CN111853122A - 碟簧组件、电主轴和加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碟簧组件、电主轴和加工设备，碟簧组件包括共轴线的第一碟簧体和第二碟簧体。第一碟簧体设有第一凸台，第一凸台为一个第一矩形面绕轴线旋转一周形成的回转体，第一凸台沿轴向向远离第一开口的方向延伸，第一碟簧体沿着轴向上贯穿地设置有第一中心孔。第二碟簧体沿着轴向上贯穿地设置有第二中心孔，第二碟簧体的第一轴向端设有第二凸台，第二凸台为一个第二矩形面绕轴线旋转一周形成的回转体，第二凸台沿轴向向远离第二中心孔的方向延伸。第二中心孔的内周壁与相邻的第一碟簧体的第一凸台的外周壁邻接。第二凸台的内周壁与相邻的第一碟簧体的第一轴向端的外周壁邻接。该碟簧组件能够自动导向定位、提高配合紧密性、提高承载力。

Description

碟簧组件、电主轴和加工设备

技术领域

本发明涉及电主轴技术领域，具体地说，是涉及一种碟簧组件、电主轴和加工设备。

背景技术

碟簧组件包括多个叠压在一起的碟簧体，每个碟簧体均呈扁平圆锥碟状，与传统弹簧不同，碟簧体是一种弹簧垫圈，主要特点是：负荷大、行程短、所需空间小、组合使用方便、维修换装容易、经济安全性高、使用的寿命长，可以单片使用，也可以叠合组合或对合组合使用。

目前，碟簧体有好多种类，比如普通矩形截面碟簧体、矩形截面的碟簧体、梯形截面碟簧体、开槽形碟簧体、膜片碟簧体，多为标准化的普通矩形截面碟簧体，碟簧体的截面形状和固定方式直接影响碟簧体的性能，现有技术仍有些不足之处：碟簧体叠合组合和对合组合使用时，必须有内导向或外导向等外在导正装置，这种常规固定方式在一些特殊的场合难以使用，且安装过程极为繁琐和困难。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种能够自动导向定位，且能够提高配合紧密性，以及提高承载力的碟簧组件。

本发明的第二目的是提供一种具有上述碟簧组件的电主轴。

本发明的第三目的是提供一种具有上述电主轴的加工设备。

为实现上述第一目的，本发明提供一种碟簧组件，包括共轴线设置的第一碟簧体和第二碟簧体，第一碟簧体和第二碟簧体均呈圆锥形盘状，第一碟簧体的第一轴向端设有第一开口，第二碟簧体的第一轴向端设有第二开口，第一开口与第二开口相对设置。第一碟簧体的第二轴向端设置有第一凸台，第一凸台为一个第一矩形面绕轴线旋转一周形成的回转体，第一凸台沿轴向向远离第一开口的方向延伸，第一碟簧体沿轴向上贯穿地设置有第一中心孔。第二碟簧体沿轴向上贯穿地设置有第二中心孔，第二碟簧体的第一轴向端设置有第二凸台，第二凸台为一个第二矩形面绕轴线旋转一周形成的回转体，第二凸台沿轴向向远离第二中心孔的方向延伸。第二中心孔的内周壁与相邻的第一碟簧体的第一凸台的外周壁邻接。第二凸台的内周壁与相邻的第一碟簧体的第一轴向端的外周壁邻接。

由上述方案可见，装配时，位于第二碟簧体第一轴向端的第一碟簧体与第二凸台配合连接，位于第二碟簧体第二轴向端的第一碟簧体的第一凸台与第二中心孔配合连接，可实现自动定位导向，增加了空间使用的灵活性，无需另外使用内导向或外导向等外在导正装置，简化安装过程，使用更方便。同时，由于第一凸台和第二凸台均为矩形绕轴线旋转一周形成的回转体，因此可以保证在弹性变形过程中第二中心孔的内周壁始终与相邻的第一碟簧体的第一凸台的外周壁邻接，也可以保证第二凸台的内周壁始终与相邻的第一碟簧体的第一轴向端的外周壁邻接，从而保证相邻的第一碟簧体与第二碟簧体配合的紧密性以及连接的可靠性，同时提高了承载力。

