CN113427400B - 一种高速气浮磨削主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小孔节流气浮主轴，尤其涉及一种高速气浮磨削主轴，属于气浮轴承技术领域。其中止推轴承组件通过螺钉经止推板过渡与径向轴承组件连接组成高速气浮磨削主轴的止推气浮轴承与径向气浮轴承；转轴组件安装在止推轴承组件、止推板与径向轴承组件内部，转轴组件与止推轴承组件及轴承组件之间组装形成间隙，电机组件安装在高速气浮磨削主轴后端与径向轴承组件通过螺钉连接，为转轴组件高速运动提供回转驱动力；止推轴承组件、径向轴承组件与电机组件上设有水冷槽，为高速气浮磨削主轴运动过程中轴承部分及电机部分散热，保证运动精度及平稳性；电机组件上安装有霍尔传感器，监测转轴组件运动中转速。

Description

一种高速气浮磨削主轴

技术领域

本发明涉及一种小孔节流气浮主轴，尤其涉及一种高速气浮磨削主轴，属于气浮轴承技术领域。

背景技术

目前，随着机械加工行业不断发展，对精密加工工艺及精密设备提出更高的精度要求。高速气浮主轴因转速快、运动精度高及回转跳动精度高等优势，目前广泛用于微孔打孔、晶元切割及砂轮磨削修整行业。但目前行业内气浮主轴尺寸较小，径向轴承刚度偏低，目前还未在铣削行业及磨削行业广泛使用。

有鉴于上述的缺陷，本发明以期创设一种一款轴径大，径向轴承更长的小孔节流高速气浮磨削主轴，高速气浮磨削主轴设有全封闭冷却回路以及轴承排气管路。高速气浮磨削主轴运动速度及精度更高，整个轴系径向刚度及倾斜刚度更高，能够承受较大径向力场合，适用于精密磨削加工，加工精度更高，加工表面粗糙度更优，使用寿命更长，产业上更具有商用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高速气浮磨削主轴。本发明的高速气浮磨削主轴运动速度及精度更高，整个轴系径向刚度及倾斜刚度更高，能够承受较大径向力场合，适用于精密磨削加工，加工精度更高，加工表面粗糙度更优，使用寿命更长。

本发明的一种高速气浮磨削主轴，包括止推轴承组件、止推板、转轴组件、径向轴承组件和电机组件，止推轴承组件通过螺钉经止推板过渡与径向轴承组件连接组成高速气浮磨削主轴的止推气浮轴承与径向气浮轴承；

转轴组件安装在止推轴承组件、止推板与径向轴承组件内部，转轴组件与止推轴承组件及轴承组件之间组装形成间隙，压缩空气可经节流器进入间隙中将转轴组件浮起，为转轴组件提供轴向支撑与径向支撑，并减小转轴组件与止推轴承组件、止推板、径向轴承组件之间摩擦力；

电机组件安装在高速气浮磨削主轴后端与径向轴承组件通过螺钉连接，为转轴组件高速运动提供回转驱动力；

止推轴承组件、径向轴承组件与电机组件上设有水冷槽，为高速气浮磨削主轴运动过程中轴承部分及电机部分散热，保证运动精度及平稳性；

电机组件上安装有霍尔传感器，监测转轴组件运动中转速。

进一步的，所述高速气浮磨削主轴径向上共设置3个径向轴承，每个径向轴承上设置双排节流器，每排节流器共有12个，单个径向轴承长度与轴径之比为5:4，单边间隙为14μm。

进一步的，所述止推轴承组件包括止推轴承、第一密封圈、第一节流器、密封端盖、第二密封圈、第三密封圈、堵塞，止推轴承上设有水冷流道、第一气室、第一V型均压槽、水冷及空气流道；密封端盖上设有第一环形沟槽、第二环形沟槽。

密封端盖通过螺钉安装在止推轴承上，密封端盖上第一环形沟槽、第二环形沟槽与转轴组件上环形密封端盖配合形成迷宫型密封，防止水汽及切削液进入高速气浮磨削主轴内部；

止推轴承上设有水冷流道，为止推轴承进行冷却；

止推轴承上设有第一气室，为将要流入气浮面的压缩空气提供临时储存空间；

密封端盖上设有密封圈安装沟槽，第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈安装在止推轴承与密封端盖接触面位置，为水冷流道及第一气室密封，防止冷却液及压缩空气泄漏；

