CN117404471A - 一种用于主轴的气封结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于主轴的气封结构，包括：轴芯、壳体和气封螺母组件；轴芯包括插入壳体的第一部分和与壳体形成迷宫密封的第二部分；第二部分朝向壳体的一侧设有结合壳体形成迷宫密封的第一凸台；壳体设有用于与轴芯的第一凸台形成迷宫密封的第一凹槽；气封螺母组件包括锁紧螺母和密封套；锁紧螺母上部分向外凸出形成带有螺纹的外沿与壳体连接；锁紧螺母具有一用于嵌合密封套的腔室，腔室的内壁沿着径向向内延伸出与密封套配合的第一台阶，第一台阶向内的一侧设有第二凹槽；轴芯的第二部分朝向壳体的一侧还设有与第二凹槽形成迷宫密封的第二凸台。本结构可实现迷宫密封、气幕密封和压紧轴承。本发明还提供了一种如上所述气封结构的装配方法。

Description

一种用于主轴的气封结构及其装配方法

技术领域

本发明涉及主轴气封结构的技术设备领域，特别是涉及一种用于主轴的气封结构及其装配方法。

背景技术

机械主轴指的是机床上带动工件旋转的轴，通常由主轴、轴承和传动件等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩。而电主轴则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，主轴包括电主轴本身及其附件。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来。

对于机械主轴或者电主轴是否能够保持长寿命、稳定、高效率的运作来说，其中的气封结构起着十分重要的作用。目前市场上绝大多数机械主轴、电主轴采用的气封结构通常设计在前压盖上，这样的设计一旦气封结构失效，机床加工过程中的切削液、油雾和粉尘将进入轴承，那么就会使得轴承润滑失效，更为严重则会出现卡死的情况。且在设计中前压盖需要与轴承、隔套、壳体的组合公差配磨，否则前压盖无法保证压到轴承外圈。这样就容易产生一些弊端，具体来说：一方面，现有的主轴气封结构通常设计在前压盖上，前压盖与壳体需要采用螺钉连接，这必然减少了轴芯与前压盖之间一到二层迷宫密封结构；轴承预紧效果差、防护功能单一、防水防尘表现一般。另一方面，存在着轴芯窜动的风险，容易导致轴承加速损坏，在后续加工过程中打造出来的零件精度也难以得到保证。当生产工艺得不到精准控制时，整根主轴极容易受到影响而发生损坏，无论主轴或者主轴轴承价格都十分高昂。这不仅让生产工序步骤变得繁杂，也使保养维修成本大幅增加。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种用于主轴的气封结构，能够提升主轴的防护性能，可以达到主轴密封有效、轴承预紧可靠的优良效果。

本发明所要解决的主要技术问题是还提供一种如上所述气封结构的装配方法，该装配方法可使轴承预紧到位，简化气封结构的装配步骤，提高气封结构的装配效率。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种用于主轴的气封结构，包括：轴芯、壳体和气封螺母组件；所述轴芯包括：插入壳体的第一部分以及与壳体前端形成迷宫密封的第二部分；所述第二部分朝向壳体的一侧设置有结合壳体形成迷宫密封的第一凸台；所述壳体前端设有用于与所述轴芯的第一凸台形成迷宫密封的第一凹槽；所述气封螺母组件，包括锁紧螺母和密封套；所述锁紧螺母上部分沿着径向向外凸出形成一圈带有螺纹的外沿与所述壳体连接；所述锁紧螺母具有一用于嵌合密封套的腔室，所述腔室的内壁沿着径向向内延伸出与所述密封套配合的第一台阶，所述第一台阶沿着径向向内的一侧设置有第二凹槽；所述轴芯的第二部分朝向壳体的一侧还设置有与所述第二凹槽形成迷宫密封的第二凸台。

在一较佳实施例中：所述轴芯的第二部分朝向壳体的一侧还设置有用于配合所述壳体前端外壁面端部以形成迷宫密封的的凸台外端；所述轴芯在第一部分和第二部分的连接处设有第二台阶，所述第二台阶用于贴合轴承内圈。

在一较佳实施例中：所述第一凸台和第二凸台之间还设置有一连接部，所述连接部用于配合所述壳体前端内侧和气封螺母组件以形成迷宫密封和气幕密封。

在一较佳实施例中：所述轴芯与壳体前端形成迷宫密封的第二部分的外侧设置有径向向内形成凹陷用于导流切削液的第一斜凹槽。

在一较佳实施例中：所述壳体前端内侧设有螺纹，通过螺接方式连接所述气封螺母组件的外沿；所述壳体前端外壁面设置有用于导流切削液第二斜凹槽和用于通气至所述壳体内部与气封螺母组件、轴芯形成气幕密封的通孔。

