CN109586498A - 电主轴和电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电主轴和电机。该电主轴包括转轴轴芯(1)和轴承轴芯(15)，转轴轴芯(1)中空，轴承轴芯(15)通过轴承套设在转轴轴芯(1)内，轴承的轴承外圈与转轴轴芯(1)固定连接，轴承的轴承内圈与轴承轴芯(15)固定连接。根据本发明的电主轴，能够有效解决电主轴高转速时轴承发热磨损严重的问题，提升电主轴的极限转速。

Description

电主轴和电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电主轴和电机。

背景技术

电主轴行业存在两大关键技术——轴承与电机，目前高性能的电主轴电机能提供更高的极限转速与功率，然而实际运用在机床上使用的转速及功率并不高，限制其高转速及高功率的关键零部件是轴承，尤其是油脂润滑型轴承的电主轴，转速限制十分明显。随着电机转速的提高，轴承滚珠的离心力与陀螺力矩迅速增大，轴承的发热现象十分明显，而滚珠的离心力、陀螺力矩均与轴承中径存在正相关的关系。

电主轴的轴承对电主轴的性能起关键性作用，其性能指标DmN值越大(Dm为轴承中径，N为主轴极限转速)，代表电主轴的性能越高，在相同DmN值情况下，其轴承中径越小，所能达到的极限转速越高。然而目前主轴的轴承设置形式均为轴承内圈固定在转轴上随转轴转动，外圈固定在外壳冷却套上，受转轴大直径影响，其轴承中径值也均较大，这极大限制了主轴极限转速的提高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电主轴和电机，能够有效解决电主轴高转速时轴承发热磨损严重的问题，提升电主轴的极限转速。

为了解决上述问题，本发明提供一种电主轴，包括转轴轴芯和轴承轴芯，转轴轴芯中空，轴承轴芯通过轴承套设在转轴轴芯内，轴承的轴承外圈与转轴轴芯固定连接，轴承的轴承内圈与轴承轴芯固定连接。

优选地，轴承包括设置在轴承轴芯前端的前端轴承和设置在轴承轴芯后端的后端轴承。

优选地，前端轴承为两个，并且并排设置；和/或，后端轴承为两个，并且并排设置。

优选地，前端轴承的两端分别设置有第一紧固件和第二紧固件，第一紧固件固定设置在转轴轴芯上，并对前端轴承的轴承外圈形成轴向止挡，第二紧固件固定设置在轴承轴芯上，并对前端轴承的轴承内圈形成轴向止挡。

优选地，第二紧固件设置在前端轴承靠近后端轴承的一端，轴承轴芯上还设置有止挡凸缘，止挡凸缘止挡在前端轴承远离后端轴承的一端。

优选地，转轴轴芯的内周壁上设置有环形凸起，前端轴承和后端轴承的轴承外圈均止挡在环形凸起上。

优选地，轴承轴芯为阶梯轴，包括第一轴段和第二轴段，前端轴承套设在第一轴段上，后端轴承套设在第二轴段上，第一轴段和第二轴段的直径不等。

优选地，第一紧固件和第二紧固件至少之一为紧固螺母。

优选地，后端轴承的两端分别设置有第三紧固件和第四紧固件，第三紧固件和第四紧固件均设置在轴承轴芯上，并对后端轴承的轴承内圈形成轴向限位。

优选地，第三紧固件和第四紧固件至少之一为紧固螺母。

优选地，轴承轴芯的后端固定连接有轴芯端盖。

优选地，轴承轴芯的后端通过多个绕轴承轴芯的中心轴线周向均匀排布的螺栓与轴芯端盖固定连接。

优选地，轴芯端盖上设置有减重孔。

优选地，轴芯端盖包括端板，多个减重孔沿周向均匀分布在端板上。

优选地，减重孔的总面积占端板的总面积的30％～50％。

优选地，转轴轴芯外套设有后端法兰端盖，轴芯端盖固定连接在后端法兰端盖上。

优选地，轴芯端盖套设在后端法兰端盖外，轴芯端盖的周壁上设置有径向连接孔，轴芯端盖通过设置在径向连接孔内的螺栓与后端法兰端盖固定连接。

优选地，径向连接孔为腰形孔，腰形孔沿轴芯端盖的轴向延伸。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括电主轴，该电主轴为上述的电主轴。