一个优选的方案是，第一碟簧体和第二碟簧体的数量均为多个，第一碟簧体和第二碟簧体沿着轴线依次交替布置。

一个优选的方案是，碟簧组件包括第一碟簧体组件和第二碟簧体组件，第一碟簧体组件包括多个依次叠压在一起的第一碟簧体，第二碟簧体组件包括多个依次叠压在一起的第二碟簧体。多个第一碟簧体的第一开口的朝向均相同，多个第二碟簧体的第二开口的朝向均相同。第一碟簧体设置有第一弹性弧片，第一弹性弧片的固定端与第一碟簧体的锥形内壁连接，第一弹性弧片的自由端与相邻的第一碟簧体的锥形外壁抵接。第二碟簧体设置有第二弹性弧片，第二弹性弧片的固定端与第二碟簧体的锥形内壁连接，第二弹性弧片的自由端与相邻的第二碟簧体的锥形外壁抵接。

由此可见，第一弹性弧片的设置可保证相邻两个第一碟簧体弹性连接，第二弹性弧片的设置可保证相邻两个第二碟簧体弹性连接,多个第一弹性弧片叠压后，多个第二弹性弧片叠压后，再将两者装配在一起，可提高碟簧组件整体的刚度，同时也能够实现自动导向。

进一步的方案是，第一弹性弧片与第一碟簧体一体成型，第二弹性弧片与第二碟簧体一体成型。

进一步的方案是，第一弹性弧片的固定端靠近第一中心孔设置，第一弹性弧片的自由端与第一碟簧体的锥形内壁之间具有第一间隙。第二弹性弧片的固定端靠近第二中心孔设置，第二弹性弧片的自由端与第二碟簧体的锥形内壁之间具有第二间隙。

由此可见，第一间隙的设置有利于第一弹性弧片的弹性变形，第二间隙的设置有利于第二弹性弧片的弹性变形。

进一步的方案是，第一弹性弧片和第二弹性弧片均呈圆锥形盘状。

一个优选的方案是，第一碟簧体组件和第二碟簧体组件的数量均为多个，多个第一碟簧体组件和多个第二碟簧体组件沿着轴线依次交替布置。

一个优选的方案是，第一凸台的厚度是第一凸台的高度的两倍。

由此可见，通过仿真计算结果可得到，当第一凸台的厚度是第一凸台的高度的两倍时，能承受载荷更大，更稳定。

一个优选的方案是，第二凸台的厚度是第二凸台的高度的两倍。

由此可见，通过仿真计算结果可得到，当第二凸台的厚度是第二凸台的高度的两倍时，能承受载荷更大，更稳定。

为实现上述第二目的，本发明提供一种电主轴，包括上述的碟簧组件。

一个优选的方案是，电主轴还包括第一工作件、第二工作件和拉杆，第一工作件和第二工作件分别位于碟簧组件的两个轴向端，拉杆沿着轴向穿过第一工作件、第一中心孔、第二中心孔和第二工作件。

进一步的方案是，第一工作件的第一端设置有第一抵接部，与第一工作件抵接的第一碟簧体上的第一中心孔呈圆台状，第一抵接部插入该第一中心孔中，第一抵接部的外周壁与该第一中心孔的内周壁贴合。第二工作件的第一端设置有第二抵接部，与第二工作件抵接的第二碟簧体上的第二中心孔呈圆台状，第二抵接部插入该第二中心孔中，第二抵接部的外周壁与该第二中心孔的内周壁贴合。

