CN116372198A - 一种具有预紧结构的电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有预紧结构的电主轴，其包括：基座、转子、轴承以及预紧组件，所述转子可转动地设于所述基座的内部，所述轴承套设于所述转子上，所述轴承的外圈与所述基座的内壁抵持，所述轴承的内圈与所述转子的外表面抵持。其中，所述预紧组件套设于所述转子上，且所述预紧组件抵持于所述轴承的一侧端面，所述轴承另一侧的端面抵持于所述基座上。该具有预紧结构的电主轴能够在使用过程中始终保持对轴承的预紧作用，从而降低温度变化对轴承预紧的影响，提高电主轴的旋转精度。

Description

一种具有预紧结构的电主轴

技术领域

本发明涉及主轴技术领域，特别是涉及一种具有预紧结构的电主轴。

背景技术

电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。

在使用过程中，电主轴配合角接触轴承使用，轴承都需要预紧才能使用。传统的预紧方式是在轴承两侧设置于主轴连接的轴套，以实现对轴承的固定夹持预紧。但是随着电主轴高速旋转，产生的热量会被主轴吸收，使得主轴温度升高并受热膨胀，电主轴在轴线方向上的长度发生变化。这导致轴承的预紧失效，旋转时精度降低，严重时甚至可能引起主轴窜动。

为此，如何设计一种具有预紧结构的电主轴，使其能够在使用过程中始终保持对轴承的预紧作用，从而降低温度变化对轴承预紧的影响，提高电主轴的旋转精度，这是该领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种具有预紧结构的电主轴，使其能够在使用过程中始终保持对轴承的预紧作用，从而降低温度变化对轴承预紧的影响，提高电主轴的旋转精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有预紧结构的电主轴，其包括：基座、转子、轴承以及预紧组件，所述转子可转动地设于所述基座的内部，所述轴承套设于所述转子上，所述轴承的外圈与所述基座的内壁抵持，所述轴承的内圈与所述转子的外表面抵持；

所述预紧组件套设于所述转子上，且所述预紧组件抵持于所述轴承的一侧端面，所述轴承另一侧的端面抵持于所述基座上。

在其中一个实施例中，所述轴承的数量为两个，两个所述轴承沿所述转子的轴线方向分布；所述轴承为角接触轴承结构。

在其中一个实施例中，所述预紧组件包括：紧固件、外卡箍以及弹性簧片；

所述紧固件上设有若干螺钉，所述紧固件通过所述螺钉夹持所述转子；

所述外卡箍套设于所述紧固件上，所述外卡箍与所述基座的内壁之间存在间隙，所述外卡箍上开设有与所述螺钉相对应的避让通孔；

所述弹性簧片设于所述紧固件与所述轴承之间，所述紧固件的侧壁上开设有阶梯槽，所述弹性簧片的一端抵持于所述阶梯槽上，所述弹性簧片的另一端抵持于所述轴承上。

在其中一个实施例中，所述弹性簧片的横截面为V形结构。

在其中一个实施例中，所述预紧组件包括：紧固件、套接件以及活动件；

所述紧固件上设有若干螺钉，所述紧固件通过所述螺钉夹持所述转子，所述紧固件上开设有第一容纳槽；

所述套接件套设于所述转子的外表面，所述套接件与所述紧固件相互卡持，且所述套接件处于所述紧固件与所述活动件之间；

所述活动件滑动设于所述第一容纳槽内，所述活动件的一端与所述第一容纳槽的内壁抵持，所述活动件的另一端与所述套接件配合，所述活动件设有第二容纳槽；

所述第一容纳槽与所述第二容纳槽组合形成密闭温感空腔，所述密闭温感空腔内设有石蜡。

在其中一个实施例中，所述套接件包括主导热片以及与所述主导热片连通的从导热片，所述主导热片贴合于所述转子的外表面，所述从导热片位于所述密闭温感空腔内；

所述主导热片与所述从导热片之间形成第一卡槽和第二卡槽，所述第一卡槽与所述紧固件卡持，所述第二卡槽与所述活动件滑动配合。

在其中一个实施例中，所述套接件为铜材质结构。

在其中一个实施例中，所述活动件上设有密封圈，所述密封圈抵持于所述第一容纳槽的内壁。

在其中一个实施例中，所述预紧组件包括外环，所述外环套设于所述紧固件上，且所述外环的外表面抵持于所述基座的内壁上，所述外环上设有若干圆滚柱，若干所述圆滚柱处于所述外环与所述紧固件之间。