本发明提供的电主轴，包括转轴轴芯和轴承轴芯，转轴轴芯中空，轴承轴芯通过轴承套设在转轴轴芯内，轴承的轴承外圈与转轴轴芯固定连接，轴承的轴承内圈与轴承轴芯固定连接。该电主轴将轴承轴芯套设在转轴轴芯内，使得轴承位于转轴轴芯内部，轴承外圈固定在转轴轴芯上承受主轴高速运转，轴承内圈通过轴承轴芯与电主轴固定不动的部分固定连接，从而使得整个轴承的中径值能够大幅度下降，有效解决了电主轴高转速时轴承发热磨损严重的问题，提升了电主轴的极限转速。

附图说明

图1为本发明实施例的电主轴的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的电主轴的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例的电主轴的立体结构示意图。

附图标记表示为：

1、转轴轴芯；2、前端密封法兰；3、前端法兰端盖；4、冷却套；5、前端紧固螺母；6、电机定子；7、电机转子；8、电机转子隔环；9、电机转子紧固螺母；10、后端法兰端盖；11、电机编码器；12、后端密封法兰；13、后端紧固螺母；14、轴芯端盖；15、轴承轴芯；16、第三紧固件；17、后端轴承；18、第四紧固件；19、第一紧固件；20、前端轴承；21、第二紧固件；22、止挡凸缘；23、第一轴段；24、第二轴段；25、径向连接孔；26、减重孔。

具体实施方式

参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，电主轴包括转轴轴芯1和轴承轴芯15，转轴轴芯1中空，轴承轴芯15通过轴承套设在转轴轴芯1内，轴承的轴承外圈与转轴轴芯1固定连接，轴承的轴承内圈与轴承轴芯15固定连接。

该电主轴将轴承轴芯15套设在转轴轴芯1内，使得轴承位于转轴轴芯1内部，轴承外圈固定在转轴轴芯1上承受主轴高速运转，轴承内圈通过轴承轴芯15与电主轴固定不动的部分固定连接，从而使得整个轴承的中径值能够大幅度下降，有效解决了电主轴高转速时轴承发热磨损严重的问题，提升了电主轴的极限转速。其中轴承中径＝(轴承外径+轴承内径)/2。

滚动体线速度v＝rω＝π·d·n/60，其中d为轴承中径，n为主轴转速，当主轴转速相同情况下，轴承中径d值越小，其计算的滚动体线速度v越小，从而滚动体与轴承内外圈滚道的接触应力下降，从而在相同的最大接触应力标准值(滚动轴承约1700MPa)下，主轴所能达到的转速上限越高，也就是主轴极限转速越高。

通过上述方式，电主轴轴承极限转速可以得到较大突破，整个电主轴能达到更高的功率与转速，更大程度发挥电机的高功率、高转速性能，进而可提高加工效率与加工件表面质量。极限转速的提高，可大量应用于避免油气污染工件的高转速场合，如石墨机加工机床上。

轴承包括设置在轴承轴芯15前端的前端轴承20和设置在轴承轴芯15后端的后端轴承17。通过在轴承轴芯15的前后两端分别设置轴承与转轴轴芯1之间实现转动连接，能够提高转轴轴芯1与轴承轴芯15之间的支撑结构的稳定性。

优选地，前端轴承20为两个，并且并排设置；和/或，后端轴承17为两个，并且并排设置。两个前端轴承20并排设置，两个后端轴承17并排设置，能够进一步提高轴承安装结构的稳定性，提高轴承对轴承轴芯15和转轴轴芯1之间的转动支撑结构的稳定性和可靠性。

前端轴承20的两端分别设置有第一紧固件19和第二紧固件21，第一紧固件19固定设置在转轴轴芯1上，并对前端轴承20的轴承外圈形成轴向止挡，第二紧固件21固定设置在轴承轴芯15上，并对前端轴承20的轴承内圈形成轴向止挡。