在一较佳实施例中：所述密封套包括：上端面和下端面；上端面径向向外延伸形成的外圆，所述上端面的外圆和下端面与设于锁紧螺母腔室内的第一台阶贴合用于导通气路；所述密封套上端面均匀分布用于出气与所述轴芯和壳体形成气幕密封的圆孔。

在一较佳实施例中：所述锁紧螺母的下部分外壁侧面设有通气孔，所述通气孔用于导通所述壳体通入的气体进入所述密封套内。

在一较佳实施例中：所述气封结构还包括轴承；所述气封螺母组件的锁紧螺母压紧轴承外圈，且压紧轴承外圈后所述气封螺母组件的端面高于壳体的端面。

在一较佳实施例中：在所述锁紧螺母的第二凹槽的位置还设有用于配合锁紧工装的第一工艺孔。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种如上所述气封结构的装配方法：采用锁紧工装进行装配；所述锁紧工装远离圆心的外壁面设有径向向内凹陷且用于配合勾形扭矩扳手的凹槽部；所述锁紧工装还包括第二工艺孔，所述第二工艺孔设于锁紧工装的内侧，用于插入销钉与所述气封螺母组件的锁紧螺母的第一工艺孔配合以压紧轴承；

所述装配方法包括如下步骤：

(1)将所述壳体固定在三爪卡盘上，再把隔圈组件和轴承依次装入所述壳体内腔；

(2)对齐锁紧螺母的第一工艺孔和锁紧工装的第二工艺孔，并在如上所述的工艺孔中插入销钉，然后运用所述锁紧工装通过所述凹槽部与勾型扳手的配合将气封螺母组件与轴承外圈锁紧；锁紧任务完毕后取走锁紧工装；

(3)把所述轴芯冷压入壳体、气封螺母组件、轴承和隔圈组件中，直至所述轴芯的第二台阶与轴承内圈贴合。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.本发明提供了一种用于主轴的气封结构，通过气封螺母组件与轴芯、壳体及其内部构造的台阶、凸台和凹槽之间的相互配合，将迷宫密封、气幕密封和压紧轴承多项功能集成于一体，大大提升防护性能。

2.本发明提供了一种用于主轴的气封结构，气封螺母组件与壳体采用螺接配合，可确保壳体内的轴承外圈能够被有效预紧，防止轴芯窜动；且通过公差把控使气封螺母组件端面高于壳体端面，有效防止液体粉尘流入轴承，避免轴承等零部件的损耗；相比传统结构，此设计结构更为简单、紧凑，利于安装，可节约材料和人工成本。

3.本发明还提供了一种用于主轴的气封结构的装配方法，采用锁紧工装来辅助装配，通过插入销钉到气封螺母组件的工艺孔中，利用勾型扳手与锁紧工装的凹槽部二者之间的配合，能够将轴承预紧到位，简化了气封结构的装配步骤，同时提高了气封结构的装配效率。

附图说明

图1为本发明优选实施例1中气封结构密封原理的示意图；

图2为本发明优选实施例1中轴芯的剖面图；

图3为本发明优选实施例1中壳体的剖面图；

图4为本发明优选实施例1中气封螺母组件的剖面图；

图5为本发明优选实施例1中锁紧螺母的剖面图；

图6为本发明优选实施例1中锁紧螺母的俯视图；

图7为本发明优选实施例1中密封套的剖面图；

图8为图1中A处的局部放大图；

图9为本发明优选实施例2中锁紧工装的俯视图；

图10为本发明优选实施例2中安装气封螺母组件的示意图；

图11为本发明优选实施例2中冷压入轴芯的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参考图1-图8，本实施例提供了一种用于主轴的气封结构，包括：轴芯1、壳体2和气封螺母组件3；所述轴芯1包括：插入壳体2的第一部分11以及与壳体2前端形成迷宫密封的第二部分12；所述第二部分12朝向壳体2的一侧设置有用于结合壳体2形成迷宫密封的第一凸台122；所述壳体2前端设有用于与所述轴芯1的第一凸台122形成迷宫密封的第一凹槽21；所述气封螺母组件3包括锁紧螺母31和密封套32；所述锁紧螺母31上部分311沿着径向向外凸出形成一圈带有螺纹的外沿3111与所述壳体2连接；所述锁紧螺母31具有一用于嵌合密封套32的腔室313，所述腔室313的内壁沿着径向向内延伸出与所述密封套32配合的第一台阶3131，所述第一台阶3131沿着径向向内的一侧设置有第二凹槽3132；所述轴芯1的第二部分12朝向壳体2的一侧还设置有与所述第二凹槽3132形成迷宫密封的第二凸台124。