止推轴承上安装有多个第一节流器，压缩空气从第一气室经由第一节流器进入气浮面；止推轴承上设有V型均压槽，防止高压下产生气锤；止推轴承上设有水冷及空气流道；堵塞安装在止推轴承上，用于止推轴承上工艺孔密封。

进一步的，所述转轴组件由环形密封端盖、转轴、电机磁体组成，所述转轴上设有锥形定位孔、螺纹孔、止推气浮前端面、V型排气槽、止推气浮后端面、第一排气槽、径向第一排气槽、径向轴承气浮面、第二径向排气槽；

所述环形密封端盖用螺钉固定在转轴上，与止推轴承组件上密封端盖共同组成迷宫型密封；

所述电机磁体通过厌氧胶粘在转轴尾端，为转轴组件提供回转驱动力；

所述转轴设有锥形定位孔，为磨头或刀具提供轴向及径向定位；所述转轴设有螺纹孔，用来固定磨头或刀具；所述转轴设有止推气浮前端面及止推气浮后端面，为转轴轴向前后止推气浮面；压缩空气进入止推气浮前端面及止推气浮后端面将转轴组件沿轴向浮起；所述转轴设有V型排气槽，止推气浮前端面及止推气浮后端面上部分压缩空气由V型排气槽排出；所述转轴设有径向轴承气浮面，压缩空气进入径向轴承气浮面将转轴组件沿径向浮起；转轴上设有第一排气槽、径向第一排气槽、第二径向排气槽，径向轴承气浮面压缩空气由此处排出转轴。

进一步的，所述径向轴承组件由第二堵塞、第四密封圈、第五密封圈、第二节流器、径向轴承、外壳、第三节流器、第六密封圈组成，所述径向轴承上设有第一水冷槽、第二气室、第三气室、第二水冷槽、第二V型均压槽；

所述径向轴承通过螺钉与外壳连接；所述径向轴承端面安装有多个第二节流器；所述径向轴承上设有第一水冷槽及多条第二水冷槽，为径向轴承提供冷却；所述径向轴承与外壳接触面安装有第四密封圈及第五密封圈，为第一水冷槽及第二气室提供密封；所述径向轴承上安装有多个第二堵塞，密封径向轴承上气浮及水冷管路工艺孔；所述径向轴承上安装有多排第三节流器，为径向轴承径向气浮面供气；所述径向轴承上设有多个第三气室，储存即将进入径向气浮面的压缩空气；所述径向轴承每个第三气室与第二水冷槽之间均安装有第六密封圈，防止压缩空气及冷却液泄漏；所述径向轴承上设有第二V型均压槽，防止压缩空气压力过高产生气锤。

进一步的，所述电机组件由压缩空气进气口、后端盖、消音器、冷却水进口、冷却水出口、第七密封圈、电机水冷套、水冷套外壳、电机线圈、第八密封圈组成；所述电机水冷套上设有水冷螺旋槽；

所述后端盖上安装有压缩空气进气口、消音器、冷却水进口、冷却水出口；所述后端盖通过螺钉与水冷套外壳、电机水冷套连接；所述电机水冷套上设有水冷螺旋槽，水冷螺旋槽两端安装有第七密封圈及第八密封圈，防止冷却液泄露；所述电机线圈采用环氧树脂灌封于电机水冷套内部；所述电机线圈上安装有霍尔传感器，可实时监测高速气浮磨削主轴转速。

进一步的，所述止推轴承上还设有止推轴承冷却进水管路、止推轴承压缩空气进气管路；所述止推板上设有止推板冷却液进水管路、止推板进气管路；所述径向轴承上还设有径向轴承冷却进水管路、径向轴承进气管路；所述外壳上设有外壳冷却水进水管路、第一外壳进气管路、第二外套进气管路；所述后端盖上设有后端盖冷却进水管路、后端盖进气管路；所述水冷套外壳上设有水冷外套水冷进水管路、水冷外套进气管路；

