CN114101719A - 一种轴承预紧力调节装置、电主轴及机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴承预紧力调节装置，属于机床设备技术领域，该调节装置包括：驱动电源，套设于轴体上的第一电磁线圈、磁致伸缩件和第二电磁线圈，磁致伸缩件位于第一电磁线圈和第二电磁线圈之间。当驱动电源驱动第一电磁线圈和第二电磁线圈之间的磁场强度发生变化时，磁致伸缩件沿轴体的轴向产生轴向涨缩，对轴体的轴承施加轴向作用力。该调节装置可以根据电主轴不同的工况对轴承的预紧力进行实时调节，而且结构简单、稳定性好、可靠性高。本发明还提供包括上述轴承预紧力调节装置的电主轴以及机床。

Description

一种轴承预紧力调节装置、电主轴及机床

技术领域

本发明涉及机床设备技术领域，尤其涉及一种轴承预紧力调节装置、电主轴及机床。

背景技术

高速、精密一直是机床发展的目标，电主轴作为机床的核心部件，将机床主轴与主轴电机融为一体，实现了机床的“零传动”，对机床的加工精度和加工效率有着重要的影响。电主轴在不同的工况下，对于温升和支承刚度的要求有不同的侧重，因此需要不同的轴承预紧力与之相适应。合适的轴承预紧力不仅可以有效地控制轴承的温升、提高轴承寿命，而且可以大幅改善噪声与振动。

公开号为CN111633220A中国专利申请，公开了一种电主轴轴承轴向紧固力的调节组件、电主轴和加工设备。其滑块活动槽内设置有油压腔，端盖上开设有注油通道，通过注油通道注入油压腔内的液压油推动滑动组件朝向轴承外圈移动至压紧位置。调节组件可减少对外圈紧固量的计算和端盖的反复拆卸配磨。

此种方案虽能实现对轴承预紧力的调节，但结构复杂、密封要求严格，且不能实现不同工况下轴承的实时预紧力调节。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种轴承预紧力调节装置，该调节装置可以根据电主轴不同的工况对轴承的预紧力进行实时调节，而且结构简单、稳定性好、可靠性高。

一种轴承预紧力调节装置，包括：驱动电源，套设于轴体上的第一电磁线圈、磁致伸缩件和第二电磁线圈，所述磁致伸缩件位于所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈之间；

当所述驱动电源驱动所述第一电磁线圈和第二电磁线圈之间的磁场强度发生变化时，所述磁致伸缩件沿所述轴体的轴向产生轴向涨缩，对设置于所述轴体上的轴承施加轴向作用力。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一电磁线圈包括：第一线圈绕组和N个设置在所述第一线圈绕组上第一支撑块；

所述第二电磁线圈包括：第二线圈绕组和N个设置在所述第二线圈绕组上第二支撑块；

所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组分别连接所述驱动电源，使得所述第一电磁线圈和第二电磁线圈之间形成磁场回路，所述N为大于一的偶数。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一线圈绕组呈环状结构，N个所述第一支撑块沿所述第一线圈绕组的周向分布在所述第一线圈绕组上；

所述第二线圈绕组呈环状结构，N个所述第二支撑块沿所述第二线圈绕组的周向分布在所述第二线圈绕组上。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一线圈绕组上包括N个沿线圈绕组周向分布的第一子线圈，相邻两个第一子线圈间设置有一个所述第一支撑块；其中，相邻两个第一子线圈的电流方向相反，两个相邻的第一子线圈在第一支撑块上所产生的磁场叠加形成磁极，且任意两个相邻的第一支撑块的磁极方向相反；

所述第二线圈绕组上包括N个沿线圈绕组周向分布的第二子线圈，相邻两个第二子线圈间设置有一个所述第二支撑块；其中，相邻两个第二子线圈的电流方向相反，两个相邻的第二子线圈在第二支撑块上所产生的磁场叠加形成磁极，且任意两个相邻的第二支撑块的磁极方向相反。

在本发明较佳的技术方案中，在所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组上，位于同一轴向的第一支撑块和第二支撑块的磁极相反。

在本发明较佳的技术方案中，所述磁致伸缩件为环状伸缩主体，所述环状伸缩主体采用的材质包括：磁流变弹性体。

在本发明较佳的技术方案中，所述磁致伸缩件包括M个伸缩块，所述伸缩块采用的材质包括：磁流变弹性体。

在本发明较佳的技术方案中，所述伸缩块固定在所述第一支撑块和/或所述第二支撑块上；所述M为大于一的整数，所述M与所述N相等或不等。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一支撑块和所述第二支撑块上均设有定位凸起，所述第一支撑块和所述第二支撑块上的所述定位凸起相对设置；

