CN214392369U

CN214392369U - 一种具备自动预紧的自平衡电主轴

Info

Publication number: CN214392369U
Application number: CN202120015710.7U
Authority: CN
Inventors: 王展; 祁登红
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2031-01-05

Abstract

本实用新型一种具备自动预紧的自平衡电主轴，由主轴及壳体组件、上平衡头组件、碟簧与下平衡头组件、轴承预紧力自动调节及轴承组件、冷却水及轴承润滑系统组成；电主轴随着运转的时间、负载的大小、冷却强度、轴承磨损及润滑状态的变化而发生过热、震动现象，从而影响机械设备的加工精度、产品质量；本实用新型采用震动传感器、温度传感器、轴承预紧力自动调节机构、上平衡头组件、下平衡头组件、螺旋电缆和自动控制仪及冷却水系统、轴承润滑系统协同对传动部件产生的过热、松动状态跟踪监测并自动调整冷却强度的大小、自动调整轴承预紧力、自动调整润滑状态，延长了电主轴的使用寿命，避免了停止设备运行来维修故障，提高了产品质量和生产力。

Description

一种具备自动预紧的自平衡电主轴

技术领域

本实用新型属于机床电主轴技术领域，具体涉及一种具备自动预紧的自平衡电主轴。

背景技术

电主轴是将机床主轴与主轴电动机融为一体的新技术，近年来越来越多的高速机床采用电主轴使其结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快、转速高及功率大等优点得到充分发挥。

由于机床的加工精度直接决定了零件的加工质量，因此，要保证零件的加工质量，就必须保证电主轴的运行精度；而电主轴的质量不平衡是最常见的故障之一，目前大多采用动平衡技术来解决电主轴质量不平衡振动问题；电主轴在长时间高速运转温度升高导致电主轴的运行精度降低而造成机床的加工精度下降，通常传统的调节预紧力只是利用弹簧调节且必需要停机检修调节，这不仅影响加工质量，还影响加工进度，降低生产力；综上所述，在电主轴的轴承发生变形时如何能使用自动调节预紧力的方式来保证电主轴正常的运转是要解决的关键问题。

