一种双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴
技术领域
本发明属于搅拌摩擦焊设备技术领域,涉及一种双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴。
背景技术
搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术,作为先进的固态连接技术,正在广泛应用于低熔点合金构件的连接制造,作为自动焊接设备中最为主要的功能部件主轴,以往多采用皮带驱动、机械驱动或部分采用变频器驱动的主轴,采用滚动轴承,主轴振动大,压入构件的压力偏小,转轴承受较大负荷,造成转轴易变形弯曲,影响焊接主轴的温升,轴承损坏,主轴精度降低,造成主轴寿命较短,可靠性不高,同时,由于搅拌摩擦焊是固态焊接,主轴需要较大的功率,驱动搅拌针插入焊接构件,同时,在立式搅拌摩擦焊接过程中,主轴作为主要的功能部件,受主轴自身重力和工作时受力状态,主轴的轴肩和动静压轴承端面容易摩擦,造成主轴包轴的故障,其次,立式动静压电主轴的液压油循环引起的防泄露问题是主要的存在问题,否则定转子部件进油造成电主轴故障,这也是动静压主轴设计加工存在的难点,同时,动静压主轴的功率较大,内部结构复杂,带来定转子部件的外形尺寸及重量大,造成生产加工不便出现故障后,维修拆卸后精度降低,难以恢复。
发明内容
针对现有摩擦焊动静压主轴技术存在的缺陷和问题,提供一种双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴,采用变频器驱动,用动静压液体轴承取代滚动轴承,振动小,寿命长,法兰和动静压液体轴承座端面均设置为油腔的双向止推结构和压力调试结构,主轴承受轴向双向力大,压入深度大,采用活动定转子结构,转子和转轴配合、后轴承座与壳体配合设置为锥度配合,主轴生产安装,维修拆卸方便,精度保持性好,主轴设置合理的回油结构和防泄露结构,并采用镀陶瓷工艺,解决液压油密封及泄露问题,寿命延长。
本发明所采用的技术方案:一种双向止推立式搅拌摩擦焊动静压电主轴,包括转子轴1、法兰4、上轴承座6、壳体10、定子部件11、转子部件13,定子套12安装在壳体10内的中部,定子套12内壁固定安装有定子部件11,所述转子部件13内壁固定安装转子套9,所述的转子套9内孔设置为锥度结构并与转轴1中部设置的锥度面1-1相配合,转子轴1中部设置的锥度面1-1呈向下直径变小的锥度,转子套9由下端由安装在转子轴1上的锁紧螺母14进行下端固定,用于转子套从下端拆卸,方便转子轴从上端抽出,壳体10的上部设置上轴承座6,壳体10下端设置下轴承座17,上轴承座6设置的径向推力油腔一、下轴承座17设置的径向推力油腔二与径向推力油道连通,用于转子轴的上部、下部径向支撑,所述的壳体10中部外壁上设置有轴向推力油道,轴向推力油道与壳体上端固定法兰4下端面设置的四个扇形油腔二108连通,轴向推力油道还同时与上轴承座6上端面设置的四个扇形的油腔一110连通,所述的转子轴1上部设置有轴环1-2,所述的扇形油腔一110、扇形油腔二108沿圆周方向均布,扇形油腔一110、扇形油腔二108位置上下对应设置,轴环1-2设置于扇形油腔一110、扇形油腔二108之间,用于转子轴的双向的轴向支撑;
所述的四个扇形油腔二108之间均开设有沿径向的卸油槽二109、四个扇形油腔一110之间均开设有沿径向的卸油槽一114,所述的上轴承座6与法兰4之间设置有隔圈5,隔圈5上开设有缺口5-1,卸油槽二109、卸油槽一114外侧延伸至轴环1-2的外圆外侧,缺口5-1与卸荷油路连通,上轴承座6内孔圆周均布的四个径向推力油腔一之间均设置有卸油槽三117,下轴承座17内孔的圆周均布的径向四个推力油腔二之间均设置有卸油槽四,所述的卸油槽三117、卸油槽四与卸荷油路连通。