所述冷却水由冷却水进口进入高速气浮磨削主轴，先后流经后端盖冷却进水管路、水冷外套水冷进水管路、外壳冷却水进水管路、径向轴承冷却进水管路、止推板冷却液进水管路、止推轴承冷却进水管路，最终进入水冷流道，为止推轴承冷却；

所述压缩空气由压缩空气进气口进入高速气浮磨削主轴，先后流经后端盖进气管路、水冷外套进气管路、第一外壳进气管路、第二外套进气管路、径向轴承进气管路、止推板进气管路、止推轴承压缩空气进气管路进入第一气室及第三气室，为止推轴承及径向轴承供气。

进一步的，所述外壳上还设有第一外壳水冷回水流道、第二外壳水冷回水流道；所述水冷套外壳上还设有第一水冷外套回水流道、第二水冷外套回水流道；所述后端盖上设有后端盖冷却回水流道；

所述冷却液从水冷流道流出，通过止推板进入第一水冷槽为径向轴承止推面进行冷却；冷却液由第一水冷槽流出，经过第一外壳水冷回水流道进入径向轴承上多条第二水冷槽，为径向轴承径向气浮面冷却，在第二水冷槽内沿径向轴承循环一周后从第二外壳水冷回水流道排出进入水冷套外壳，通过第一水冷外套回水流道进入水冷螺旋槽为电机线圈冷却，由第二水冷外套回水流道排出，通过后端盖冷却回水流道从冷却水出口排出高速气浮磨削主轴。

进一步的，所述止推轴承上还设有止推轴承压缩空气排气管路；所述止推板上还设有止推板压缩空气排气管路；所述径向轴承上还设有第一径向轴承排气管路、第二径向轴承排气管路；

所述止推轴承排出气体进入V型排气槽、第一排气槽；由第二径向轴承排气管路、止推板压缩空气排气管路、止推轴承压缩空气排气管路，经环形密封端盖与密封端盖组成的迷宫型密封排出高速气浮磨削主轴；所述径向轴承上排出的压缩空气进入第二径向排气槽，经过第一径向轴承排气管路排出径向轴承；压缩空气经过电机磁体与电机线圈，由消音器排出高速气浮磨削主轴。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明的高速气浮磨削主轴运动速度及精度更高，整个轴系径向刚度及倾斜刚度更高，能够承受较大径向力场合，适用于精密磨削加工，加工精度更高，加工表面粗糙度更优，使用寿命更长。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明高速气浮磨削主轴的整体剖视示意图；

图2是本发明高速气浮磨削主轴的整体结构示意图；

图3是本发明高速气浮磨削主轴中止推轴承组件的剖视示意图；

图4是本发明高速气浮磨削主轴中止推轴承组件的结构示意图；

图5是本发明高速气浮磨削主轴中转轴组件的剖面示意图；

图6是本发明高速气浮磨削主轴中转轴组件的结构示意图；

图7是本发明高速气浮磨削主轴中径向轴承组件剖面示意图；

图8是本发明高速气浮磨削主轴中径向轴承组件结构示意图；

图9是本发明高速气浮磨削主轴中电机组件剖面示意图；

图10是本发明高速气浮磨削主轴中电机组件结构示意图；

图11是本发明高速气浮磨削主轴中压缩空气进气管路与冷却进水回路剖面示意图；

图12是本发明高速气浮磨削主轴中冷却排水回路剖面示意图；

图13是本发明高速气浮磨削主轴中压缩空气排气回路剖面示意图；

图14是本发明高速气浮磨削主轴爆炸图；

图15是本发明不同气膜间隙下外部施加载荷与转轴偏心量变化曲线；

图16是本发明不同气膜间隙下偏心量与转轴刚度变化曲线；

其中，图中：

100、止推轴承组件；200、止推板；300、转轴组件；400、径向轴承组件；500、电机组件；

101、止推轴承；102、第一密封圈；103、第一节流器；104、密封端盖；105、第二密封圈；106、第三密封圈；107、堵塞；101-1、水冷流道；101-2、第一气室；101-3、V型均压槽；101-4、水冷及空气流道；101-5、止推轴承冷却进水管路；101-6、止推轴承压缩空气进气管路；101-7、止推轴承压缩空气排气管路；104-1、第一环形沟槽；104-2、第二环形沟槽；