所述伸缩块上设有定位孔，所述定位孔与所述定位凸起相适配，通过所述定位孔与所述定位凸起的相互配合，使得所述伸缩块固定在所述第一支撑块与所述第二支撑块之间。

在本发明较佳的技术方案中，还包括隔磁罩，所述隔磁罩套设在所述轴体上且靠近所述轴承设置，所述隔磁罩中设有容置腔，所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈以及所述磁致伸缩件均设置在所述容置腔中。

在本发明较佳的技术方案中，所述隔磁罩包括第一壳体、第二壳体、第一盖板和第二盖板；

所述第一壳体和所述第二壳体均为环状结构，所述第二壳体的内径大于所述第一壳体的外径，所述第一壳体套设在所述轴体上，所述第二壳体设置在所述第一壳体外围，所述第一壳体与所述第二壳体之间形成所述容置腔，所述容置腔沿轴向相背的两侧分别设有开口；所述第一盖板和所述第二盖板分别设置在所述容置腔两侧的开口处；

当所述磁致伸缩件发生轴向涨缩时，所述第一盖板或所述第二盖板由于所述磁致伸缩件的涨缩而沿所述轴体的轴向发生移动。

在本发明较佳的技术方案中，所述隔磁罩包括环状的隔磁主体和第三盖板，所述隔磁主体设置在所述轴体上，所述隔磁主体上设有环状的所述容置腔，所述容置腔靠近所述轴承的一侧开口，所述第三盖板设置所述容置腔的开口处；

当所述磁致伸缩件发生轴向涨缩时，所述第三盖板由于所述磁致伸缩件的涨缩而沿所述轴体的轴向发生移动。

本发明的目的之二是提供一种电主轴，该电主轴包括轴体、轴承座、轴承挡肩以及轴承，该轴承挡肩、该轴承座均固定在该轴体上，该轴承安装在该轴承座上且位于该轴承挡肩一侧；

该电主轴还包括如上所述的任一种预紧力调节装置。该预紧力调节装置可以根据电主轴的转速、负载对电主轴的轴承的预紧力进行实时调节，因此轴承的使用寿命长，电主轴的工作稳定性高，有利于实现零件的高效精密加工。

在本发明较佳的技术方案中，该轴承包括轴承外圈和轴承内圈，该轴承外圈靠近该轴承挡肩一侧设置，该预紧力调节装置设置在该轴承外圈与该轴承挡肩之间。

在本发明较佳的技术方案中，该轴承座靠近电主轴的外壳体设置，该预紧力调节装置设置在电主轴的该外壳体与该轴承座之间。

本发明的目的之三是提供一种机床，该机床包括主轴、电机以及如上所述的任一种电主轴，该电机设置在该主轴的一侧，该电主轴设置在该电机和该主轴之间，将该电机和该主轴结合。

采用上述电主轴的机床，主轴运行稳定可靠，可以提高零件的加工精度和加工效率。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种轴承预紧力调节装置，该调节装置通过第一电磁线圈、第二电磁线圈以及驱动电源产生磁场，通过改变两个电磁线圈中的电流大小以改变磁场的强度，通过磁致伸缩件作为预紧力调剂的载体，当磁场的强度发生改变时，磁致伸缩件沿轴体的轴向发生轴向涨缩，涨缩的磁致伸缩件对轴承施加轴向的作用力，因此可以改变轴承的预紧力。磁致伸缩件作用在轴承上的作用力大小随磁场强度的大小而改变，因此在应用过程中，根据轴承的安装轴体的不同工况实时改变两个电磁线圈的电流大小，以调节磁场的强弱，即可实现实时调节轴承的预紧力。而且该调节装置通过控制磁场来控制轴承预紧力，无需在轴承的安装轴体上设置密封部件，整个装置结构简单、稳定性好、可靠性高。

本发明还提供了包括上述预紧力调节装置的电主轴，该电主轴可以根据自身的转速、负载对轴承的预紧力进行实时调节，因此轴承的使用寿命长，电主轴的工作稳定性高，有利于实现零件的高效精密加工。