由此可见，第一工作件的第一抵接部与第一碟簧体的第一中心孔紧密贴合，第二工作件的第二抵接部与第二碟簧体的第二中心孔紧密贴合，提高了使用的方便性。

为实现上述第三目的，本发明提供一种加工设备，包括上述的电主轴。

附图说明

图1是本发明电主轴第一实施例中碟簧组件、第一工作件、第二工作件和拉杆的剖视图。

图2是本发明碟簧组件第一实施例的剖视图。

图3是本发明碟簧组件第一实施例中第一碟簧体的剖视图。

图4是本发明碟簧组件第一实施例中第二碟簧体的剖视图。

图5是本发明电主轴第一实施例中与第一工作件抵接的第一碟簧体的剖视图。

图6是本发明电主轴第一实施例中与第二工作件抵接的第二碟簧体的剖视图。

图7是本发明电主轴第一实施例中第一工作件的立体图。

图8是本发明电主轴第一实施例中第二工作件的立体图。

图9是本发明电主轴第一实施例中第一工作件、第一碟簧体和第二碟簧体装配后的剖视图。

图10是本发明电主轴第一实施例中第一碟簧体、第二碟簧体和第二工作件装配后的剖视图。

图11是本发明电主轴第一实施例中第一凸台的轴向截面呈矩形时的等效应力云图。

图12是第一凸台的轴向截面呈直角梯形时的等效应力云图。

图13是本发明电主轴第二实施例中第一碟簧体的立体图。

图14是本发明电主轴第二实施例中第一碟簧体的剖视图。

图15是本发明电主轴第二实施例中第二碟簧体的剖视图。

图16是本发明电主轴第二实施例中第一碟簧体组件和第二碟簧体组件装配后的剖视图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

碟簧组件和电主轴第一实施例

参见图1，电主轴包括碟簧组件1、第一工作件2、第二工作件3和拉杆3。

碟簧组件1包括共轴线设置的六个第一碟簧体和六个第二碟簧体，第一碟簧体和第二碟簧体沿着轴线依次交替布置，由于除位于端部的第一碟簧体外的其余五个第一碟簧体的结构完全相同，除位于端部的第二碟簧体外的其余五个第二碟簧体的结构完全相同，为便于描述，设置在端部的第一碟簧体为第一碟簧体40，其余的五个第一碟簧体为第一碟簧体4，设置在端部的第二碟簧体为第二碟簧体50，其余的五个第二碟簧体为第二碟簧体5。

第一工作件2和第二工作件3分别位于碟簧组件1的两个轴向端，第一工作件2沿轴向与第一碟簧体40抵接，第二工作件3沿轴向与第二碟簧体50抵接。

参见图2至图4，第一碟簧体4和第二碟簧体5均呈圆锥形盘状，第一碟簧体4和第二碟簧体5均由60Si2MnA或50CrVA的金属材质制成。第一碟簧体4的第一轴向端401设有第一开口43，第二碟簧体5的第一轴向端501设有第二开口53，第一开口43与第二开口53相对设置。

第一碟簧体4的第二轴向端402设置有第一凸台41，第一凸台41为一个第一矩形面绕轴线旋转一周形成的回转体，第一凸台41沿轴向向远离第一开口43的方向延伸，第一凸台41的厚度t1是第一凸台41的高度h1的两倍。第一碟簧体4沿轴向上贯穿地设置有第一中心孔42。第一碟簧体4的锥形外壁45与第一凸台41的外周壁411呈一百二十度夹角。

如图11所示，第一凸台41的轴向截面呈矩形，且第一矩形面的长宽比为2:1，如图12所示，第一凸台的轴向截面呈梯形，梯形面积与矩形面积相同，建立有限元模型，分别向矩形截面的第一凸台和梯形截面的第一凸台施加100Mpa的均布外压，分析等效应力情况，对比分析结果如图11和图12所示。由图11和图12可以看出，矩形截面的第一凸台所受等效应力大于梯形截面的第一凸台。因此，可以判断，矩形截面的第一凸台的抗压强度大于梯形截面的第一凸台的抗压强度，也即矩形截面的第一凸台的承载力大于梯形截面的第一凸台的承载力，因此，采用矩形截面的第一凸台的效果优于采用梯形截面的第一凸台。

第二碟簧体5沿轴向上贯穿地设置有第二中心孔52，第二碟簧体5的第一轴向端501设置有第二凸台51，第二凸台51为一个第二矩形面绕轴线旋转一周形成的回转体，第二凸台51沿轴向向远离第二中心孔52的方向延伸，第二凸台51的厚度t2是第二凸台51的高度h2的两倍。第二碟簧体5的内侧表面55与第二凸台51的内周壁511呈一百二十度夹角。

第二中心孔52的内周壁521与相邻的第一碟簧体4的第一凸台41的外周壁411邻接。第二凸台51的内周壁511与相邻的第一碟簧体4的第一轴向端401的外周壁44邻接。

参见图1、图2、图5至图10，拉杆3呈圆柱杆状，拉杆3沿着轴向穿过第一工作件2的中心孔20、第一中心孔42、第二中心孔52和第二工作件3的中心孔30，且拉杆3与中心孔20、第一中心孔42、第二中心孔52和中心孔30间隙配合。