综上，本发明的具有预紧结构的电主轴能够在使用过程中始终保持对轴承的预紧作用，从而降低温度变化对轴承预紧的影响，提高电主轴的旋转精度。

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些实施例，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为本发明的一种具有预紧结构的电主轴的结构示意图；

图2为本发明的具有预紧结构的电主轴的局部剖视图；

图3为本发明的具有预紧结构的电主轴的局部放大示意图；

图4为实施例一中预紧组件的结构示意图；

图5为图4所示的预紧组件的分解示意图；

图6为实施例一中预紧组件在工作时的状态示意图；

图7为实施例二中预紧组件的结构示意图；

图8为图7所示的预紧组件的分解示意图；

图9为图7所示的预紧组件的局部剖视图；

图10为实施例二中预紧组件在工作时的状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种具有预紧结构的电主轴10，旨在解决使用过程中由于温度变化而导致轴承预紧失效的问题，进而提高电主轴的旋转精度。如图1、图2及图3所示，该具有预紧结构的电主轴10的主要结构包括：基座100、转子200、轴承300以及预紧组件400，转子200可转动地设于基座100的内部，轴承300套设于转子200上，轴承300的外圈与基座100的内壁抵持，轴承300的内圈与转子200的外表面抵持。

其中，预紧组件400套设于转子200上，且预紧组件400抵持于轴承300的一侧端面，轴承300另一侧的端面抵持于基座100上。也就是说，轴承300一侧受到基座100的阻挡无法运动，另一侧又受到预紧组件400的阻挡。同时，预紧组件400会给轴承300提供一定的推力(即预紧力)，以防止轴承300在转子200旋转过程中发生抖动。

传统的预紧结构并不能自适应发生变化。使用过程中，当电主轴(也就是本发明的转子200)高速旋转，主轴的温度升高并且受热膨胀，主轴在轴线方向上的长度发生变化，这使得传统的预紧结构与轴承300分离，导致预紧失效，轴承300容易发生抖动。(要说明的是，热量同样会传递到轴承300上，但是材质以及所吸收热量大小不同，轴承300的热胀冷缩变化相对于主轴可以忽略不计)。而本发明的预紧组件400能够做出自适应变化，当主轴在轴线方向上的长度发生变化时，预紧组件400自适应调节，并始终给轴承300一定的预紧力，从而保证了转子200的旋转精度。在本发明中对预紧组件400给出了两种不同的实施例，具体如下。

实施例一：

如图4及图5所示，预紧组件400包括：紧固件410、外卡箍420、以及弹性簧片430。其中，紧固件410上设有若干螺钉411，紧固件410通过螺钉411夹持转子200，当转子200转动时，紧固件410会随之一起旋转。外卡箍420套设于紧固件410上，外卡箍420与基座100的内壁之间存在间隙，外卡箍420上开设有与螺钉411相对应的避让通孔421，工作人员使用工具，透过避让通孔421对螺钉411进行转动，以拧紧或者拧松螺钉411。弹性簧片430设于紧固件410与轴承300之间，紧固件410的侧壁上开设有阶梯槽412，弹性簧片430的一端抵持于阶梯槽412上，弹性簧片430的另一端抵持于轴承300上。

组装后，预紧组件400的弹性簧片430压持在轴承300的一侧，且轴承300的另一侧抵持在基座100的内壁上(如图6所示)。使用时，当转子200高速旋转，其温度升高并且受热膨胀，转子200在轴线方向上的长度发生变化，则轴承300与预紧组件400之间会出现微小的空隙。此时，弹性簧片430在自身弹性力作用下会撑开，以弥补出现的空隙。当然，变化后的弹性簧片430依旧抵持于轴承300的一侧，并为其提供一定的推力(只不过该推力相比于变化前力度要小)。

这样，通过弹性簧片430的弹性特征，可以在转子200热膨胀后将出现的空隙弥补，从而保持对轴承300的预紧力，避免了轴承300与预紧组件400分离而发生抖动的现象。

优选的，在其中一个实施例中，弹性簧片430的横截面为V形结构。V形结构的弹性簧片430便于加工，且其上各处对轴承300的推力都是均匀的，有利于均匀施力。当然V形结构的弹性簧片430也可以由两个弹簧圈组合形成。