301、环形密封端盖；302、转轴；303、电机磁体；302-1、锥形定位孔；302-2、螺纹孔；302-3、止推气浮前端面；302-4、V型排气槽；302-5、止推气浮后端面；302-6、第一排气槽；302-7、径向第一排气槽；302-8、径向轴承气浮面；302-9、第二径向排气槽；

401、第二堵塞；402、第四密封圈；403、第五密封圈；404、第二节流器；405、径向轴承；406、外壳；407、第三节流器；408、第六密封圈；405-1、第一水冷槽；405-2、第二气室；405-3、第三气室；405-4、第二水冷槽；405-5、第二V型均压槽；405-6、径向轴承冷却进水管路；405-7、径向轴承进气管路；405-8、第一径向轴承排气管路；405-9、第二径向轴承排气管路；406-1、外壳冷却水进水管路；406-2、第一外壳进气管路；406-3、第二外套进气管路；406-4、第一外壳水冷回水流道；406-5、第二外壳水冷回水流道；

501、压缩空气进气口；502、后端盖；503、消音器；504、冷却水进口；505、冷却水出口；506、第七密封圈；507、电机水冷套；508、水冷套外壳；509、电机线圈；511、第八密封圈；502-1、后端盖冷却进水管路；502-2、后端盖进气管路；502-3、后端盖冷却回水流道；507-1、水冷螺旋槽；508-1、水冷外套水冷进水管路；508-2、水冷外套进气管路；508-3、第一水冷外套回水流道；508-4、第二水冷外套回水流道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1和图2，本发明一较佳实施例的一种带高速气浮磨削主轴由止推轴承组件100、止推板200、转轴组件300、径向轴承组件400、电机组件500组成；其中止推轴承组件100通过螺钉经止推板200过渡与径向轴承组件400连接组成高速气浮磨削主轴止推气浮轴承与径向气浮轴承；其中转轴组件300安装在止推轴承组件100、止推板200与径向轴承组件400内部，高压气体经节流器进入转轴组件300与止推轴承组件100、轴承组件400间隙时将转轴组件300浮起，为转轴组件300提供轴向支撑与径向支撑，高速气浮磨削主轴径向上共设置3个径向轴承，每个径向轴承上设置双排节流器，每排节流器共有12个，单个轴承长度与轴径之比为5:4时轴承刚度及稳定性最优，单边间隙为14μm，单个轴承径向刚度最大为45N/μm，总径向刚度为135N/μm，此时受外部载荷时，转轴偏心率最低。此时转轴组件300与止推轴承组件100、止推板200、径向轴承组件400之间摩擦力几乎为零，使高速气浮磨削主轴可以完成高速及高精度运动；电机组件500安装在高速气浮磨削主轴后端与径向轴承组件400通过螺钉连接，为转轴组件300高速运动提供回转驱动力；由于高速气浮磨削主轴高速运动过程中轴承部分及电机部分会产生较多热量，为保证运动精度及平稳性，止推轴承组件100、径向轴承组件400与电机组件500上均设有水冷槽；电机组件500上安装有霍尔传感器，监测转轴组件300运动中转速。

参见图3和图4，止推轴承组件100包括止推轴承101、第一密封圈102、第一节流器103、密封端盖104、第二密封圈105、第三密封圈106、堵塞107。

止推轴承101上设有水冷流道101-1、第一气室101-2、V型均压槽101-3、水冷及空气流道101-4。

密封端盖104上设有第一环形沟槽104-1、第二环形沟槽104-2。

其中密封端盖104通过螺钉安装在止推轴承101上，密封端盖104上设有第一环形沟槽104-1、第二环形沟槽104-2，与转轴组件300上环形密封端盖301配合形成迷宫型密封，防止水汽及切削液进入高速气浮磨削主轴内部；止推轴承101上设有水冷流道101-1，为止推轴承进行冷却，止推轴承101上设有第一气室101-2，为将要流入气浮面的压缩空气提供临时储存空间；密封端盖104上设有密封圈安装沟槽，第一密封圈102、第二密封圈105、第三密封圈106安装在止推轴承101与密封端盖104接触面位置，为水冷流道101-1及第一气室101-2提供密封，防止冷却液及压缩空气泄漏。止推轴承101上安装有多个第一节流器103，压缩空气从第一气室101-2经由第一节流器103进入气浮面；止推轴承101上设有V型均压槽101-3，防止高压下产生气锤现象；止推轴承101上设有水冷及空气流道101-4；堵塞107安装在止推轴承101上，用于止推轴承101上工艺孔密封。