本发明还提供了包括上述电主轴的机床，该机床的主轴运行稳定，可以提高零件的加工精度和加工效率。

附图说明

图1是本发明提供的轴承预紧力调节装置安装在轴体上的结构示意图；

图2是本发明的实施例1中的轴承预紧力调节装置与隔磁罩配合的爆炸图；

图3本发明的实施例1中的轴承预紧力调节装置与隔磁罩配合的结构示意图；

图4是本发明提供的第一电磁线圈的结构示意图；

图5是本发明提供的第一支撑块安装在导磁体上的结构示意图；

图6是本发明的实施例2中的磁致伸缩块与实施例3中的隔磁罩配合的爆炸图；

图7是本发明的实施例2中的磁致伸缩块的结构示意图；

图8是本发明提供的第一电磁线圈、第二电磁线圈之间的磁场的原理图；

图9是本发明提供的轴承预紧力调节装置安装在电主轴的轴承外圈轴承挡肩之间的结构示意图；

图10是本发明提供的轴承预紧力调节装置安装在电主轴的外壳体轴承座之间的结构示意图。

附图标记：

100、第一电磁线圈；110、第一支撑块；120、第一线圈绕组；200、磁致伸缩件；210、伸缩块；300、第二电磁线圈；310、第二支撑块；320、第二线圈绕组；400、轴体；500、轴承；510、轴承外圈；520、轴承内圈；530、轴承座；540、轴承挡肩；600、隔磁罩；610、第一盖板；620、第二壳体；630、第一壳体；640、第二盖板；650、隔磁主体；651、容置腔；660、第三盖板；700、外壳体；1101、定位凸起；1201、第一子线圈；1202、导磁体；2101、定位孔；3201、第二子线圈。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

如图1-图5所示，一种轴承预紧力调节装置，包括：驱动电源，套设于轴体400上的第一电磁线圈100、磁致伸缩件200和第二电磁线圈300，该磁致伸缩件200位于该第一电磁线圈100和该第二电磁线圈300之间。本申请的附图未示出所述驱动电源。该预紧力调节装置设置在轴体400的轴承500一侧，该第一电磁线圈100和第二电磁线圈300用于产生的强度可调节的磁场。更具体地，所述驱动电源通过连接电流调节器，所述电流调节器连接分别与所述第一电磁线圈100、所述第二电磁线圈300电联接。操作人员通过所述电流调节器调节流经该第一电磁线圈100和第二电磁线圈300的电流大小，以改变两个电磁线圈所产生的磁场强弱。

当该第一电磁线圈100和第二电磁线圈300之间的磁场强度发生变化时，该磁致伸缩件200沿该轴体400的轴向产生轴向涨缩，对设置于该轴体400上的轴承500施加轴向作用力。通过两个电磁线圈电流的增大，两个电磁线圈产生的磁场强度将会增大，该磁致伸缩件200的轴向膨胀也会变大，对该轴承500的作用力也会更大。需要说明的是，此处的轴向作用力可以是该磁致伸缩件200直接作用在轴承500上的，也可以是该磁致伸缩件200的涨缩通过其他物件间接作用在该轴承500上的。

上述一种轴承预紧力调节装置，该调节装置通过第一电磁线圈100和第二电磁线圈300以及驱动电源产生磁场，通过改变两个电磁线圈中的电流大小以使磁场的强度发生改变。通过磁致伸缩件200作为预紧力调节的载体，当磁场的强度发生改变时，磁致伸缩件200沿轴体400的轴向产生轴向涨缩，涨缩的磁致伸缩件200对轴承500施加轴向的作用力，因此可以改变轴承500的预紧力。磁致伸缩件200作用在轴承500上的作用力的大小随磁场强度的大小而改变，因此在实际应用过程中，根据轴承500的安装轴体400的不同工况实时改变两个电磁线圈的电流大小，以调节磁场的强弱，即可实现实时调节轴承500的预紧力。而且该调节装置通过控制磁场来控制轴承500预紧力，无需在轴承500的安装轴体400上设置密封部件，整个装置结构简单、稳定性好、可靠性高。