通过第一紧固件19和第二紧固件21相互配合，能够从前端轴承20的两端分别对前端轴承20的轴承内圈和轴承外圈形成轴向限位，保证前端轴承20安装位置的准确性和可靠性，同时有效防止前端轴承20在工作过程中发生轴向位移，提高轴承轴芯15与转轴轴芯1之间的轴向相对位置的稳定性。

优选地，第一紧固件19和第二紧固件21至少之一为紧固螺母，从而能够利用紧固螺母的锁紧性能为前端轴承20的安装提供预紧力，并且可以根据需要调节该预紧力，对前端轴承20形成有效固定。在本实施例中，第一紧固件19为紧固螺母，该紧固螺母具有内螺纹，并且套设在轴承轴芯15上，对前端轴承20靠近后端轴承17一端的轴承内圈形成轴向固定。第二紧固件21为紧固螺母，该紧固螺母具有外螺纹，并且套设在转轴轴芯1的内孔中，从而对前端轴承20远离后端轴承17一端的轴承外圈形成轴向固定。

在实际的工作过程中，第一紧固件19和第二紧固件21也可以只有一个为紧固螺母，另一个为定位环，从而在降低安装难度，降低加工成本的基础上，保证为前端轴承20的安装提供充足预紧力。

优选地，第二紧固件21设置在前端轴承20靠近后端轴承17的一端，轴承轴芯15上还设置有止挡凸缘22，止挡凸缘22止挡在前端轴承20远离后端轴承17的一端。止挡凸缘22止挡在前端轴承20远离后端轴承17一端的轴承内圈上，可以在前端轴承20由第一紧固件19和第二紧固件21固定之后，通过前端轴承20对轴承轴芯15形成轴向止挡，防止在工作的过程中轴承轴芯15相对于前端轴承20发生轴向位移，提高轴承轴芯15安装结构的稳定性和可靠性。

优选地，转轴轴芯1的内周壁上设置有环形凸起，前端轴承20和后端轴承17的轴承外圈均止挡在环形凸起上。通过在转轴轴芯1的内周壁上设置环形凸起，能够通过环形凸起对前端轴承20和后端轴承17的轴承外圈形成轴向止挡限位，无需增加新的轴承外圈限位结构，简化了加工工序，降低了加工成本。优选地，也可以在轴承轴芯15的外周壁上设置环形凸起，从而通过设置在轴承轴芯15的外周壁上的环形凸起对轴承内圈形成轴向的止挡限位。

在本实施例中，轴承轴芯15为阶梯轴，包括第一轴段23和第二轴段24，前端轴承20套设在第一轴段23上，后端轴承17套设在第二轴段24上，第一轴段23和第二轴段24的直径不等。

后端轴承17的两端分别设置有第三紧固件16和第四紧固件18，第三紧固件16和第四紧固件18均设置在轴承轴芯15上，并对后端轴承17的轴承内圈形成轴向限位。

优选地，第三紧固件16和第四紧固件18至少之一为紧固螺母，从而能够利用紧固螺母的锁紧性能为前端轴承20的安装提供预紧力，并且可以根据需要调节该预紧力，对前端轴承20形成有效固定。在本实施例中，第三紧固件16为紧固螺母，第四紧固件18为轴承定位环，轴承定位环固定套设在轴承轴芯15上，对后端轴承17形成轴向限位。

优选地，第一轴段23的直径大于第二轴段24的直径。由于前端轴承20和后端轴承17的两端均设置有紧固件，因此在安装前端轴承20和后端轴承17的过程中，均需要安装紧固件，如果轴承轴芯15采用等径结构，则在安装过程中，部分紧固件需要从轴承轴芯15的一端一直通过工具操作到轴承轴芯15的另一端的安装位置处，操作结构复杂，安装工艺复杂，不易于操作，而且安装效率较低。而在本实施例中，采用阶梯轴结构，在进行紧固件的安装时，可以首先将前端轴承20套设在轴承轴芯15上，然后将第一紧固件19从轴承轴芯15的第二轴段24进行安装，并安装至第一轴段23上，由于第二轴段24的直径是小于第一轴段23上的，因此在第一紧固件19从第二轴段24经过时，是不需要工具进行操作，可以直接到达第一轴段23位置处的，因此能够简化第一紧固件19的安装工艺，降低第一紧固件19的安装难度，提高第一紧固件19的安装效率。