但是，实施例一仍存在以下弊端：转子200轴线长度变化后，弹性簧片430同样发生变化，而变化后的弹性簧片430对轴承300的抵持力减弱；当转子200受到轴线方向的冲击、或者轴线方向抖动程度较大时，轴承300给到弹性簧片430的反向推力便有可能克服其弹性力，使得弹性簧片430发生弹性形变。也就是说，变化后，预紧组件400给到轴承300的预紧力降低，导致其稳定性也相应降低。为了克服上述缺陷，本发明在实施例二中对预紧组件400做了改进。

实施例二：

如图7、图8及图9所示，预紧组件400包括：紧固件410、套接件440以及活动件450。其中，紧固件410上设有若干螺钉411，紧固件410通过螺钉411夹持转子200；并且，在紧固件410上开设有第一容纳槽413。套接件440套设于转子200的外表面，套接件440与紧固件410相互卡持，且套接件440处于紧固件410与活动件450之间。活动件450滑动设于第一容纳槽413内，活动件450的一端与第一容纳槽413的内壁抵持，活动件450的另一端与套接件440配合，活动件450设有第二容纳槽451。而且，第一容纳槽413与第二容纳槽451组合形成密闭温感空腔401(如图10所示)，密闭温感空腔401内设有石蜡(图未示)。要说明的是，石蜡应当填充满整个密闭温感空腔401，并且在常温下石蜡为固体，当转子200高速旋转发热后，石蜡会吸热融化为液体。

优选的，如图9所示，套接件440包括主导热片441以及与主导热片441连通的从导热片442，主导热片441贴合于转子200的外表面，从导热片442处在密闭温感空腔401内。并且，主导热片441与从导热片442之间形成第一卡槽443和第二卡槽444，第一卡槽443与紧固件410卡持，第二卡槽444与活动件450滑动配合。套接件440的设计原理将在下文予以说明。

该实施例的预紧组件400的工作原理如下：

组装后，预紧组件400的紧固件410与套接件440紧贴转子200，活动件450抵持在轴承300上(如图10所示)；使用时，当转子200高速旋转，其温度升高并且受热膨胀，转子200在轴线方向上的长度发生变化，则轴承300与预紧组件400之间会出现微小的空隙。而与此同时，转子200的热量通过套接件440传递到密闭温感空腔401内，使得其内的石蜡融化。融化后的石蜡体积会发生膨胀，进而使得活动件450被滑动撑起，此时，撑起的活动件450仍将抵持在轴承300上，从而弥补出现的空隙。当转子200停止转动后，其温度冷却，转子200冷缩，石蜡重新凝固，活动件450也随之复位；

这样，随着转子200发生变化，预紧组件400也会相应发生变化，其主要是利用了石蜡融化前后体积变化的特点，使得密闭温感空腔401的体积变化，进而驱动活动件450在一定程度内做伸缩运动，以弥补温度升高后轴承300与预紧组件400之间出现的空隙，从而保持对轴承300的预紧力，避免了轴承300与预紧组件400分离而发生抖动的现象。

要强调的是，相比于实施例一，本实施例的预紧组件400在变化后仍能够给轴承300提供较强的预紧力，这是因为，与弹性簧片430的弹性形变特性不同，该实施例的石蜡融化后，其可压缩性差(压缩系数低)。因此，预紧组件400变化后，活动件450与轴承300之间仍属于“刚性抵持”，预紧组件400能够为轴承300提供稳定的预紧力。

还要说明的是，为配合活动件450的滑动，套接件440的结构是经过特别设计的。第一卡槽443与紧固件410卡持，两者之间的间隙为曲折的通道，这样有利于实现密封，从而防止石蜡外溢；第二卡槽444与活动件450滑动配合，当活动件450滑动时，活动件450的端部始终在第二卡槽444内，第二卡槽444起到了引导作用，同时两者之间的间隙为曲折的通道，还可以实现良好的密封效果。另外，设置主导热片441以及从导热片442是为了实现更好的热传递，主导热片441与转子200有着较大的接触面积，从导热片442与石蜡有着较大的接触面积，这样有利于将转子200的热量传递给石蜡。