参见图5和图6，转轴组件300由环形密封端盖301、转轴302、电机磁体303组成。转轴302上设有锥形定位孔302-1、螺纹孔302-2、止推气浮前端面302-3、V型排气槽302-4、止推气浮后端面302-5、第一排气槽302-6、径向第一排气槽302-7、径向轴承气浮面302-8、第二径向排气槽302-9。

其中环形密封端盖301用螺钉固定在转轴302上，与止推轴承组件100上密封端盖104共同组成迷宫型密封，防止外部水汽及切削液进入高速气浮磨削主轴内部；电机磁体303通过厌氧胶粘在转轴302尾端，为转轴组件300提供回转驱动力。其中转轴302设有：锥形定位孔302-1，为磨头或刀具提供轴向及径向定位；螺纹孔302-2，用来固定磨头或刀具；止推气浮前端面302-3及止推气浮后端面302-5为转轴302轴向前后止推气浮面；压缩空气进入此处将转轴组件300沿轴向浮起；V型排气槽302-4，止推气浮前端面302-3及止推气浮后端面302-5上部分压缩空气由V型排气槽302-4排出；径向轴承气浮面302-8为转轴302径向气浮面，压缩空气进入此处将转轴组件300沿径向浮起；转轴302上设有第一排气槽302-6、径向第一排气槽302-7、第二径向排气槽302-9，径向轴承气浮面302-8压缩空气由此处排出转轴302。

参见图7和图8，径向轴承组件400由第二堵塞401、第四密封圈402、第五密封圈403、第二节流器404、径向轴承405、外壳406、第三节流器407、第六密封圈408组成。其中径向轴承405上设有第一水冷槽405-1、第二气室405-2、第三气室405-3、第二水冷槽405-4、第二V型均压槽405-5；径向轴承405通过螺钉与外壳406连接；径向轴承405端面安装有多个第二节流器404，压缩空气从第二气室405-2经由第二节流器404进入气浮端面；径向轴承405上设有第一水冷槽405-1及多条第二水冷槽405-4，为径向轴承405提供冷却，径向轴承405与外壳406接触面安装有第四密封圈402及第五密封圈403，为第一水冷槽405-1及第二气室405-2提供密封；径向轴承405上安装有多个第二堵塞401，密封径向轴承405上气浮及水冷管路工艺孔；径向轴承405上安装有多排第三节流器407，为径向轴承405径向气浮面供气；径向轴承405上设有多个第三气室405-3，储存即将进入径向气浮面的压缩空气；每个第三气室405-3与第二水冷槽405-4之间均安装有第六密封圈408；防止压缩空气及冷却液泄漏。径向轴承405上设有第二V型均压槽405-5，防止压缩空气压力过高产生气锤。

参见图9和图10，电机组件500由压缩空气进气口501、后端盖502、消音器503、冷却水进口504、冷却水出口505、第七密封圈506、电机水冷套507、水冷套外壳508、电机线圈509、第八密封圈511组成。电机水冷套507上设有水冷螺旋槽507-1。其中后端盖502上安装有压缩空气进气口501、消音器503、冷却水进口504、冷却水出口505；后端盖502通过螺钉与水冷套外壳508、电机水冷套507连接，电机水冷套507上设有水冷螺旋槽507-1，水冷螺旋槽507-1两端安装有第七密封圈506及第八密封圈511，防止冷却液泄露。电机线圈509采用环氧树脂灌封于电机水冷套507内部；电机线圈509上安装有霍尔传感器，可实时监测高速气浮磨削主轴转速。