优选地，轴承轴芯15的后端固定连接有轴芯端盖14。通过设置轴芯端盖14，可以为轴承轴芯15的固定安装提供安装基础，方便将轴承轴芯15固定安装在电主轴的不转动结构上，实现转轴轴芯1相对于轴承轴芯15的转动设置。

轴承轴芯15的后端通过多个绕轴承轴芯15的中心轴线周向均匀排布的螺栓与轴芯端盖14固定连接。轴承轴芯15通过多个螺栓与轴芯端盖14固定连接，能够增强轴承轴芯15与轴芯端盖14之间的连接强度，提高轴承轴芯15与转轴轴芯1之间的同轴度，提高轴承轴芯15的承载能力和抗形变能力，提高轴承轴芯15与转轴轴芯1之间的配合结构的稳定性。

优选地，轴芯端盖14上设置有减重孔26，可以减轻轴芯端盖14的质量，同时提供主轴线路引出路径，方便电主轴的线路设计。

优选地，轴芯端盖14包括端板，多个减重孔26沿周向均匀分布在端板上，可以保证轴芯端盖14的各个位置的结构强度均衡，提高轴芯端盖14的支撑结构的稳定性。

优选地，减重孔26的总面积占端板的总面积的30％～50％，既可以保证足够的减重质量，又能够保证不影响轴芯端盖14的结构强度。

在本实施例中，转轴轴芯1外套设有后端法兰端盖10，轴芯端盖14固定连接在后端法兰端盖10上。具体而言，电主轴还包括冷却套4，后端法兰端盖10通过后端密封法兰12固定止挡在冷却套4的端面上，后端密封法兰12通过设置在转轴轴芯1的外周的后端紧固螺母13固定在转轴轴芯1上，后端密封法兰12与轴芯端盖14之间形成有安装腔，该安装腔内安装有电机编码器11。

轴芯端盖14套设在后端法兰端盖10外，轴芯端盖14的周壁上设置有径向连接孔25，轴芯端盖14通过设置在径向连接孔25内的螺栓与后端法兰端盖10固定连接。

优选地，径向连接孔25为腰形孔，腰形孔沿轴芯端盖14的轴向延伸。通过设置轴向延伸的腰形孔，可以方便调节轴芯端盖14与轴承轴芯15之间的间隙，从而便于实现轴承轴芯15在轴芯端盖14上的固定安装。

上述的轴承例如为滚动轴承。

电主轴还包括前端密封法兰2、前端法兰端盖3、前端紧固螺母5、电机定子6、电机转子7、电机转子隔环8、电机转子紧固螺母9。

前端密封法兰2、前端法兰端盖3套设于转轴轴芯1上，并用前端紧固螺母5固定。电机转子7套设于转轴轴芯1上，并用电机转子隔环8、电机转子紧固螺母9固定，最终形成转轴轴芯装配体。电机定子6套设于冷却套4上，形成冷却套装配体。

将上一步得到的转轴轴芯装配体套设于冷却套装配体，用螺母将前端法兰端盖3与冷却套4固定，用螺母将后端法兰端盖10与冷却套4固定。

电机编码器11套设于后端密封法兰12上，形成电机编码器装配体，整体套设于转轴轴芯1，用后端紧固螺母13固定。

前端轴承20的轴承内圈与轴承轴芯15固定，通过第一紧固件19调节预紧力并固定，利用量具将第四紧固件18固定在轴承轴芯15上，通过工装将前端轴承20的轴承外圈与转轴轴芯1固定，用第二紧固件21调节其预紧力并固定。

后端轴承17通过热压整体压入转轴轴芯1与轴承轴芯15上，调节第三紧固件16预紧力并固定。

轴芯端盖14内壁分别与轴承轴芯15端面、后端法兰端盖10接触，通过螺钉分别与轴承轴芯15、后端法兰端盖10固定，轴芯端盖14具有腰形孔结构，可消除零件加工误差以及轴承轴芯15、前端轴承20、后端轴承17与转轴轴芯1装配带来的间隙误差。