所述的四个扇形油腔二108均设置有连通至法兰4外壁的测压油孔二,测压油孔二内安装有油压传感器,所述的上轴承座6上端面设置的四个扇形的油腔一110均设置有连通至上轴承座6外壁的测压油孔一,测压油孔一内安装有油压传感器。
所述的轴向推力油道的结构为:壳体10上设置的进油口一101与壳体10上竖直设置的推力油道一102下端连通,推力油道一102上端与上轴承座6上水平设置的推力油道二103的中部连通,推力油道二103的沿圆周外侧方向用丝堵封死,推力油道二103沿圆周内侧方向与上轴承座6上设置的轴承内衬6-2的推力油道三112连通,推力油道三112沿着水平方向设置,推力油道三112圆周方向外侧设置有环形槽113,所述的上轴承座6包括轴承体6-1、轴承内衬6-2,轴承体6-1内侧过盈安装轴承内衬6-2,推力油道三112沿圆周方向内侧与轴承内衬6-2上的推力油道四111连通,推力油道四111沿竖直方向设置,轴承内衬6-2上端面设置所述的扇形的油腔一110,所述的推力油道四111上端与扇形油腔一110连通,用于为转子轴1上端设置的轴肩1-2的提供向上的轴向推力,所述的推力油道二103、推力油道三112、推力油道四111、扇形油腔一110均为在轴承内衬6-2的圆周方向四个均布设置,所述的环形槽112与四个推力油道三112的圆周外侧方向连通,实现为四个扇形油腔一110供油,所述的上轴承座6上设置的推力油道五104下端与推力油道二103连通,推力油道二103另一端与隔圈5上竖直设置的推力油道六105连通,推力油道六105另一端与法兰4上水平设置的推力油道七107连通,推力油道七107沿圆周方向外侧被封堵,推力油道七107沿圆周方向的内侧与竖直设置的推力油道八106上端连通,推力油道八106下端与法兰上设置的扇形油腔二108连通,所述的推力油道六105、推力油道七107、推力油道八106为沿转子轴1圆周方向四个均布设置,用以实现提供对转子轴1向下的推力。
所述的径向推力油道的结构为:壳体10上设置的进油口二302与竖直设置的径向油道一301的中部连通,径向油道一301的上端与上轴承座6上水平设置的径向油道二303的外侧连通,径向油道二303的外侧设置有圆周方向的环形供油槽一,径向油道二303的内侧与轴承内衬6-2的径向推力油腔一连通,径向推力油腔一沿竖直方向设置,所述的径向油道二303、径向推力油腔均为四个,且沿圆周方向均匀布置,径向油道二303的的环形供油槽一与四个径向油道二303的外侧连通,用于提供上轴承座6内孔四个方向的对转子轴1上部的径向推力,所述的径向油道一301的下端与下轴承座17上水平设置的径向油道三304的外侧连通,径向油道三304内侧与下轴承座17内孔设置的径向推力油腔二连通,径向推力油腔二沿竖直方向设置,所述的下轴承座二与上轴承座采用的同样径向推力油路的结构,径向油道三304同样设置有环形供油槽二,径向油道三304、径向油腔二均为四个,且沿圆周方向均匀布置,径向油道三304的的环形供油槽二与四个径向油道三304的连通,用于提供上轴承座6内孔四个方向的对转子轴1下部的径向推力。
所述的卸荷油道的结构为:所述的下轴承座17下端设置有卸荷油口201,卸荷油口201通过下轴承座17竖直设置的卸荷油道六203与下轴承座17上、下两部分别设置的卸荷油道一204、卸荷油道二202连通,所述的下轴承座17内孔的径向油腔二之间均设置有卸油槽四,卸油槽四沿竖直方向设置,卸油槽四的上下两端分别与荷油道一204、卸荷油道二202连通,用于下轴承座17卸油,所述的卸荷油道二202的外侧与壳体10上竖直设置的卸荷油道三207连通,卸荷油道三207的上端与上轴承座6上水平设置的卸荷油道四205连通,所述的径向推力油腔一之间均设置有卸油槽三117,卸油槽三117与轴承内衬6-2下端设置的环形卸油腔连通,环形卸油腔与卸荷油道四205连通,实现上轴承座6的径向推力部分的卸油,所述的卸荷油道三207上端与壳体10和上轴承座6开设的卸荷油道五206连通,卸荷油道五206与隔圈5上的缺口5-1连通。