参见图11，止推轴承101上还设有止推轴承冷却进水管路101-5、止推轴承压缩空气进气管路101-6、止推板200上设有止推板冷却液进水管路200-1、止推板进气管路200-2；径向轴承405上还设有径向轴承冷却进水管路405-6、径向轴承进气管路405-7；外壳406上设有外壳冷却水进水管路406-1、第一外壳进气管路406-2、第二外套进气管路406-3；后端盖502上设有后端盖冷却进水管路502-1、后端盖进气管路502-2；水冷套外壳508上设有水冷外套水冷进水管路508-1、水冷外套进气管路508-2；

冷却液进水管路：冷却水由冷却水进口504进入高速气浮磨削主轴，先后流经后端盖冷却进水管路502-1、水冷外套水冷进水管路508-1、外壳冷却水进水管路406-1、径向轴承冷却进水管路405-6、止推板冷却液进水管路200-1、止推轴承冷却进水管路101-5，最终进入水冷流道101-1，为止推轴承101冷却。

气浮轴承供气流道：压缩空气由压缩空气进气口501进入高速气浮磨削主轴，先后流经后端盖进气管路502-2、水冷外套进气管路508-2、第一外壳进气管路406-2、第二外套进气管路406-3、径向轴承进气管路405-7、止推板进气管路200-2、止推轴承压缩空气进气管路101-6进入第一气室101-2及第三气室405-3，为止推轴承101及径向轴承405供气；

参见图12，外壳406上还设有第一外壳水冷回水流道406-4、第二外壳水冷回水流道406-5；水冷套外壳508上还设有第一水冷外套回水流道508-3、第二水冷外套回水流道508-4；后端盖502上设有后端盖冷却回水流道502-3；

冷却水回水管路：冷却液从水冷流道流出101-1，通过止推板200进入第一水冷槽405-1为径向轴承止推面405进行冷却；冷却液由第一水冷槽405-1流出，经过第一外壳水冷回水流道406-4进入径向轴承405上多条第二水冷槽405-4，为径向轴承405径向气浮面冷却，在第二水冷槽405-4内沿径向轴承405循环一周后从第二外壳水冷回水流道406-5排出进入水冷套外壳508，通过第一水冷外套回水流道508-3进入水冷螺旋槽507-1为电机线圈509冷却，由第二水冷外套回水流道508-4排出，通过后端盖冷却回水流道502-3从冷却水出口505排出高速气浮磨削主轴。

参见图13，止推轴承101上还设有止推轴承压缩空气排气管路101-7；止推板200上还设有止推板压缩空气排气管路200-3；径向轴承405上还设有第一径向轴承排气管路405-8、第二径向轴承排气管路405-9；

止推轴承排出气体进入V型排气槽302-4、第一排气槽302-6；由第二径向轴承排气管路405-9、止推板压缩空气排气管路200-3、止推轴承压缩空气排气管路101-7，经环形密封端盖301与密封端盖104组成的迷宫型密封排出高速气浮磨削主轴；径向轴承上排出的压缩空气进入第二径向排气槽302-9，经过第一径向轴承排气管路405-8排出径向轴承405；压缩空气经过电机磁体303与电机线圈509，由消音器503排出高速气浮磨削主轴。

本发明的高速气浮磨削主轴运动速度及精度更高，整个轴系径向刚度及倾斜刚度更高，能够承受较大径向力场合，适用于精密磨削加工，加工精度更高，加工表面粗糙度更优，使用寿命更长。

本发明的高速气浮磨削主轴径向上共设置3个径向轴承，每个径向轴承上设置双排节流器，每排节流器共有12个，单个轴承长度与轴径之比为5:4时轴承刚度及稳定性最优，轴承径向尺寸58mm，轴向长度72mm。单边间隙为14μm，单个轴承径向刚度最大为45N/μm，总径向刚度为135N/μm，此时受外部载荷时，转轴偏心率最低。

参见图15，图中为不同气膜间隙下外部施加载荷与转轴偏心量变化曲线。当施加相同载荷相同时，气膜间隙14μm转轴偏心量最低，轴承性能最优。

参见图16，图中为不同气膜间隙下偏心量与转轴刚度变化曲线。当转轴达到相同偏心变化量时，气膜厚度(单边间隙)为14～16μm时，刚度最大，轴承性能最优。

以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，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 (5)