优选的，套接件440为铜材质结构。一方面。铜材料的质地较软，活动件450滑动过程中不容易磨损；另一方面，铜材料的导热性能好，这使得套接件440能够更快地向石蜡传递热量。

在其中一个实施例中，如图8及图9所示，预紧组件400包括外环460，外环460套设于紧固件410上，且外环460的外表面抵持于基座100的内壁上，外环460上设有若干圆滚柱461，若干圆滚柱461处于外环460与紧固件410之间。当转子200旋转时，紧固件410会跟着一起旋转，外环460及其圆滚柱461的作用类似于轴承，其可以确保紧固件410在旋转过程中的稳定性，保证其转动中心始终为基座100内孔的圆心。

在其中一个实施例中，为了实现良好的密封效果，活动件450上设有密封圈452(如图9所示)，密封圈452抵持于第一容纳槽413的内壁。密封圈452可以增强活动件450与紧固件410之间的密封性，防止石蜡外溢，以确保预紧组件400正常工作。

在其中一个实施例中，如图3及图6所示，轴承300的数量为两个，两个轴承300沿转子200的轴线方向分布，即如图所示，两个轴承300并排设置。而且，为了使得转子200具有较好的抵抗轴向方向冲击力的性能，轴承300为角接触轴承结构，同时两个角接触轴承的方向相对设置。

综上所述，本发明的一种具有预紧结构的电主轴10，能够在使用过程中始终保持对轴承的预紧作用，从而降低温度变化对轴承预紧的影响，提高电主轴的旋转精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种具有预紧结构的电主轴，其特征在于，包括：基座、转子、轴承以及预紧组件，所述转子可转动地设于所述基座的内部，所述轴承套设于所述转子上，所述轴承的外圈与所述基座的内壁抵持，所述轴承的内圈与所述转子的外表面抵持；

所述预紧组件套设于所述转子上，且所述预紧组件抵持于所述轴承的一侧端面，所述轴承另一侧的端面抵持于所述基座上。

2.根据权利要求1所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述轴承的数量为两个，两个所述轴承沿所述转子的轴线方向分布；所述轴承为角接触轴承结构。

3.根据权利要求1所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述预紧组件包括：紧固件、外卡箍以及弹性簧片；

所述紧固件上设有若干螺钉，所述紧固件通过所述螺钉夹持所述转子；

所述外卡箍套设于所述紧固件上，所述外卡箍与所述基座的内壁之间存在间隙，所述外卡箍上开设有与所述螺钉相对应的避让通孔；

所述弹性簧片设于所述紧固件与所述轴承之间，所述紧固件的侧壁上开设有阶梯槽，所述弹性簧片的一端抵持于所述阶梯槽上，所述弹性簧片的另一端抵持于所述轴承上。

4.根据权利要求3所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述弹性簧片的横截面为V形结构。

5.根据权利要求1所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述预紧组件包括：紧固件、套接件以及活动件；

所述紧固件上设有若干螺钉，所述紧固件通过所述螺钉夹持所述转子，所述紧固件上开设有第一容纳槽；

所述套接件套设于所述转子的外表面，所述套接件与所述紧固件相互卡持，且所述套接件处于所述紧固件与所述活动件之间；

所述活动件滑动设于所述第一容纳槽内，所述活动件的一端与所述第一容纳槽的内壁抵持，所述活动件的另一端与所述套接件配合，所述活动件设有第二容纳槽；

所述第一容纳槽与所述第二容纳槽组合形成密闭温感空腔，所述密闭温感空腔内设有石蜡。

6.根据权利要求5所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述套接件包括主导热片以及与所述主导热片连通的从导热片，所述主导热片贴合于所述转子的外表面，所述从导热片位于所述密闭温感空腔内；

所述主导热片与所述从导热片之间形成第一卡槽和第二卡槽，所述第一卡槽与所述紧固件卡持，所述第二卡槽与所述活动件滑动配合。

7.根据权利要求6所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述套接件为铜材质结构。

8.根据权利要求5所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述活动件上设有密封圈，所述密封圈抵持于所述第一容纳槽的内壁。

9.根据权利要求5所述的具有预紧结构的电主轴，其特征在于，所述预紧组件包括外环，所述外环套设于所述紧固件上，且所述外环的外表面抵持于所述基座的内壁上，所述外环上设有若干圆滚柱，若干所述圆滚柱处于所述外环与所述紧固件之间。

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