更为具体来说是，所述轴芯1包括：插入壳体2的第一部分11以及与壳体2前端形成迷宫密封的第二部分12；所述第二部分12朝向壳体2的一侧设置有2个第一凸台122，可结合壳体2的第一凹槽21形成迷宫密封。在本实施例中，所述第一凸台122设置于第二部分12朝向壳体2的一侧上的数量至少为1个，在本实施例中所述第一凸台122的数量以2个为例具体说明。所述轴芯1的第二部分12朝向壳体2的一侧还设置有与所述气封螺母组件3形成迷宫密封的第二凸台124。详细的，所述第二凸台124与所述气封螺母组件3的锁紧螺母31的第二凹槽3132形成迷宫密封。

进一步的，所述轴芯1的第二部分12朝向壳体2的一侧的边缘处设置有用于配合所述壳体2前端外壁面端部以形成迷宫密封的凸台外端121。所述第一凸台122和第二凸台124之间还设置有一连接部123，所述连接部123用于配合所述壳体2前端内侧和气封螺母组件3以形成迷宫密封和气幕密封。所述轴芯1的第二部分12的外侧壁面设置有第一斜凹槽125，所述第一斜凹槽125径向向内形成凹陷用于导流切削液，可有效导流切削液至斜凹槽处，防止液体进入机身内部。所述轴芯1在第一部分11和第二部分12的连接处设有第二台阶13，所述第二台阶13用于压紧轴承4的轴承内圈42。

进一步的，所述壳体2前端设有用于与所述轴芯1的第一凸台122形成迷宫密封的第一凹槽21，所述第一凹槽21与所述第一凸台122是相适应的关系。那么可以理解在本实施例中，能够形成迷宫密封配合关系的第一凸台122和第一凹槽21的数量不仅仅局限于附图中所示的2个，所述第一凸台122和第一凹槽21相配合以形成迷宫密封在数量上的表现是至少为1个，由实际使用需求来设计其具体数量，还可以是3个或4个或5个或6个。在所述壳体2前端内侧靠近气封螺母组件3外沿3111的壁面设有规格为M63×1，深度13的第一螺纹24，通过螺接方式连接所述气封螺母组件3的锁紧螺母31的外沿3111。所述壳体2前端外壁面设置有第二斜凹槽22和通孔23，所述第二斜凹槽22可有效导流切削液至斜凹槽处，防止液体进入机身。所述通孔23直径为4mm，在通孔23上方设有G1/8的螺纹孔，可用于连接气接头。此处，所述壳体2的通孔23可通过连接气接头进行通气至壳体2内部，利用所述轴芯1的连接部123、壳体2前端内侧、气封螺母组件3三者的相互配合形成气幕密封。

所述气封螺母组件3由锁紧螺母31和密封套32热套涂胶压装组成。所述气封螺母组件3、轴芯1、壳体2三者相配合形成了迷宫密封和气幕密封，通过多层防护有效防止液体和粉尘进入机身内部，从而保护机身内部轴承4等零件、提高产品寿命。

具体来说，在本实施例中所述气封螺母组件3的锁紧螺母31还包括上部分311、下部分312和腔室313。所述锁紧螺母31上部分311沿着径向向外凸出形成一圈带有螺纹的外沿3111与所述壳体2前端内侧相连接。所述锁紧螺母31的腔室313用于嵌合所述密封套32，所述腔室313的内壁沿着径向向内延伸出与所述密封套32配合的第一台阶3131，所述第一台阶3131沿着径向向内的一侧设置有第二凹槽3132；值得说明的是，所述第二凹槽3132与所述轴芯1的第二凸台124配合形成迷宫密封。所述锁紧螺母31的下部分312设有直径为2mm的通气孔3121，所述通气孔3121用于导通从所述壳体2的通孔23输入来的气体使之进入到所述气封螺母组件3的密封套32内，气体再经通气孔3121进入到机身内，在所述轴芯1的连接部123的位置，通过所述轴芯1的连接部123、壳体2前端内侧、气封螺母组件3三者的配合从而形成气幕密封。在所述锁紧螺母31的第二凹槽3132的位置还设有2个直径为3mm用于配合锁紧工装5的第一工艺孔3133，所述第一工艺孔3133不贯穿于所述气封螺母组件3。