1.一种高速气浮磨削主轴，包括止推轴承组件、止推板、转轴组件、径向轴承组件和电机组件，其特征在于：止推轴承组件通过螺钉经止推板过渡与径向轴承组件连接组成高速气浮磨削主轴的止推气浮轴承与径向气浮轴承；

转轴组件安装在止推轴承组件、止推板与径向轴承组件内部，转轴组件与止推轴承组件及径向轴承组件之间组装形成间隙，压缩空气可经节流器进入间隙中将转轴组件浮起，为转轴组件提供轴向支撑与径向支撑，并减小转轴组件与止推轴承组件、止推板、径向轴承组件之间摩擦力；

电机组件安装在高速气浮磨削主轴后端与径向轴承组件通过螺钉连接，为转轴组件高速运动提供回转驱动力；

止推轴承组件、径向轴承组件与电机组件上设有水冷槽，为高速气浮磨削主轴运动过程中轴承部分及电机部分散热，保证运动精度及平稳性；

电机组件上安装有霍尔传感器，监测转轴组件运动中转速；

所述高速气浮磨削主轴径向上共设置3个径向轴承，每个径向轴承上设置双排节流器，每排节流器共有12个，单个径向轴承长度与轴径之比为5:4，单边间隙为14μm；

所述止推轴承组件包括止推轴承、第一密封圈、第一节流器、密封端盖、第二密封圈、第三密封圈、堵塞，止推轴承上设有水冷流道、第一气室、第一V型均压槽、水冷及空气流道；密封端盖上设有第一环形沟槽、第二环形沟槽；

密封端盖通过螺钉安装在止推轴承上，密封端盖上第一环形沟槽、第二环形沟槽与转轴组件上环形密封端盖配合形成迷宫型密封，防止水汽及切削液进入高速气浮磨削主轴内部；

止推轴承上设有水冷流道，为止推轴承进行冷却；

止推轴承上设有第一气室，为将要流入气浮面的压缩空气提供临时储存空间；

密封端盖上设有密封圈安装沟槽，第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈安装在止推轴承与密封端盖接触面位置，为水冷流道及第一气室密封，防止冷却液及压缩空气泄漏；

止推轴承上安装有多个第一节流器，压缩空气从第一气室经由第一节流器进入气浮面；止推轴承上设有V型均压槽，防止高压下产生气锤；止推轴承上设有水冷及空气流道；堵塞安装在止推轴承上，用于止推轴承上工艺孔密封；

所述转轴组件由环形密封端盖、转轴、电机磁体组成，所述转轴上设有锥形定位孔、螺纹孔、止推气浮前端面、V型排气槽、止推气浮后端面、第一排气槽、径向第一排气槽、径向轴承气浮面、第二径向排气槽；

所述环形密封端盖用螺钉固定在转轴上，与止推轴承组件上密封端盖共同组成迷宫型密封；

所述电机磁体通过厌氧胶粘在转轴尾端，为转轴组件提供回转驱动力；

所述转轴设有锥形定位孔，为磨头或刀具提供轴向及径向定位；所述转轴设有螺纹孔，用来固定磨头或刀具；所述转轴设有止推气浮前端面及止推气浮后端面，为转轴轴向前后止推气浮面；压缩空气进入止推气浮前端面及止推气浮后端面将转轴组件沿轴向浮起；所述转轴设有V型排气槽，止推气浮前端面及止推气浮后端面上部分压缩空气由V型排气槽排出；所述转轴设有径向轴承气浮面，压缩空气进入径向轴承气浮面将转轴组件沿径向浮起；转轴上设有第一排气槽、径向第一排气槽、第二径向排气槽，径向轴承气浮面压缩空气由此处排出转轴；

所述径向轴承组件由第二堵塞、第四密封圈、第五密封圈、第二节流器、径向轴承、外壳、第三节流器、第六密封圈组成，所述径向轴承上设有第一水冷槽、第二气室、第三气室、第二水冷槽、第二V型均压槽；