根据本发明的实施例，电机包括电主轴，该电主轴为上述的电主轴。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种电主轴，其特征在于，包括转轴轴芯(1)和轴承轴芯(15)，所述转轴轴芯(1)中空，所述轴承轴芯(15)通过轴承套设在所述转轴轴芯(1)内，所述轴承的轴承外圈与所述转轴轴芯(1)固定连接，所述轴承的轴承内圈与所述轴承轴芯(15)固定连接。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述轴承包括设置在所述轴承轴芯(15)前端的前端轴承(20)和设置在所述轴承轴芯(15)后端的后端轴承(17)。

3.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述前端轴承(20)为两个，并且并排设置；和/或，所述后端轴承(17)为两个，并且并排设置。

4.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述前端轴承(20)的两端分别设置有第一紧固件(19)和第二紧固件(21)，所述第一紧固件(19)固定设置在所述转轴轴芯(1)上，并对所述前端轴承(20)的轴承外圈形成轴向止挡，所述第二紧固件(21)固定设置在所述轴承轴芯(15)上，并对所述前端轴承(20)的轴承内圈形成轴向止挡。

5.根据权利要求4所述的电主轴，其特征在于，所述第二紧固件(21)设置在所述前端轴承(20)靠近所述后端轴承(17)的一端，所述轴承轴芯(15)上还设置有止挡凸缘(22)，所述止挡凸缘(22)止挡在所述前端轴承(20)远离所述后端轴承(17)的一端。

6.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述转轴轴芯(1)的内周壁上设置有环形凸起，所述前端轴承(20)和所述后端轴承(17)的轴承外圈均止挡在所述环形凸起上。

7.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述轴承轴芯(15)为阶梯轴，包括第一轴段(23)和第二轴段(24)，所述前端轴承(20)套设在所述第一轴段(23)上，所述后端轴承(17)套设在所述第二轴段(24)上，所述第一轴段(23)和所述第二轴段(24)的直径不等。

8.根据权利要求4所述的电主轴，其特征在于，所述第一紧固件(19)和所述第二紧固件(21)至少之一为紧固螺母。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的电主轴，其特征在于，所述后端轴承(17)的两端分别设置有第三紧固件(16)和第四紧固件(18)，所述第三紧固件(16)和所述第四紧固件(18)均设置在所述轴承轴芯(15)上，并对所述后端轴承(17)的轴承内圈形成轴向限位。

10.根据权利要求9所述的电主轴，其特征在于，所述第三紧固件(16)和第四紧固件(18)至少之一为紧固螺母。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的电主轴，其特征在于，所述轴承轴芯(15)的后端固定连接有轴芯端盖(14)。

12.根据权利要求11所述的电主轴，其特征在于，所述轴承轴芯(15)的后端通过多个绕所述轴承轴芯(15)的中心轴线周向均匀排布的螺栓与所述轴芯端盖(14)固定连接。

13.根据权利要求11所述的电主轴，其特征在于，所述轴芯端盖(14)上设置有减重孔(26)。

14.根据权利要求13所述的电主轴，其特征在于，所述轴芯端盖(14)包括端板，多个所述减重孔(26)沿周向均匀分布在所述端板上。

15.根据权利要求14所述的电主轴，其特征在于，所述减重孔(26)的总面积占所述端板的总面积的30％～50％。

16.根据权利要求11所述的电主轴，其特征在于，所述转轴轴芯(1)外套设有后端法兰端盖(10)，所述轴芯端盖(14)固定连接在所述后端法兰端盖(10)上。

17.根据权利要求16所述的电主轴，其特征在于，所述轴芯端盖(14)套设在所述后端法兰端盖(10)外，所述轴芯端盖(14)的周壁上设置有径向连接孔(25)，所述轴芯端盖(14)通过设置在所述径向连接孔(25)内的螺栓与所述后端法兰端盖(10)固定连接。

18.根据权利要求17所述的电主轴，其特征在于，所述径向连接孔(25)为腰形孔，所述腰形孔沿所述轴芯端盖(14)的轴向延伸。

19.一种电机，包括电主轴，其特征在于，所述电主轴为权利要求1至18中任一项所述的电主轴。