实用新型内容

一种具备自动预紧的自平衡电主轴，由主轴组件、壳体组件、上平衡头组件、碟簧与下平衡头组件、轴承预紧力自动调节机构及轴承组件、自动平衡装置、包括定转子冷却水系统和轴承冷却水系统两部分组成的冷却水系统、轴承润滑系统组成；所述的主轴组件包括主轴、第一角接触轴承、第二角接触轴承、轴承内挡油环、轴承润滑套、上端盖、转接套筒、轴承外挡油环、转子线圈、转子固定螺母；将第一角接触轴承、第二角接触轴承从主轴的大直径端安装至主轴的凸台处，第一角接触轴承、第二角接触轴承的内环与主轴为过盈配合，第一角接触轴承、第二角接触轴承的外环与第一、二轴承固定套为过盈配合，第一、二轴承固定套与转接套筒为过盈配合，在第一角接触轴承、第二角接触轴承之间安装有轴承内挡油环、轴承润滑套，由螺钉将上端盖、轴承外挡油环安装固定在主轴上，再将转子线圈从主轴的另一端安装至主轴上，并由转子固定螺母固定；所述的壳体组件包括壳体、转接套筒、第一、二轴承固定套、定转子挡油环、定子线圈、第三、四轴承固定套；将第一、二轴承固定套安装在转接套筒的内壁，将定转子挡油环、第三、四轴承固定套安装在壳体的内壁；所述的上平衡头组件包括主轴组件、紧固螺钉、上平衡头组件，将主轴组件装入壳体组件后由紧固螺钉将上平衡头组件与主轴的端部固定连接；所述的碟簧与下平衡头组件包括碟簧、碟簧固定套、碟簧紧固螺钉、下平衡头部件、下平衡头部件紧固螺钉、电主轴接线端口、下端盖、主轴；将碟簧装在主轴上，由碟簧紧固螺钉将碟簧固定套、下端盖与壳体下端筒口固定安装，在下端盖上设置有电主轴接线端口；所述的轴承预紧力自动调节及轴承组件包括第三角接触轴承、第四角接触轴承、轴承内挡油环，轴承润滑套，弹簧、压电陶瓷柱、压电陶瓷柱固定座、压电陶瓷柱径向定位盘、第一传力盘、第二传力盘、温度传感器、轴承轴向限位螺母；将第三角接触轴承、轴承内挡油环、轴承润滑套、第四角接触轴承依次装入主轴与第三、四轴承固定套之间，第三角接触轴承、第四角接触轴承的内环与主轴为过盈配合，而其外环与第三、四轴承固定套为过盈配合，将温度传感器、第二传力盘、弹簧、第一传力盘、压电陶瓷柱径向定位盘、压电陶瓷柱固定座依次装入主轴与第三、四轴承固定套之间，并由轴承轴向限位螺母与主轴连接限位；压电陶瓷柱安装在压电陶瓷柱固定座中,并由压电陶瓷柱径向定位盘固定定位，在轴承预紧力自动调节机构中第一传力盘和第二传力盘之间安装有弹簧，压电陶瓷柱的一端与第一传力盘孔轴配合连接，压电陶瓷柱的另一端穿过开设有压电陶瓷柱定位孔的压电陶瓷柱径向定位盘与压电陶瓷柱固定座上孔轴配合连接，在第二传力盘上安装有温度传感器，用来实时监测第三、四角接触轴承温度，并将实时监测到的轴承温度数据反馈给自动控制设备，再通过设备输出控制信号进行预紧力调节；所述的弹簧、压电陶瓷柱的数量均为三个，在主轴的周向均布；所述的自动平衡装置由振动传感器、自动控制设备、上平衡头组件、下平衡头部件组成，在壳体定转子线圈对应的位置安装有振动传感器，振动传感器将振动幅值的变化传递给自动控制设备，自动平衡装置的监测设备接收到信息后启动自动平衡装置的平衡头组件和下平衡头组件来调整该不平衡量直至达到平衡；控制仪通过电连接对电主轴的自动预紧和自平衡进行自动控制；所述的冷却水系统包括定转子冷却水系统和轴承冷却水系统，所述的定转子冷却水系统由定转子冷却水道、定转子冷却水道环形槽出口及壳体内壁与定转子对应位置的冷却水环形槽组成，定转子冷却水道与定转子冷却水环形槽相连通，定转子的三个冷却水环形槽设置有连通通道，可通过外部供给冷却系统自动调整定转子冷却水系统的供水强度对定转子进行水冷降温；所述的轴承冷却水系统由转接套筒、轴承冷却水通道、第一、二轴承固定套上的冷却环形槽、下端盖组成，在转接套筒和壳体上设置有轴承冷却水通道，在第一、二轴承固定套和第三、四轴承固定套的外周设置有轴承冷却环形槽，转接套筒上的轴承冷却水通道与第一、二轴承固定套上的冷却环形槽相连通，壳体上的轴承冷却水通道与第三、四轴承固定套上的轴承冷却环形槽相连通，第三、第四轴承固定套上的冷却环形槽设置有连通通道，可通过外部供给冷却系统自动调整轴承冷却水系统的供水强度对轴承进行水冷降温；在下端盖上设置有冷却水道进水口和出水口及冷却水接嘴；所述的轴承润滑系统包括转接套筒、壳体、第一、二轴承润滑道、第一、二轴承润滑套，在转接套筒、壳体上设置有轴承润滑道，在转接套筒上的轴承润滑道直达第一、二轴承润滑套的位置，在壳体上的轴承润滑道直达第三轴承与第四轴承间的润滑套位置。