所述的法兰4的设置的扇形油腔二108均设置有连通至壳体10外壁的测压油孔二,测压油孔二内安装有油压传感器。
所述的上轴承座6下端表面固定上轴承密封圈7,所述的法兰4的上端面固定安装法兰密封圈3,下轴承座17上下端分别固定下轴承座上密封圈16、下轴承座下密封圈18。
所述的所述下轴承座17上部设置为锥度,与壳体10下端内孔锥度配合,用于提高下轴承座17与壳体10配合的同轴度,同时方便下轴承座17的拆卸。
所述转子轴1的上端设置有台阶孔,在台阶孔的周围设置有均布的螺纹孔,用以配合安装搅拌头。
本发明的有益效果是:
1.结构布局合理,功率大,轴承寿命长,可靠性高;
2. 端盖和动静压液体轴承端面设置为油腔的双向止推结构,主轴双向受力大,压入深度大;
3.采用活动定转子结构,主轴生产安装拆卸方便;
4.主轴立式安装,防泄漏,密封效果好;
5.采用镀陶瓷工艺,主轴寿命长。
附图说明
图1为双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴的剖面结构示意图。
图2为双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴的剖面上部分示意图。
图3为双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴的剖面下部分示意图。
图4为电主轴上轴承座的结构图。
图5为电主轴法兰的结构图。
图6为电主轴隔圈的结构图。
图中附图标记1-转子轴,2-法兰压片,3-法兰密封圈,4--法兰,5-隔圈,6-上轴承座,7-上轴承座密封圈,8-上轴承座压片,9-转子套,10-壳体,11-定子部分,12-定子套,13-转子部件,14-锁紧螺母,15-下轴承座上压片,16-下轴承座上密封圈,17-下轴承座,18-下轴承座下密封圈,19-下轴承。
具体实施方式
下面结合图1-6,并通过具体的实施方式对本发明的一种双向止推立式防泄漏搅拌摩擦焊动静压大功率电主轴详细说明。
技术方案:一种双向止推立式搅拌摩擦焊动静压电主轴,包括转子轴1、法兰压片2、法兰密封圈3、法兰4,隔圈5、上轴承座6、上轴承密封圈7、上轴承座压片8、转子套9、壳体10、定子部件11、定子套12、转子部件13、锁紧螺母14、下轴承座上压片15、下轴承座上密封圈16、下轴承座17、下轴承座下密封圈18、下轴承座下压片19。
所述定子套12安装在壳体10内的中部,定子套12内壁固定安装有定子部件11,所述转子部件13内壁固定安装转子套9,所述的转子套9内孔设置为锥度结构并与转轴1中部设置的锥度面1-1相配合,转子轴1中部设置的锥度面1-1呈向下直径变小的锥度,同时防止转子套9向上移动,转子套9由下端安装在转子轴1上的锁紧螺母14进行下端固定,壳体10的上端设置有上轴承座6,在上轴承座6的上端设置有隔圈5,在上轴承座6的下端内孔设置有台阶结构,安装有上轴承座密封圈7,上轴承座6下端固定上轴承座压片8进行压紧上轴承座密封圈7,在壳体10的下端内侧设置为锥度面,在壳体10的下端内锥度面配合安装外锥面的下轴承座17,所述下轴承座17的上端内孔设置有台阶结构,下轴承座17的上端内孔设置的台阶结构处安装有下轴承座上密封圈16,下轴承座上密封圈16由下轴承座17上端固定后轴承上压片15进行压紧,所述的下轴承座的17下端内孔设置有台阶结构,下轴承座的17下端内孔台阶处安装有下轴承座下密封圈18,下轴承座下密封圈18由下轴承座的17下端固定的下轴承座下压片进行压紧,所述的隔圈5的上端安装有法兰4,所述的法兰4上端内孔设置有台阶结构,法兰4上端内孔设置的台阶结构处安装有法兰密封圈3,并由法兰4上固定的法兰压片进行压紧。