更具体地，所述第一电磁线圈100和所述第二电磁线圈300之间产生磁场，磁场是从所述第一电磁线圈100出发，回到所述第二电磁线圈300，或从所述第二电磁线圈300出发，回到所述第一电磁线圈100，即两个线圈之间的磁极相互相反，从而形成完整的磁场回路。需要说明的是，所述第一电磁线圈100、所述第二电磁线圈300中远离所述轴承500的电磁线圈是固定的，靠近所述轴承500一侧的电磁线圈可沿所述轴体400的轴向移动，当该磁致伸缩件200在磁场中沿该轴体400的轴向膨胀时，靠近该轴承500的电磁线圈沿该轴体400的轴向移动，轴承500受到轴向的作用力，内圈和外圈之间的距离缩小，配合更紧密，预紧力提高。需要说明的是，当该第一电磁线圈100和该第二电磁线圈300通电时，靠近该轴承500的电磁线圈是抵接在该轴承500上的，同样地，此处的抵接可以是电磁线圈直接与该轴承500相接触，也可以是该轴承500与电磁线圈之间设有其他部件，电磁线圈通过该部件间接与轴承500相接触。

示例性的，在实际应用中，该第一电磁线圈100包括：第一线圈绕组120和N个设置在所述第一线圈绕组120上的第一支撑块110；该第二电磁线圈300包括：第二线圈绕组320和N个设置在所述第二线圈绕组320上的第二支撑块310，N为大于1的偶数。

该第一线圈绕组120和该第二线圈绕组320通电后，在该第一电磁线圈100和第二电磁线圈300之间形成磁场回路。更具体地，该第一线圈绕组120和该第二线圈绕组320的结构相似，均包括导磁体1202和线圈，该导磁体1202为环状的一体式结构，因此该第一线圈绕组120和该第二线圈绕组320均为环状结构，该导磁体1202可以采用铁合金制成。该导磁体1202上缠绕有线圈绕组。该第一支撑块110和该第二支撑块310均为该导磁体1202表面凸起的结构，支撑块与导磁体1202的材质可以是相同的，而且支撑块可以与导磁体1202是一体式的，也可以是在该导磁体1202成型后通过工艺加工固定在该导磁体1202上的。

该第一支撑块110和该第二支撑块310一方面可以汇聚线圈绕组的磁场，另一方面凸起的该第一支撑块110、该第二支撑块310起支撑和传递该磁致伸缩件200的形变的作用。另外该轴承500的动态/静态力也通过该第一支撑块110、该第二支撑块310传递到该磁致伸缩件200上。更具体地，为了使该磁致伸缩件200和该轴承500均匀受力，N个该第一支撑块110沿该第一线圈绕组120的周向分布在该第一线圈绕组120上；N个该第二支撑块310沿该第二线圈绕组320的周向均布在该第二线圈绕组320上。

结合图4、图8对第一电磁线圈100、第二电磁线圈300的工作原理进行具体说明。所述第一线圈绕组120上包括N个沿线圈绕组周向分布的第一子线圈1201，相邻两个第一子线圈1201间设置有一个所述第一支撑块110；其中，相邻两个第一子线圈1201的电流方向相反，两个相邻的第一子线圈1201在第一支撑块110上所产生的磁场叠加形成磁极，且任意两个相邻的第一支撑块110的磁极方向相反；

所述第二线圈绕组320上包括N个沿线圈绕组周向分布的第二子线圈3201，相邻两个第二子线圈3201间设置有一个所述第二支撑块310；其中，相邻两个第二子线圈3201的电流方向相反，两个相邻的第二子线圈3201在第二支撑块310上所产生的磁场叠加形成磁极，且任意两个相邻的第二支撑块310的磁极方向相反。

更具体地，每个线圈绕组上的子线圈均分成多段的，其中子线圈可以延伸至支撑块底部或者缠绕在两块支撑块之间。由于在任意一个电磁线圈上，相邻两个子线圈之间的电流方向都是相反的，根据安倍定则可知，通电螺线管两端分别形成N、S极。因此电流方向相反的两个相邻的子线圈相接的两端的磁性相同，相同磁性的磁场在支撑块所在的位置上相互叠加，形成磁极。而相邻两个支撑块上的磁极相反，则同一电磁线圈上任意另个支撑块间可形成一个具有N、S极的磁体。更具体地，相邻两段线圈之间可以是串联或者并联，使得相邻两个支撑块的磁极方向相反。需要说明的是，相邻两个线圈之间的电流大小可以是相同的。

支撑块在线圈绕组上设置得越多，支撑和传递该磁致伸缩件200的形变的作用效果就越好。但是支撑块在线圈绕组上设置得越多，则意味着线圈在导磁体1202上分段布置得越多，整个线圈绕组的结构越复杂，生产成本也会变高。为了在生产成本与该支撑块的作用之间取得平衡，该支撑块的数量可根据导磁体1202的直径设计成4、6或8个，更具体地，同一电磁线圈上相邻两个支撑块之间的弧长距离相等，弧长距离为10cm-35cm。