第一工作件2的第一端设置有第一抵接部21，第一碟簧体40的结构与第一碟簧体4的结构相同，唯一的区别是第一碟簧体40的第一中心孔402呈圆台状，第一碟簧体4的第一中心孔42呈圆柱状。第一抵接部21插入该圆台状的第一中心孔402中，第一抵接部21的外周壁211与第一中心孔402的内周壁4021贴合，第一抵接部21的锥度和第一中心孔402的锥度均为

。

第二工作件3的第一端设置有第二抵接部31，第二碟簧体50的结构与第二碟簧体5的结构相同，唯一的区别是第二碟簧体50的第一中心孔502呈圆台状，第二碟簧体5的第一中心孔52呈圆柱状。第二抵接部31插入该第二中心孔502中，第二抵接部31的外周壁311与第二中心孔502的内周壁5021贴合，第二抵接部31的锥度和第二中心孔502的锥度均为1:

。

此外，第一碟簧体和第二碟簧体的数量可根据需要进行改变。

碟簧组件和电主轴第二实施例

作为本发明碟簧组件和电主轴第二实施例的说明，以下仅对与上述碟簧组件和电主轴第一实施例的不同之处予以说明。

参见图13至图16，碟簧组件包括多个第一碟簧体组件210和多个第二碟簧体组件220，第一碟簧体组件210和第二碟簧体组件220沿着轴线依次交替布置。

每个第一碟簧体组件210包括三个依次叠压在一起的第一碟簧体240，每个第二碟簧体组件220包括三个依次叠压在一起的第二碟簧体250。三个第一碟簧体240的第一开口243的朝向均相同，三个第二碟簧体250的第二开口253的朝向均相同，第一开口243与第二开口253相对设置。

第一碟簧体240设置有第一弹性弧片241，第一弹性弧片241与第一碟簧体240一体成型，第一弹性弧片241呈圆锥形盘状。第一弹性弧片241的固定端与第一碟簧体240的锥形内壁242连接，第一弹性弧片241的自由端与相邻的第一碟簧体240的锥形外壁244抵接。第一弹性弧片241的固定端靠近第一中心孔245设置，第一弹性弧片241的自由端与第一碟簧体240的锥形内壁242之间具有第一间隙246，在径向上，第一弹性弧片241的自由端位于第一开口243内。第一弹性弧片241的固定端通过摩擦焊的方式与第一碟簧体240固定连接。

第二碟簧体250设置有第二弹性弧片251，第二弹性弧片251与第二碟簧体250一体成型，第二弹性弧片251呈圆锥形盘状。第一弹性弧片241和第二弹性弧片251的锥度均为1：2。第二弹性弧片251的固定端与第二碟簧体250的锥形内壁252连接，第二弹性弧片251的自由端与相邻的第二碟簧体250的锥形外壁254抵接。第二弹性弧片251的固定端靠近第二中心孔255设置，第二弹性弧片251的自由端与第二碟簧体250的锥形内壁252之间具有第二间隙256，在径向上，第二弹性弧片251的自由端位于第一开口253内。第二弹性弧片251的固定端通过摩擦焊的方式与第二碟簧体250固定连接。

此外，第一碟簧体组件和第二碟簧体组件的数量，以及每组碟簧体组件中碟簧体的数量均可以根据需要进行改变。弹性弧片与碟簧体之间也可以采用其他方式固定连接。上述改变也能实现本发明的目的。

加工设备实施例

本实施例的加工设备包括上述电主轴实施例中的电主轴。加工设备为车床等用于机械加工的设备。

由上可见，装配时，位于第二碟簧体第一轴向端的第一碟簧体与第二凸台配合连接，位于第二碟簧体第二轴向端的第一碟簧体的第一凸台与第二中心孔配合连接，可实现自动定位导向，增加了空间使用的灵活性，无需另外使用内导向或外导向等外在导正装置，简化安装过程，使用更方便。同时，由于第一凸台和第二凸台均为矩形绕轴线旋转一周形成的回转体，因此可以保证在弹性变形过程中第二中心孔的内周壁始终与相邻的第一碟簧体的第一凸台的外周壁邻接，也可以保证第二凸台的内周壁始终与相邻的第一碟簧体的第一轴向端的外周壁邻接，从而保证相邻的第一碟簧体与第二碟簧体配合的紧密性以及连接的可靠性，同时提高了承载力。