所述的壳体10中部外壁上设置有轴向推力油道,轴向推力油道的结构为:壳体10上设置的进油口一101与壳体10上竖直设置的推力油道一102下端连通,推力油道一102上端与上轴承座6上水平设置的推力油道二103的中部连通,推力油道二103的沿圆周外侧方向用丝堵封死,推力油道二103沿圆周内侧方向与上轴承座6上设置的轴承内衬6-2的推力油道三112连通,推力油道三112沿着水平方向设置,推力油道三112圆周方向外侧设置有环形槽113,推力油道三112沿圆周方向内侧与轴承内衬6-2上的推力油道四111连通,推力油道四111沿竖直方向设置,轴承内衬6-2上端面设置有扇形的油腔一110,所述的推力油道四111上端与扇形油腔一110连通,用于为转子轴1上端设置的轴肩1-2的提供向上的轴向推力,所述的推力油道二103、推力油道三112、推力油道四111、扇形油腔一110均为在轴承内衬6-2的圆周方向四个均布设置,所述的环形槽112与四个推力油道三112的圆周外侧方向连通,实现为四个扇形油腔一110供油。
上轴承座6上设置的推力油道五104下端与推力油道二103连通,推力油道二103另一端与隔圈5上竖直设置的推力油道六105连通,推力油道六105另一端与法兰4上水平设置的推力油道七107连通,推力油道七107沿圆周方向外侧被封堵,推力油道七107沿圆周方向的内侧与竖直设置的推力油道八106上端连通,推力油道八106下端与法兰上设置的扇形油腔二108连通,所述的推力油道六105、推力油道七107、推力油道八106为沿转子轴1圆周方向四个均布设置,用以实现提供对转子轴1向下的推力,所述的转子轴1上部设置有轴环1-2,所述的扇形油腔一110、扇形油腔二108位置上下对应设置,轴环1-2设置于扇形油腔一110、扇形油腔二108之间。
所述的法兰4的扇形油腔二108之间均开设有沿径向的卸油槽二109、轴承内衬6-2的扇形油腔一110之间均开设有沿径向的卸油槽一114,所述的隔圈5上开设有缺口5-1,卸油槽二109、卸油槽一114外侧延伸至轴环1-2的外圆外侧,用于轴环1-2两侧卸出的油流至隔圈5与轴环1-2的空隙内,经隔圈5的缺口5-1回油。
所述的壳体10中部外壁上还设置有径向推力油道,径向推力油道的结构为:壳体10上设置的进油口二302与竖直设置的径向油道一301的中部连通,径向油道一301的上端与上轴承座6上水平设置的径向油道二303的外侧连通,径向油道二303的外侧设置有圆周方向的环形供油槽一,径向油道二303的内侧与轴承内衬6-2的径向推力油腔一连通,径向推力油腔一沿竖直方向设置,所述的径向油道二303、径向推力油腔均为四个,且沿圆周方向均匀布置,径向油道二303的的环形供油槽一与四个径向油道二303的外侧连通,用于提供上轴承座6内孔四个方向的对转子轴1上部的径向推力。所述的径向油道一301的下端与下轴承座17上水平设置的径向油道三304的外侧连通,径向油道三304内侧与下轴承座17内孔设置的径向推力油腔二连通,径向推力油腔二沿竖直方向设置,所述的下轴承座二与上轴承座采用的同样径向推力油路的结构,径向油道三304同样设置有环形供油槽二,径向油道三304、径向推力油腔二均为四个,且沿圆周方向均匀布置,径向油道三304的的环形供油槽二与四个径向油道三304的连通,用于提供上轴承座6内孔四个方向的对转子轴1下部的径向推力。