进一步地，该第一支撑块110和该第二支撑块310的数量相等且位于同一轴向位置是一一对应的；轴向对应的该第一支撑块110和该第二支撑块310的磁极相反。两两对应且磁极方向相反设置的两个支撑块，使得磁场由一个支撑块经过该磁致伸缩件200流向另一个支撑块，磁场可以更好地使该磁致伸缩件200膨胀。

在一种实施方式中，该磁致伸缩件200为环状伸缩主体，该环状伸缩主体采用的材质包括磁流变弹性体。本实施例中，该磁致伸缩件200为采用磁流变弹性体制成环状结构，磁流变弹性体在克服了磁流变液沉降、稳定性差及密封等问题的同时，保留了磁流变材料刚度、阻尼可控的性质，即其弹性、剪切储能模量与损耗因子等可控，而且还具有可控可逆、响应迅速、稳定性好、制备成本低等独特的优点。在限位情况下，磁流变弹性体因刚度的调整，表现为对轴承的作用力的强弱不同。

示例性的，在实际应用中，该预紧力调节装置还包括隔磁罩600，该隔磁罩600套设在该轴体400上且靠近该轴承500设置，该隔磁罩600中设有容置腔651，该第一电磁线圈100、该第二电磁线圈300以及该磁致伸缩件200均设置在该容置腔651中。该隔磁罩600起到减少该第一电磁线圈100、该第二电磁线圈300产生的磁场泄露的作用，另一方面，也可以减少机床中的定子线圈和转子磁钢对磁致伸缩件200的影响，提高轴承500的预紧力控制精度。

在一种实施方式中，该隔磁罩600包括第一壳体630、第二壳体620、第一盖板610和第二盖板640；

该第一壳体630和该第二壳体620均为环状结构，该第二壳体620的内径大于该第一壳体630的外径，该第一壳体630套设在该轴体400上，该第二壳体620设置在该第一壳体630外围，该第一壳体630与该第二壳体620之间形成该容置腔651，该容置腔651沿轴向相背的两侧分别设有开口，即与轴承平行的两侧面设有开口；

该第一盖板610和该第二盖板640分别设置在该容置腔651的两侧开口处，该第一电磁线圈100、该磁致伸缩件200以及该第二电磁线圈300均设置在该容置腔651中，当该磁致伸缩件200发生轴向涨缩时，该第一盖板610或该第二盖板640由于该磁致伸缩件200的涨缩而沿该轴体400的轴向发生移动。更具体地，该第一壳体630和该第二壳体620在安装时径向受到限位，因此该第一壳体630和该第二壳体620之间可以形成容置腔651，径向限位可以借助机床的其他部件来完成，由于此为现有技术，因此在此不对其进行赘述。该第一壳体630和该第二壳体620固定形成容置腔651后，该第一盖板610和该第二盖板640分别设置在该容置腔651的两侧开口处。且该第一盖板610、该第二盖板640与该容置腔651的两侧开口之间为间隙配合，而远离轴承500的一侧应设有固定装置，防止该磁致伸缩件200的形变使得该第一盖板610或该第二盖板640往远离该轴承500的一侧移动，不能对轴承500起施加轴向预紧力的作用。间隙配合的盖板在该磁致伸缩件200的形变作用下，沿该轴体400轴向移动，对轴承500施加轴向的预紧力。

本发明还提供一种电主轴，该电主轴包括轴体400、轴承座530、轴承挡肩540以及轴承500，该轴承挡肩540、该轴承座530均固定在该轴体400上，该轴承500安装在该轴承座530上且位于该轴承挡肩540一侧，还包括如上所述的预紧力调节装置。

该电主轴的预紧力调节装置可以根据电主轴的转速、负载，通过一定的逻辑算法控制磁场强度的大小，对轴承500的预紧力进行实时调节，轴承的使用寿命长，电主轴的工作稳定性高，有利于实现零件的高效精密加工。