展开来说，所述密封套32包括：上端面321和下端面322。上端面321径向向外延伸形成的外圆3212。所述密封套32上端面321的外圆3212连接所述锁紧螺母31的上部分311的内侧壁面，且所述下端面322与设于所述锁紧螺母31腔室313内的第一台阶3131贴合，用于导通气路，为形成气幕密封提供有力的条件支持。所述密封套32上端面321均匀分布24个直径为1mm的圆孔3211，所述圆孔3211用于出气，配合所述轴芯1的连接部123、壳体2前端内侧、气封螺母组件3三者以形成气幕密封。

所述气封结构还包括轴承4。通过对公差的把控，所述气封螺母组件3的锁紧螺母31压紧轴承4的轴承外圈41，且压紧轴承4的轴承外圈41后所述气封螺母组件3的端面高于壳体2的端面0.2mm，即可防止轴芯1窜动同时端面的高度差有效防止液体和粉尘进入机身内部。详细地，在本实施例中可以理解，在所述气封螺母组件3的锁紧螺母31压紧所述轴承4的轴承外圈41后，此时，所述气封螺母组件3靠近轴芯1连接部123这一侧的端面高于所述壳体2前端内侧靠近轴芯1连接部123这一侧的端面，且高度差值为0.2mm。

实施例2

参考图9-图11，本实施例提供了一种如上所述的气封结构的装配方法：采用锁紧工装5进行装配；所述锁紧工装5远离圆心的外侧壁面设有径向向内凹陷且用于配合勾形扭矩扳手的凹槽部51；所述锁紧工装5还包括第二工艺孔52，所述第二工艺孔52设于锁紧工装5上，用于插入销钉6与所述气封螺母组件3的锁紧螺母31的第一工艺孔3133配合以压紧轴承4。

更为具体来说是，在本实施例中安装如上所述气封螺母组件3需要用到一锁紧工装5。所述锁紧工装5，包括：凹槽部51、第二工艺孔52和用于抵接气封螺母组件3的第一端部。所述锁紧工装5从俯视图来看，形状接近于一个圆形，为了能更好的描述所述锁紧工装5，在本实施例中所述锁紧工装5从俯视图来看其中心位置称为圆心。所述凹槽部51设于远离锁紧工装5圆心的外侧壁面，且径向向内凹陷。所述凹槽部51用于配合勾形扭矩扳手以扳动锁紧工装5进行运转。详细地，所述凹槽部51设于所述锁紧工装5外侧壁面上的数量至少为1个，在本实施例中所述凹槽部51设于所述锁紧工装5外侧壁面上的数量为3个，且3个凹槽部51的凹陷形状一样，之间的间隔均等。

所述第二工艺孔52设于所述靠近锁紧工装5圆心的位置。在本实施例中，所述第二工艺孔52设于所述锁紧工装5上的数量为2个，且相对分布，直径均为3mm，同时所述第二工艺孔52贯穿于锁紧工装5。所述第二工艺孔52可用于插入销钉6，与所述气封螺母组件3的锁紧螺母31的第一工艺孔3133形成配合以压紧轴承4。作为本实施例中的简单替换，所述第二工艺孔52设于所述锁紧工装5上的数量至少为1个，实施例以2个为例具体说明。应当注意的是，在本实施例中所述第二工艺孔52设于所述锁紧工装5上的数量与所述第一工艺孔3133设于锁紧螺母31上的数量相等，第一工艺孔3133和第二工艺孔52二者是相对应的关系。可以理解，当我们梳理清楚上述锁紧工装5的构造之后，有助于我们在安装气封螺母组件3的过程中能够快速的上手装配。在本实施例中所述装配方法包括如下步骤：

(1)首先将所述壳体2后端固定在三爪卡盘上，再把隔圈组件7和轴承4依次装入所述壳内腔。

(2)接着是把气封螺母组件3的锁紧螺母31的下部分312这一端部朝向轴承4，并装进壳体2内腔初步抵接轴承4的轴承外圈41，然后将锁紧工装5卡设在壳体2内腔且挤压气封螺母组件3。

(3)此时需要对齐锁紧螺母31的第一工艺孔3133和锁紧工装5的第二工艺孔52，并在如上所述的工艺孔中插入事先备好的销钉6，所述销钉6的孔径和长度与如上所述工艺孔相适配。然后使勾形扭矩扳手的勾形端部卡设在所述锁紧工装5的凹槽部51上，接着通过外界的作用力转动勾形扭矩扳手的柄端以扳动锁紧工装5。受外界作用力不断增大的影响，气封螺母组件3与轴承4的轴承外圈41逐渐锁紧，当所述锁紧工装5停止运转，且扭矩扳手显示已达到设定的预紧扭矩时，此时所述气封螺母组件3与轴承4的轴承外圈41已完全锁紧，在锁紧任务完毕后取走锁紧工装5和销钉6。