附图说明

图1为本实用新型一种具备自动预紧的自平衡电主轴结构示意图；

图2为本实用新型一种具备自动预紧的自平衡电主轴的轴承预紧力自动调节机构。

图中，1转接套筒、2轴承冷却水通道、3轴承冷却环形槽、4第一、二轴承固定套、5上端盖、6轴承外挡油环、7紧固螺钉、8上平衡头组件、9主轴、10定位螺钉、11第一角接触轴承、12轴承内挡油环、13第一、二轴承润滑套、14第一轴承润滑道、15第二角接触轴承、16转子线圈、17定转子挡油环、18定子线圈、19振动传感器、20壳体、21定转子冷却水道环形槽出口、22转子固定螺母、23第三角接触轴承、24第四角接触轴承、25弹簧、26 压电陶瓷柱、27轴承轴向限位螺母、28定转子冷却水道、29下端盖、30碟簧、31碟簧固定套、32碟簧紧固螺钉、33下平衡头组件紧固螺钉、34电主轴接线端口、35下平衡头组件、 36压电陶瓷柱固定座、37压电陶瓷柱径向定位盘、38第一传力盘、39第二传力盘、40温度传感器、41第三，四轴承固定套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

一种具备自动预紧的自平衡电主轴，由主轴组件、壳体组件、上平衡头组件、碟簧与下平衡头组件、轴承预紧力自动调节及轴承组件、自动平衡装置、冷却水系统、轴承润滑系统组成；如图1所示，所述的主轴组件包括主轴9、第一角接触轴承11、第二角接触轴承15、轴承内挡油环12、轴承润滑套13、上端盖5、转接套筒1、轴承外挡油环6、转子线圈16、转子固定螺母22；将第一角接触轴承11、第二角接触轴承15从主轴9的大直径端安装至主轴9的凸台处，第一角接触轴承11、第二角接触轴承15的内环与主轴9为过硬盈配合，第一角接触轴承11、第二角接触轴承15的外环与第一、二轴承固定套4为过盈配合，第一、二轴承固定套4与转接套筒1为过盈配合，在第一角接触轴承11、第二角接触轴承15之间安装有轴承内挡油环12、轴承润滑套13，由螺钉10将上端盖5、轴承外挡油环6安装固定在主轴9上，再将转子线圈16从主轴9的另一端安装至主轴9上，并由转子固定螺母22固定；所述的壳体组件包括壳体20、转接套筒1、第一、二轴承固定套4、定转子挡油环17、定子线圈18、第三、四轴承固定套41；将第一、二轴承固定套4安装在转接套筒1的内壁，将定转子挡油环17、定子线圈18依次安装在壳体20的内壁，再将第三、四轴承固定套41 安装在壳体20的内壁；所述的上平衡头组件包括主轴组件、紧固螺钉7、上平衡头组件8，将主轴组件装入壳体组件后由紧固螺钉7将上平衡头组件与主轴9的端部固定连接，所述的碟簧与下平衡头组件包括碟簧30、碟簧固定套31、碟簧紧固螺钉32、下平衡头部件35、下平衡头部件紧固螺钉33、电主轴接线端口34、下端盖29、主轴9；将碟簧30装在主轴9上，由碟簧紧固螺钉32将碟簧固定套31、下端盖29与壳体20下端筒口固定安装，在下端盖29 上设置有电主轴接线端口34；所述的轴承预紧力自动调节及轴承组件包括第三角接触轴承 23、第四角接触轴承24、轴承内挡油环12，轴承润滑套13，弹簧25、压电陶瓷柱26、压电陶瓷柱固定座36、压电陶瓷柱径向定位盘37、第一传力盘38、第二传力盘39、温度传感器 40、轴承轴向限位螺母27；将第三角接触轴承23、轴承内挡油环12、轴承润滑套13、第四角接触轴承24依次装入主轴9与第三、四轴承固定套41之间，第三角接触轴承23、第四角接触轴承24的内环与主轴9为过盈配合，而其外环与第三、四轴承固定套41为过盈配合，第三角接触轴承23、第四角接触轴承24选用耐磨损、耐高温、耐腐蚀的陶瓷轴承；如图2 