具体实施过程如下：

电主轴在低速重载工况下，轴承的支撑刚度与旋转精度随之降低，同时噪声与振动也会增大，从而影响加工质量，此时需要增大轴承预紧力。增大流经所述第一电磁线圈100、所述第二电磁线圈300的电流以增强磁场强度，进而使所述磁致伸缩件200的膨变大，该预紧力调节装置对轴承的轴向作用力即变大。实际应用中，通过检测器检测轴承的实时状况，当电主轴的控制器检测到轴承的振动反馈信号过大或温升反馈信号过高时，通过逻辑控制器，计算出所述第一电磁线圈100、所述第二电磁线圈300所需的实时电流，此实时电流即为对应工况下的目标电流值。通过电流调节器调节流经所述第一电磁线圈100、所述第二电磁线圈300的电流使其达到目标电流值。此时，在磁场作用下，由磁流变弹性体制成的所述磁致伸缩件200内部颗粒被磁化后，产生相互作用力。在磁流变弹性体受到形变时，这些磁力在其内部形成反向力矩，增强材料抵抗变形的能力。远离该轴承500的电磁线圈由于被固定而无法移动，靠近该轴承500的电磁线圈在该磁致伸缩件200得形变作用下向轴承一侧移动进而对轴承施加轴向作用力，因此可以使轴承外圈预紧力增大，刚度提高，并且磁流变弹性体在磁场的作用下阻尼特性也会发生相应改变，实时衰减振动，从而提高所述轴承的支撑刚度与旋转精度。

高速轻载工况时，轴承支撑刚度与旋转精度都有所提高，但是温升也会随之加大，过高的温度不但会烧伤轴承、卡死滚动体，而且会大大降低轴承的使用寿命，此时需要减小轴承预紧力，即减小通过所述第一电磁线圈100、所述第二电磁线圈300的电流，作用过程与低速重载正好相反，轴承预紧力的降低，刚度随之降低，温升也相应降低，从而提高了轴承使用寿命。此处磁流变弹性体的形变较小时，轴承在自身结构的作用下，会推动电磁线圈向远离自身的一侧运动，轴承预紧力会降低。

低速重载与高速轻载两种工况下，通过磁流变弹性体磁致伸缩效应，该磁致伸缩件200不仅刚度特性发生改变，而且阻尼特性也发生改变，因此不仅起到实时调节预紧力的作用，而且还可以实时衰减振动，从而提高了电主轴的综合性能。

如图9所示，进一步地，该轴承500包括轴承外圈510和轴承内圈520，该轴承外圈510靠近该轴承挡肩540一侧设置，该预紧力调节装置设置在该轴承外圈510与该轴承挡肩540之间。

该轴承挡肩540起定位和固定轴承500、预紧力调节装置的作用。该轴承挡肩540使得该磁致伸缩件200的形变可以作用在该轴承500上，使轴承500的内圈和外圈之间在该第一电磁线圈100、该第二电磁线圈300产生的磁场改变时，由于该磁致伸缩件200的形变而产生相对的轴向位移，预紧力得以改变。本申请该磁致伸缩件200的形变是作用在该轴承外圈510的。

进一步地，如图10所示，作为另一种实施例，该轴承座530靠近该电主轴的外壳体700设置，该预紧力调节装置设置在电主轴的该外壳体700与该轴承座530之间。本实施例中，该磁致伸缩件200形变时，作用在该轴承内圈520上，使该轴承内圈520向该轴承外圈510靠近，以达到改变该轴承500的预紧力的目的。

本发明还提供一种机床，该机床包括主轴、电机以及如上所述的电主轴，该电机设置在该主轴的一侧，该电主轴设置在该电机和该主轴之间，将该电机和该主轴结合。该机床通过该电主轴将机床主轴与主轴电机融为一体，实现了机床的“零传动”。并且采用了上述电主轴的机床的主轴运行稳定可靠，可以提高零件的加工精度和加工效率。

实施例2

如图6-7所示，该实施例仅描述与实施例1的不同之处，其余技术特征与上述实施例相同。进一步地，该磁致伸缩件200包括M个伸缩块210，所述M为大于一的整数，所述M与所述N相等或不等。即该伸缩块210的数量与该第一电磁线圈100或该第二电磁线圈300上的该支撑块数量相同或不同。作为一种更优的实施方式，该伸缩块210的数量与任意一个电磁线圈上的支撑块的数量相同。该伸缩块210采用磁流变弹性体材料制成，所述伸缩块210固定在所述第一支撑块110或所述第二支撑块310上。更进一步地，所述第一支撑块110和所述第二支撑块310上均设有定位凸起1101，所述第一支撑块110和所述第二支撑块310上的所述定位凸起1101相对设置；每个该伸缩块210上均设有定位孔2101，该定位孔2101与该定位凸起1101相适配，该伸缩块210通过该定位孔2101与该定位凸起1101的相互配合固定在该第一支撑块110与该第二支撑块310之间。需要说明的是，本申请中所述定位孔2101可以是贯穿所述伸缩块210的通孔，也可以是设置在所述伸缩块210相对两侧面的两个盲孔，两个盲孔分别与所述定位凸起1101相适配。

