有一个环形凹槽，与进油口(51)联通，使得润滑油能从静止的轴承座(5)进入转动的复合轴承内圈(63)，在复合轴承内圈(63)与转子(11)之间形成一层静压油膜，对转子(11)提供了支撑，同时通过润滑油的进入和流出，起到了冷却的作用；
利用带有复合轴承的高速电主轴时，打开电机按钮，润滑油由油泵从油箱流出，先经过一个单项阀，然后经过粗滤器流入进油口(51)，通过进油口(51)进入到轴承座(5)，然后进入到复合轴承内圈(63)端面的环形凹槽，油液充满环形凹槽以后开始进入到复合轴承内圈(63)的小孔内，由于转子(11)在圆周不同的方向承载力不同，有部分轴面会被先顶起来，但是这时的小孔起到了节流的作用，使得未被顶起来的轴面继续加压以致顶起；打开变频器，调节频率，给电主轴系统供电，转子(11)开始转动；在转子(11)转动后，由于旋转的转子(11)和复合轴承内圈(63)之间内部楔形结构的作用，使得油液形成动压效应，转子(11)带动油液产生一个阶梯型的速度，此时油液便会带动复合轴承内圈(63)转动，因为复合轴承内圈(63)是与滚针滚子(62)接触的，而且周围的阻力很小，所以会转动起来，并带动滚针滚子(62)转动；随着转子(11)的绝对速度不断提升，油液带动复合轴承内圈(63)也不断加速；此时在复合轴承内圈(63)和转子(11)的速度梯度差就会相应的减小，减小摩擦和发热；由于第二密封环(7)的存在，最后油液会向外流入到轴承座(5)的内腔，然后大部分的油液会通过回油口(52)流走；另外还有部分的油液就会随着轴承座(5)和转子(11)之间的间隙流走，这时由于内层密封环(3)的作用，封住了部分油液。
2.根据权利要求1所述的带有复合轴承的高速电主轴，其特征在于，所述外层密封环(2)为两个A字形的橡胶密封圈组成，采用过盈配合，是接触式密封。
3.根据权利要求1所述的带有复合轴承的高速电主轴，其特征在于，所述内层密封环(3)为两个橡胶密封圈组成，之间有波浪形的间隙，采用间隙配合，是曲路密封。
4.根据权利要求1所述的带有复合轴承的高速电主轴，其特征在于，所述轴承座(5)上设有进油口(51)和回油口(52)，所述进油口(51)位于电主轴上方竖直的孔，回油口(52)是位于电主轴下端的竖直的孔，通过液压系统给复合轴承(6)进行供油和回油。
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