所述的下轴承座17下端设置有卸荷油口201,卸荷油口201通过下轴承座17竖直设置的卸荷油道六203与下轴承座17上、下两部分别设置的卸荷油道一204、卸荷油道二202连通,所述的下轴承座17内孔的径向推力油腔二之间均设置有卸油槽四,卸油槽四沿竖直方向设置,卸油槽四的上下两端分别与荷油道一204、卸荷油道二202连通,用于下轴承座17卸油。所述的卸荷油道二202的外侧与壳体10上竖直设置的卸荷油道三207连通,卸荷油道三207的上端与上轴承座6上水平设置的卸荷油道四205连通,所述的径向推力油腔一之间均设置有卸油槽三117,卸油槽三117与轴承内衬6-2下端设置的环形卸油腔连通,环形卸油腔与卸荷油道四205连通,实现上轴承座6的径向推力部分的卸油。所述的卸荷油道三207上端与壳体10和上轴承座6开设的卸荷油道五206连通,卸荷油道五206与隔圈5上的缺口5-1连通。
所述的上轴承座6下端表面安装上轴承密封圈7、上轴承座压片8,用于防止油泄漏到定子部分11,转子部件13内,在法兰4的上端面设置有凹槽,法兰的上端面设置有均布的螺纹孔,通过螺栓安装法兰压片2、法兰密封圈3。
所述的上轴承座6包括轴承体6-1、轴承内衬6-2,轴承体6-1内侧过盈安装轴承内衬6-2,所述的四个扇形油腔二108均设置有连通至法兰4外壁的测压油孔二,测压油孔二内安装有油压传感器,所述的上轴承座6上端面设置的四个扇形的油腔一110均设置有连通至上轴承座6外壁的测压油孔一,测压油孔一内安装有油压传感器,用于检测调试转子轴1的润滑运行情况。
所述的上轴承座6的径向推力油腔一均设置有与壳体10外壁连通的测压油孔三116,测压油孔三内安装有油压传感器。所述的所述的下轴承座17的径向推力油腔二均设置有与壳体10外壁连通的测压油孔四,测压油孔三内安装有油压传感器。
所述转子轴1的上端设置有台阶孔,在台阶孔的周围设置有均布的螺纹孔,用以配合安装搅拌头。
所述下轴承座17上部设置为锥度,下轴承座17上下边分别设置有凹槽,在凹槽周围设置有均布的螺纹孔,上表面安装下轴承座上密封圈16、下轴承座上压片15,下表面安装下轴承座下密封圈18、下轴承座下压片19。在与壳体配合的锥度外表面设置有两处环形槽,该环形槽采用镀陶瓷工艺,防止生锈。在上下两处封油槽分别设置有径向的油道。
首先,由外部液压站提供的压力油进入进油口二302,分别进入下轴承座17和上轴承座6油道,到达上下轴承座的径向推力油腔一、径向推力油腔二和转子轴的径向表面,同时压力油进入进油口一101,压力油经过推力油道一102、推力油道二103、环形槽113、推力油道三112、推力油道四111到达轴环1-2的下表面,同样的高压油经环形槽113、推力油道二103、推力油道六105、推力油道七107、推力油道八106到达轴环1-2的上表面,使转子轴在轴向和径向均处于悬浮状态。所述的卸油槽二109、卸油槽一114外侧延伸至轴环1-2的外圆外侧,卸荷油经轴环1-2两侧卸出的油流至隔圈5与轴环1-2的空隙内并通过经隔圈5的缺口5-1与卸荷油道五206连通,卸荷油道四205与上轴承座6内孔的卸油槽三117连通,卸荷油道六203与卸荷油道一204、卸荷油道二202连通,下轴承座17上的卸油槽四的上下两端分别与荷油道一204、卸荷油道二202连通,卸荷油道五206连通、卸荷油道四205、卸荷油道六203与卸荷油口201连通,实现油的卸荷,通过外接变频器,驱动转子轴在无金属接触的情况下转动,带动搅拌头进行搅拌摩擦焊接。
动静压电主轴在运转过程中,法兰上端设置安装的法兰密封圈和法兰压片、上轴承座下端设置安装的上轴承座密封圈和上轴承座压片、下轴承座上端设置安装的下轴承座上密封圈和下轴承座上压片、下轴承座下端设置安装的下轴承座下密封圈和下轴承座下压片,共计四处密封结构防止压力油的泄露,并合理设置回油结构,使回油顺畅。
所述的法兰和上轴承座设置有测压结构,能及时发现和调整主轴轴肩上下油压,保证压力均衡。