在本实施例中，该磁致伸缩件200不是整体式的结构，而是包括多个分体式的伸缩块210，每一个伸缩块210分别与一个第一支撑块110、一个第二支撑块310对应。即该伸缩块210设置在相对的该第一支撑块110、一个该第二支撑块310之间。改变该第一电磁线圈100和该第二电磁线圈300之间的磁场大小时，该伸缩块210的形变直接作用在该第一支撑块110、第二支撑块310上，形变的传递明显直接。而且通过该定位孔2101与该定位凸起1101的相互配合，安装方便，还减少了材料的损耗，降低成本。

实施例3

如图6所示，该实施例仅描述与实施例1的不同之处，其余技术特征与上述实施例相同。进一步地，该隔磁罩600包括环状的隔磁主体650和第三盖板660，该隔磁主体650设置在该轴体400上，该隔磁主体650上设有环状的该容置腔651，该容置腔651一侧开口，该第三盖板660设置该容置腔651的开口处；

该第一电磁线圈100、该磁致伸缩件200以及该第二电磁线圈300均设置在该容置腔651中，当该磁致伸缩件200发生轴向涨缩时，该第三盖板660由于该磁致伸缩件200的涨缩而沿该轴体400的轴向发生移动。

本实施例中的该隔磁罩600的该隔磁主体650为整体式结构，其中该第三盖板660与该容置腔651的开口之间是间隙配合的。安装时将环状的隔磁主体650固定在该轴体400上后，再将该第一电磁线圈100、该磁致伸缩件200以及该第二电磁线圈300依次套设在该容置腔651中，当该第一电磁线圈100、该第二电磁线圈300之间的磁场变化时，该磁致伸缩件200推动该第三盖板660向该轴承500一侧移动，对该轴承500施加预紧力。与实施例1相比，本实施例的该隔磁罩600安装更方便，稳定性更高，隔磁效果好。需要说明的是，本实施例的该隔磁罩600亦可以与实施例2中的该磁致伸缩件200搭配使用。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种轴承预紧力调节装置，其特征在于，包括：

驱动电源，套设于轴体(400)上的第一电磁线圈(100)、磁致伸缩件(200)和第二电磁线圈(300)，所述磁致伸缩件(200)位于所述第一电磁线圈(100)和所述第二电磁线圈(300)之间；

当所述驱动电源驱动所述第一电磁线圈(100)和第二电磁线圈(300)之间的磁场强度发生变化时，所述磁致伸缩件(200)沿所述轴体(400)的轴向产生轴向涨缩，对设置于所述轴体(400)上的轴承(500)施加轴向作用力。

2.根据权利要求1所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述第一电磁线圈(100)包括：第一线圈绕组(120)和N个设置在所述第一线圈绕组(120)上的第一支撑块(110)；

所述第二电磁线圈(300)包括：第二线圈绕组(320)和N个设置在所述第二线圈绕组(320)上的第二支撑块(310)；

所述第一线圈绕组(120)和所述第二线圈绕组(320)分别连接所述驱动电源，使得所述第一电磁线圈(100)和第二电磁线圈(300)之间形成磁场回路，所述N为大于一的偶数。

3.根据权利要求2所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述第一线圈绕组(120)呈环状结构，N个所述第一支撑块(110)沿所述第一线圈绕组(120)的周向分布在所述第一线圈绕组(120)上；

所述第二线圈绕组(320)呈环状结构，N个所述第二支撑块(310)沿所述第二线圈绕组(320)的周向分布在所述第二线圈绕组(320)上。

4.根据权利要求3所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述第一线圈绕组(120)上包括N个沿线圈绕组周向分布的第一子线圈(1201)，相邻两个第一子线圈(1201)间设置有一个所述第一支撑块(110)；其中，相邻两个第一子线圈(1201)的电流方向相反，两个相邻的第一子线圈(1201)在第一支撑块(110)上所产生的磁场叠加形成磁极，且任意两个相邻的第一支撑块(110)的磁极方向相反；

所述第二线圈绕组(320)上包括N个沿线圈绕组周向分布的第二子线圈(3201)，相邻两个第二子线圈(3201)间设置有一个所述第二支撑块(310)；其中，相邻两个第二子线圈(3201)的电流方向相反，两个相邻的第二子线圈(3201)在第二支撑块(310)上所产生的磁场叠加形成磁极，且任意两个相邻的第二支撑块(310)的磁极方向相反。