(4)把所述轴芯1冷压入壳体2内，依次穿过所述气封螺母组件3、轴承4和隔圈组件7，直至所述轴的第二台阶13与轴承4的轴承内圈42紧密贴合。

完成上述步骤之后，此时，所述气封螺母组件3靠近轴芯1的连接部123这一侧的端面高于所述壳体2前端内侧靠近轴芯1的连接部123这一侧的端面，且高度差值为0.2mm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种用于主轴的气封结构，其特征在于，包括：轴芯、壳体和气封螺母组件；所述轴芯包括：插入壳体的第一部分以及与壳体前端形成迷宫密封的第二部分；所述第二部分朝向壳体的一侧设置有结合壳体形成迷宫密封的第一凸台；所述壳体前端设有用于与所述轴芯的第一凸台形成迷宫密封的第一凹槽；

所述气封螺母组件，包括锁紧螺母和密封套；所述锁紧螺母上部分沿着径向向外凸出形成一圈带有螺纹的外沿与所述壳体连接；所述锁紧螺母具有一用于嵌合密封套的腔室，所述腔室的内壁沿着径向向内延伸出与所述密封套配合的第一台阶，所述第一台阶沿着径向向内的一侧设置有第二凹槽；所述轴芯的第二部分朝向壳体的一侧还设置有与所述第二凹槽形成迷宫密封的第二凸台。

2.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述轴芯的第二部分朝向壳体的一侧还设置有用于配合所述壳体前端外壁面端部以形成迷宫密封的的凸台外端；所述轴芯在第一部分和第二部分的连接处设有第二台阶，所述第二台阶用于贴合轴承内圈。

3.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述第一凸台和第二凸台之间还设置有一连接部，所述连接部用于配合所述壳体前端内侧和气封螺母组件以形成迷宫密封和气幕密封。

4.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述轴芯与壳体前端形成迷宫密封的第二部分的外侧设置有径向向内形成凹陷用于导流切削液的第一斜凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述壳体前端内侧设有螺纹，通过螺接方式连接所述气封螺母组件的外沿；所述壳体前端外壁面设置有用于导流切削液第二斜凹槽和用于通气至所述壳体内部与气封螺母组件、轴芯形成气幕密封的通孔。

6.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述密封套包括：上端面和下端面；上端面径向向外延伸形成外圆，所述上端面的外圆和下端面与设于锁紧螺母腔室内的第一台阶贴合用于导通气路；所述密封套上端面均匀分布用于出气与所述轴芯和壳体形成气幕密封的圆孔。

7.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述锁紧螺母的下部分外壁侧面设有通气孔，所述通气孔用于导通所述壳体通入的气体进入所述密封套内。

8.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：所述气封结构还包括轴承；所述气封螺母组件的锁紧螺母压紧轴承外圈，且压紧轴承外圈后所述气封螺母组件的端面高于壳体的端面。

9.根据权利要求1所述的一种用于主轴的气封结构，其特征在于：在所述锁紧螺母的第二凹槽的位置还设有用于配合锁紧工装的第一工艺孔。

10.一种权利要求9所述的气封结构的装配方法，其特征在于：采用锁紧工装进行装配；所述锁紧工装远离圆心的外壁面设有径向向内凹陷且用于配合勾形扭矩扳手的凹槽部；所述锁紧工装还包括第二工艺孔，所述第二工艺孔设于锁紧工装的内侧，用于插入销钉与所述气封螺母组件的锁紧螺母的第一工艺孔配合以压紧轴承；

所述装配方法包括如下步骤：

(1)将所述壳体固定在三爪卡盘上，再把隔圈组件和轴承依次装入所述壳体内腔；

(2)对齐锁紧螺母的第一工艺孔和锁紧工装的第二工艺孔，并在如上所述的工艺孔中插入销钉，然后运用所述锁紧工装通过所述凹槽部与勾型扳手的配合将气封螺母组件与轴承外圈锁紧；锁紧任务完毕后取走锁紧工装；

(3)把所述轴芯冷压入壳体、气封螺母组件、轴承和隔圈组件中，直至所述轴芯的第二台阶与轴承内圈贴合。