所述径向轴承通过螺钉与外壳连接；所述径向轴承端面安装有多个第二节流器；所述径向轴承上设有第一水冷槽及多条第二水冷槽，为径向轴承提供冷却；所述径向轴承与外壳接触面安装有第四密封圈及第五密封圈，为第一水冷槽及第二气室提供密封；所述径向轴承上安装有多个第二堵塞，密封径向轴承上气浮及水冷管路工艺孔；所述径向轴承上安装有多排第三节流器，为径向轴承径向气浮面供气；所述径向轴承上设有多个第三气室，储存即将进入径向气浮面的压缩空气；所述径向轴承每个第三气室与第二水冷槽之间均安装有第六密封圈，防止压缩空气及冷却液泄漏；所述径向轴承上设有第二V型均压槽，防止压缩空气压力过高产生气锤。

2.根据权利要求1的一种高速气浮磨削主轴，其特征在于：所述电机组件由压缩空气进气口、后端盖、消音器、冷却水进口、冷却水出口、第七密封圈、电机水冷套、水冷套外壳、电机线圈、第八密封圈组成；所述电机水冷套上设有水冷螺旋槽；

所述后端盖上安装有压缩空气进气口、消音器、冷却水进口、冷却水出口；所述后端盖通过螺钉与水冷套外壳、电机水冷套连接；所述电机水冷套上设有水冷螺旋槽，水冷螺旋槽两端安装有第七密封圈及第八密封圈，防止冷却液泄露；所述电机线圈采用环氧树脂灌封于电机水冷套内部；所述电机线圈上安装有霍尔传感器，可实时监测高速气浮磨削主轴转速。

3.根据权利要求1的一种高速气浮磨削主轴，其特征在于：所述止推轴承上还设有止推轴承冷却进水管路、止推轴承压缩空气进气管路；所述止推板上设有止推板冷却液进水管路、止推板进气管路；所述径向轴承上还设有径向轴承冷却进水管路、径向轴承进气管路；所述外壳上设有外壳冷却水进水管路、第一外壳进气管路、第二外套进气管路；所述后端盖上设有后端盖冷却进水管路、后端盖进气管路；所述水冷套外壳上设有水冷外套水冷进水管路、水冷外套进气管路；

所述冷却水由冷却水进口进入高速气浮磨削主轴，先后流经后端盖冷却进水管路、水冷外套水冷进水管路、外壳冷却水进水管路、径向轴承冷却进水管路、止推板冷却液进水管路、止推轴承冷却进水管路，最终进入水冷流道，为止推轴承冷却；

所述压缩空气由压缩空气进气口进入高速气浮磨削主轴，先后流经后端盖进气管路、水冷外套进气管路、第一外壳进气管路、第二外套进气管路、径向轴承进气管路、止推板进气管路、止推轴承压缩空气进气管路进入第一气室及第三气室，为止推轴承及径向轴承供气。

4.根据权利要求1的一种高速气浮磨削主轴，其特征在于：所述外壳上还设有第一外壳水冷回水流道、第二外壳水冷回水流道；所述水冷套外壳上还设有第一水冷外套回水流道、第二水冷外套回水流道；所述后端盖上设有后端盖冷却回水流道；

所述冷却液从水冷流道流出，通过止推板进入第一水冷槽为径向轴承止推面进行冷却；冷却液由第一水冷槽流出，经过第一外壳水冷回水流道进入径向轴承上多条第二水冷槽，为径向轴承径向气浮面冷却，在第二水冷槽内沿径向轴承循环一周后从第二外壳水冷回水流道排出进入水冷套外壳，通过第一水冷外套回水流道进入水冷螺旋槽为电机线圈冷却，由第二水冷外套回水流道排出，通过后端盖冷却回水流道从冷却水出口排出高速气浮磨削主轴。

5.根据权利要求1的一种高速气浮磨削主轴，其特征在于：所述止推轴承上还设有止推轴承压缩空气排气管路；所述止推板上还设有止推板压缩空气排气管路；所述径向轴承上还设有第一径向轴承排气管路、第二径向轴承排气管路；

所述止推轴承排出气体进入V型排气槽、第一排气槽；由第二径向轴承排气管路、止推板压缩空气排气管路、止推轴承压缩空气排气管路，经环形密封端盖与密封端盖组成的迷宫型密封排出高速气浮磨削主轴；所述径向轴承上排出的压缩空气进入第二径向排气槽，经过第一径向轴承排气管路排出径向轴承；压缩空气经过电机磁体与电机线圈，由消音器排出高速气浮磨削主轴。