所示，将温度传感器40、第二传力盘39、弹簧25、第一传力盘38、压电陶瓷柱径向定位盘 37、压电陶瓷柱固定座36依次装入主轴9与第三、四轴承固定套41之间，并由轴承轴向限位螺母27与主轴9连接限位；压电陶瓷柱26安装在压电陶瓷柱固定座36中,并由压电陶瓷柱径向定位盘37固定定位，在轴承预紧力自动调节机构中第一传力盘38和第二传力盘39之间安装有弹簧25，为了能消除电主轴在运行过程中产生的振动，弹簧25在安装状态下就赋予了一定的载荷，增强了轴承连接紧密性、可靠性；压电陶瓷柱26的一端与第一传力盘38 孔轴配合连接，压电陶瓷柱26的另一端穿过开设有压电陶瓷柱定位孔的压电陶瓷柱径向定位盘37与压电陶瓷柱固定座36上的孔轴配合连接，在第二传力盘39上安装有温度传感器40，用来实时监测第三、四角接触轴承温度，并将实时监测到的轴承温度数据反馈给自动控制设备，再通过设备输出控制信号进行预紧力调节；所述的弹簧25、压电陶瓷柱26的数量均为三个，在主轴9的周向均布；所述的自动平衡装置由振动传感器19、自动控制设备、上平衡头组件8、下平衡头部件35、主轴9及螺旋电缆组成；所述的主轴9为空心结构，用于安装上平衡头组件8及下平衡头部件35和螺旋电缆，螺旋电缆的两端分别与上平衡头组件8和下平衡头部件35螺纹连接；在壳体20定转子线圈对应的位置安装有振动传感器19，振动传感器19将振动幅值的变化传递给自动控制设备，自动平衡装置的监测设备接收到信息后启动自动平衡装置的平衡头组件8和下平衡头组件35来调整该不平衡量直至达到平衡；控制仪通过电连接对电主轴的自动预紧和自平衡进行自动控制；所述的冷却水系统包括定转子冷却水系统和轴承冷却水系统，所述的定转子冷却水系统由定转子冷却水道28、定转子冷却水道环形槽出口21及壳体20内壁与定转子对应位置的冷却水环形槽3组成，定转子冷却水道28与定转子冷却水环形槽3相连通，定转子的三个冷却水环形槽3设置有连通通道，可通过外部供给冷却系统自动调整定转子冷却水系统的供水强度对定转子进行水冷降温；所述的轴承冷却水系统由转接套筒1、轴承冷却水通道2、第一、二轴承固定套4、第三、四轴承固定套41、冷却环形槽3、下端盖29组成，在转接套筒1和壳体20上设置有轴承冷却水通道2，在第一、二轴承固定套4和第三、四轴承固定套41的外周设置有轴承冷却环形槽3，转接套筒1上的轴承冷却水通道2与第一、二轴承固定套4上的冷却环形槽3相连通，壳体20上的轴承冷却水通道2与第三、四轴承固定套41上的轴承冷却环形槽3相连通，第一、二轴承固定套4、第三、四轴承固定套41上的冷却环形槽3设置有连通通道，可通过外部供给冷却系统自动调整轴承冷却水系统的供水强度对轴承进行水冷降温；在下端盖29上设置有冷却水道进水口和出水口及冷却水接嘴；所述的轴承润滑系统包括转接套筒1、壳体20、第一、二轴承润滑道 14、第一、二轴承润滑套13，在转接套筒1、壳体20上设置有轴承润滑道14，在转接套筒1 上的轴承润滑道14直达第一、二轴承润滑套13的位置，在壳体20上的轴承润滑道14直达第三轴承与第四轴承间的润滑套位置，轴承得到良好的润滑可有效地降低发热。

本实用新型一种具备自动预紧的自平衡电主轴的优点，电主轴随着设备运转的时间、主轴负载的大小、冷却强度的变化、轴承的磨损及润滑状态的变化会产生发热、振动现象；本实用新型通过温度传感器、振动传感器对电主轴的轴承、定转子进行运行环境进行自动监控，并由通过电主轴接线端口接入外部自动控制设备对冷却水系统、润滑系统、自平衡装置、轴承预紧力自动调节进行自动控制，并自动调整冷却强度的大小、自动调整轴承预紧力、自动调整润滑状态，延长了电主轴的使用寿命，避免了停止设备运行来维修故障，提高了产品质量和生产力。