最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.碟簧组件，包括共轴线设置的第一碟簧体和第二碟簧体，所述第一碟簧体和所述第二碟簧体均呈圆锥形盘状，所述第一碟簧体的第一轴向端设有第一开口，所述第二碟簧体的第一轴向端设有第二开口，所述第一开口与所述第二开口相对设置；

其特征在于：

所述第一碟簧体的第二轴向端设置有第一凸台，所述第一凸台为一个第一矩形面绕所述轴线旋转一周形成的回转体，所述第一凸台沿轴向向远离所述第一开口的方向延伸，所述第一碟簧体沿轴向上贯穿地设置有第一中心孔；

所述第二碟簧体沿轴向上贯穿地设置有第二中心孔，所述第二碟簧体的第一轴向端设置有第二凸台，所述第二凸台为一个第二矩形面绕所述轴线旋转一周形成的回转体，所述第二凸台沿轴向向远离所述第二中心孔的方向延伸；

所述第二中心孔的内周壁与相邻的第一碟簧体的第一凸台的外周壁邻接；

所述第二凸台的内周壁与相邻的第一碟簧体的第一轴向端的外周壁邻接。

2.根据权利要求1所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第一碟簧体和所述第二碟簧体的数量均为多个，所述第一碟簧体和所述第二碟簧体沿着所述轴线依次交替布置。

3.根据权利要求1所述的碟簧组件，其特征在于：

所述碟簧组件包括第一碟簧体组件和第二碟簧体组件，所述第一碟簧体组件包括多个依次叠压在一起的所述第一碟簧体，所述第二碟簧体组件包括多个依次叠压在一起的所述第二碟簧体；

多个所述第一碟簧体的第一开口的朝向均相同，多个所述第二碟簧体的第二开口的朝向均相同；

所述第一碟簧体设置有第一弹性弧片，所述第一弹性弧片的固定端与所述第一碟簧体的锥形内壁连接，所述第一弹性弧片的自由端与相邻的第一碟簧体的锥形外壁抵接；

所述第二碟簧体设置有第二弹性弧片，所述第二弹性弧片的固定端与所述第二碟簧体的锥形内壁连接，所述第二弹性弧片的自由端与相邻的第二碟簧体的锥形外壁抵接。

4.根据权利要求3所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第一弹性弧片与所述第一碟簧体一体成型，所述第二弹性弧片与所述第二碟簧体一体成型。

5.根据权利要求3所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第一弹性弧片的固定端靠近所述第一中心孔设置，所述第一弹性弧片的自由端与所述第一碟簧体的锥形内壁之间具有第一间隙；

所述第二弹性弧片的固定端靠近所述第二中心孔设置，所述第二弹性弧片的自由端与所述第二碟簧体的锥形内壁之间具有第二间隙。

6.根据权利要求5所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第一弹性弧片和所述第二弹性弧片均呈圆锥形盘状。

7.根据权利要求3至6任一项所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第一碟簧体组件和所述第二碟簧体组件的数量均为多个，多个所述第一碟簧体组件和多个所述第二碟簧体组件沿着所述轴线依次交替布置。

8.根据权利要求1至6任一项所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第一凸台的厚度是所述第一凸台的高度的两倍。

9.根据权利要求1至6任一项所述的碟簧组件，其特征在于：

所述第二凸台的厚度是所述第二凸台的高度的两倍。

10.电主轴，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的碟簧组件。

11.根据权利要求10所述的电主轴，其特征在于：

所述电主轴还包括第一工作件、第二工作件和拉杆，所述第一工作件和所述第二工作件分别位于所述碟簧组件的两个轴向端，所述拉杆沿着轴向穿过所述第一工作件、所述第一中心孔、所述第二中心孔和所述第二工作件。

12.根据权利要求11所述的电主轴，其特征在于：

所述第一工作件的第一端设置有第一抵接部，与所述第一工作件抵接的第一碟簧体上的第一中心孔呈圆台状，所述第一抵接部插入该第一中心孔中，所述第一抵接部的外周壁与该第一中心孔的内周壁贴合；

所述第二工作件的第一端设置有第二抵接部，与所述第二工作件抵接的第二碟簧体上的第二中心孔呈圆台状，所述第二抵接部插入该第二中心孔中，所述第二抵接部的外周壁与该第二中心孔的内周壁贴合。

13.加工设备，其特征在于，包括权利要求10至12任一项所述的电主轴。

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