5.根据权利要求4所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

在所述第一线圈绕组(120)和所述第二线圈绕组(320)上，位于同一轴向的第一支撑块(110)和第二支撑块(310)的磁极相反。

6.根据权利要求1所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述磁致伸缩件(200)为环状伸缩主体，所述环状伸缩主体采用的材质包括：磁流变弹性体。

7.根据权利要求2所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述磁致伸缩件(200)包括M个伸缩块(210)，所述伸缩块(210)采用的材质包括：磁流变弹性体。

8.根据权利要求7所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述伸缩块(210)固定在所述第一支撑块(110)和/或所述第二支撑块(310)上；所述M为大于一的整数，所述M与所述N相等或不等。

9.根据权利要求8所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述第一支撑块(110)和所述第二支撑块(310)上均设有定位凸起(1101)，所述第一支撑块(110)和所述第二支撑块(310)上的所述定位凸起(1101)相对设置；

所述伸缩块(210)上设有定位孔(2101)，所述定位孔(2101)与所述定位凸起(1101)相适配，通过所述定位孔(2101)与所述定位凸起(1101)的相互配合，使得所述伸缩块(210)固定在所述第一支撑块(110)与所述第二支撑块(310)之间。

10.根据权利要求1-9任一项所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

还包括隔磁罩(600)，所述隔磁罩(600)套设在所述轴体(400)上且靠近所述轴承(500)设置，所述隔磁罩(600)中设有容置腔(651)，所述第一电磁线圈(100)、所述第二电磁线圈(300)以及所述磁致伸缩件(200)均设置在所述容置腔(651)中。

11.根据权利要求10所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述隔磁罩(600)包括第一壳体(630)、第二壳体(620)、第一盖板(610)和第二盖板(640)；

所述第一壳体(630)和所述第二壳体(620)均为环状结构，所述第二壳体(620)的内径大于所述第一壳体(630)的外径，所述第一壳体(630)套设在所述轴体(400)上，所述第二壳体(620)设置在所述第一壳体(630)外围，所述第一壳体(630)与所述第二壳体(620)之间形成所述容置腔(651)，所述容置腔(651)分别在沿轴向相背的两侧设有开口；所述第一盖板(610)和所述第二盖板(640)分别设置在所述容置腔(651)两侧的开口处；

当所述磁致伸缩件(200)发生轴向涨缩时，所述第一盖板(610)或所述第二盖板(640)由于所述磁致伸缩件(200)的涨缩而沿所述轴体(400)的轴向发生移动。

12.根据权利要求10所述的轴承预紧力调节装置，其特征在于：

所述隔磁罩(600)包括环状的隔磁主体(650)和第三盖板(660)，所述隔磁主体(650)设置在所述轴体(400)上，所述隔磁主体(650)上设有环状的所述容置腔(651)，所述容置腔(651)靠近所述轴承(500)的一侧开口，所述第三盖板(660)设置所述容置腔(651)的开口处；

当所述磁致伸缩件(200)发生轴向涨缩时，所述第三盖板(660)由于所述磁致伸缩件(200)的涨缩而沿所述轴体(400)的轴向发生移动。

13.一种电主轴，所述电主轴包括轴体(400)、轴承座(530)、轴承挡肩(540)以及轴承(500)，所述轴承挡肩(540)、所述轴承座(530)均固定在所述轴体(400)上，所述轴承(500)安装在所述轴承座(530)上且位于所述轴承挡肩(540)一侧，其特征在于：

还包括如权利要求1-12任一项所述的预紧力调节装置。

14.根据权利要求13所述的电主轴，其特征在于：

所述轴承(500)包括轴承外圈(510)和轴承内圈(520)，所述轴承外圈(510)靠近所述轴承挡肩(540)一侧设置，所述预紧力调节装置设置在所述轴承外圈(510)与所述轴承挡肩(540)之间。

15.根据权利要求13所述的电主轴，其特征在于：

所述轴承座(530)靠近所述电主轴的外壳体(700)设置，所述预紧力调节装置设置在所述电主轴的所述外壳体(700)与所述轴承座(530)之间。

16.一种机床，其特征在于：

所述机床包括主轴、电机以及如权利要求13-15任一项所述的电主轴，所述电机设置在所述主轴的一侧，所述电主轴设置在所述电机和所述主轴之间，将所述电机和所述主轴结合。

Images