Claims

1.一种具备自动预紧的自平衡电主轴，由主轴组件、壳体组件、上平衡头组件、碟簧与下平衡头组件、轴承预紧力自动调节及轴承组件、自动平衡装置、包括定转子冷却水系统和轴承冷却水系统两部分组成的冷却水系统、轴承润滑系统组成；其特征在于：所述的主轴组件包括主轴(9)、第一角接触轴承(11)、第二角接触轴承(15)、轴承内挡油环(12)、轴承润滑套(13)、上端盖(5)、转接套筒(1)、轴承外挡油环(6)、转子线圈(16)、转子固定螺母(22)；所述的壳体组件包括壳体(20)、转接套筒(1)、第一、二轴承固定套(4)、定转子挡油环(17)、定子线圈(18)、第三、四轴承固定套(41)；所述的上平衡头组件包括主轴组件、紧固螺钉(7)、上平衡头组件(8)；所述的碟簧与下平衡头组件包括碟簧(30)、碟簧固定套(31)、碟簧紧固螺钉(32)、下平衡头组件紧固螺钉(33)、电主轴接线端口(34)下端盖(29)、主轴(9)；所述的轴承预紧力自动调节及轴承组件包括第三角接触轴承(23)、第四角接触轴承(24)、轴承内挡油环(12)，轴承润滑套(13)，弹簧(25)、压电陶瓷柱(26)、压电陶瓷柱固定座(36)、压电陶瓷柱径向定位盘(37)、第一传力盘(38)、第二传力盘(39)、温度传感器(40)、轴承轴向限位螺母(27)；所述的自动平衡装置由振动传感器(19)、自动控制设备、上平衡头组件(8)、下平衡头组件(35)及螺旋电缆组成；所述的冷却水系统包括转接套筒(1)、轴承冷却水通道(2)、轴承冷却水环形槽(3)、定转子冷却水道(28)、定转子冷却水道环形槽出口(21)、下端盖(29)；所述的定转子冷却水系统由定转子冷却水道(28)、定转子冷却水道环形槽出口(21)及壳体(20)内壁与定转子对应位置的冷却水环形槽(3)组成，所述的轴承冷却水系统由转接套筒(1)、轴承冷却水通道(2)、第一、二轴承固定套(4)、第三、四轴承固定套(41)上的冷却水环形槽(3)、下端盖(29)组成；所述的轴承润滑系统包括转接套筒(1)、壳体(20)、第一、二轴承润滑道(14)、第一、二轴承润滑套(13)。

2.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的主轴组件是将第一角接触轴承(11)、第二角接触轴承(15)从主轴(9)的大直径端安装至主轴(9)的凸台处，第一角接触轴承(11)、第二角接触轴承(15)的内环与主轴(9)为过硬盈配合，第一角接触轴承(11)、第二角接触轴承(15)的外环与第一、二轴承固定套(4)为过盈配合，第一、二轴承固定套(4)与转接套筒(1)为过盈配合，在第一角接触轴承(11)、第二角接触轴承(15)之间安装有轴承内挡油环(12)、轴承润滑套(13)，由螺钉(10)将上端盖(5)、轴承外挡油环(6)安装固定在主轴(9)上，再将转子线圈(16)从主轴(9)的另一端安装在主轴(9)上，并由转子固定螺母(22)固定。

3.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的壳体组件，先将第一、二轴承固定套(4)安装在转接套筒(1)的内壁，再将定转子挡油环(17)、定子线圈(18)安装在壳体(20)的内壁，再将第三、四轴承固定套(41)安装在壳体(20)的内壁。

4.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：将主轴组件装入壳体组件后由紧固螺钉(7)将上平衡头组件与主轴(9)的端部固定连接。

5.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的上平衡头组件，将主轴组件装入壳体组件后由紧固螺钉(7)将上平衡头组件固定连接主轴(9)的端部。

6.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的碟簧与下平衡头组件，将碟簧(30)装到主轴(9)上，由碟簧紧固螺钉(32)将碟簧固定套(31)、下端盖(29)与壳体(20)下端筒口固定安装，所述的下端盖(29)上设置有电主轴接线端口(34)，控制仪通过电连接。

7.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的轴承预紧力自动调节及轴承组件是将第三角接触轴承(23)、轴承内挡油环(12)、轴承润滑套(13)、第四角接触轴承(24)依次装入主轴(9)与第三、四轴承固定套(41)之间，第三角接触轴承(23)、第四角接触轴承(24)的内环与主轴(9)为过盈配合，而其外环与第三、四轴承固定套(41)为过盈配合，第三角接触轴承(23)、第四角接触轴承(24)为陶瓷轴承；将温度传感器(40)、第二传力盘(39)、弹簧(25)、第一传力盘(38)、压电陶瓷柱径向定位盘(37)、压电陶瓷柱固定座(36)依次装入主轴(9)与第三、四轴承固定套(41)之间，并由轴承轴向限位螺母(27)与主轴(9)连接限位；在轴承预紧力自动调节机构中第一传力盘(38)和第二传力盘(39)之间安装有弹簧(25)，压电陶瓷柱(26)的一端与第一传力盘(38)轴孔配合连接，压电陶瓷柱(26)的另一端穿过开设有压电陶瓷柱定位孔的压电陶瓷柱径向定位盘(37)与压电陶瓷柱固定座(36)上的通孔配合连接，第二传力盘(39)上安装有温度传感器(40)，用来实时监测轴承温度，并将实时监测到的轴承温度数据反馈给设备自动控制设备，再通过设备输出控制信号进行预紧力调节；所述的弹簧(25)、压电陶瓷柱(26)的数量均为三个，在主轴(9)的周向均布。

8.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的自动平衡装置的主轴(9)为空心结构，用于安装上平衡头组件(8)及下平衡头组件(35)及螺旋电缆，螺旋电缆的一端与上平衡头组件(8)螺纹连接，另一端与下平衡头组件(35)螺纹连接；在壳体(20)定转子线圈对应的位置安装有振动传感器(19)，振动传感器(19)将振动幅值的变化传递给自动控制设备，自动平衡装置的监测设备接收到信息后将开启自动平衡装置上平衡头组件(8)和下平衡头组件(35)来调整该不平衡量直至达到平衡，控制仪通过电连接对电主轴的自平衡进行自动控制。

9.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的定转子冷却水系统有定转子冷却水道(28)与定转子冷却水环形槽(3)相连通，定转子的三个冷却水环形槽(3)设置有连通通道，可通过外部供给冷却系统自动调整定转子冷却水系统的供水强度对定转子进行水冷降温；在转接套筒(1)和壳体(20)上设置有轴承冷却水通道(2)，在第一、二轴承固定套(4)和第三、四轴承固定套(41)的外周设置有轴承冷却水环形槽(3)，转接套筒(1)上的轴承冷却水通道(2)与第一、二轴承固定套(4)上的冷却水环形槽(3)相连通，壳体(20)上的轴承冷却水通道(2)与第三、四轴承固定套(41)上的轴承冷却水环形槽(3)相连通，第一、二轴承固定套(4)、第三、四轴承固定套(41)上的冷却水环形槽(3)设置有连通通道，可通过外部供给冷却系统自动调整轴承冷却水系统的供水强度对轴承进行水冷降温；在下端盖(29)上设置有冷却水道进水口和出水口及冷却水接嘴。

10.如权利要求1所述的一种具备自动预紧的自平衡电主轴，其特征在于：所述的轴承润滑系统，在转接套筒(1)、壳体(20)上设置有轴承润滑道(14)，在转接套筒(1)上的轴承润滑道(14)直达第一、二轴承润滑套(13)的位置，在壳体(20)上的轴承润滑道(14)直达第三轴承与第四轴承间的润滑套位置。