專利名稱：使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機床設(shè)備制造領(lǐng)域，具體涉及一種使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置。
背景技術(shù)：
高速切削加工以其高生產(chǎn)效率、高加工質(zhì)量和低加工成本，近年來在航空、航天、汽車、模具等產(chǎn)業(yè)得到快速應(yīng)用。高速電主軸裝置作為高速切削機床系統(tǒng)的核心部件，對高速機床的性能起著非常重要的影響。高速軸承則是高速主軸單元設(shè)計的核心技術(shù)，高速軸承的性能很大程度上影響了高速機床主軸的回轉(zhuǎn)精度、切削剛度、使用壽命和可靠性等。目前國內(nèi)外在高速機床中使用的軸承有:陶瓷球軸承、靜壓軸承、動靜壓軸承、氣浮軸承和磁懸浮軸承。其中國產(chǎn)陶瓷球軸承的壽命較短，且負載能力有限；氣浮軸承和磁懸浮軸承支承的電主軸可以在高轉(zhuǎn)速下長時間連續(xù)運行，但其支撐主軸的剛度較低，難以在高負載工況下工作。動靜壓軸承則同時擁有動壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點，具有高剛度、高精度、長壽命和大功率等性能，是高速機床支撐技術(shù)發(fā)展的重要方向。動靜壓軸承流場具有壓力梯度大和溫升高的特點，潤滑油膜容易破裂，溫升過高時軸承間隙又會因熱變形而減小，因此，軸承結(jié)構(gòu)必須能夠有效防止油膜破裂、控制溫升并保證較高的穩(wěn)定性。本發(fā)明提出了一種高剛度、高精度、高轉(zhuǎn)速、大功率、長壽命、低溫升、使用氣體止推軸承和水潤滑動靜壓軸承支撐的電主軸裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，該裝置具有高剛度、高精度、長壽命和大功率等性能，而且摩擦小，發(fā)熱量少，溫升低，噪音低，尤其適用于高速度、高精密、高剛度工作條件下的加工。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:—種使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，包括殼體，電主軸，支撐電主軸兩端并用于調(diào)節(jié)電主軸徑向位移的前軸承和后軸承，固定前軸承和后軸承的前軸承套和后軸承套，固定在殼體上的后軸承端蓋，以及用于調(diào)節(jié)主軸軸向位移的氣體止推軸承；所述前軸承和后軸承均為動靜壓滑動軸承。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述氣體止推軸承包括固定在電主軸上的氣體止推軸承推力盤，在氣體止推軸承推力盤兩側(cè)分別設(shè)置有帶高壓進氣孔的氣體止推軸承左推力瓦和氣體止推軸承右推力瓦，高壓氣體從左右兩側(cè)同時作用于氣體止推軸承推力盤。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述殼體進一步包括有殼體進水道和殼體出水道，所述殼體進水道內(nèi)的介質(zhì)為液體水；液體水自殼體進水道依次進入到前軸承套和后軸承套、前軸承和后軸承，最后從殼體出水道流出。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述前軸承套和后軸承套上分別設(shè)置有與殼體進水道相通的前軸承套進水道和后軸承套進水道，所述前軸承和后軸承上分別設(shè)置有與前軸承套進水道相通的前軸承節(jié)流孔和與后軸承套進水道相通的后軸承節(jié)流孔。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在所述前軸承節(jié)流孔的兩側(cè)進一步設(shè)置有前軸承左環(huán)形回水槽和前軸承右環(huán)形回水槽，所述后軸承節(jié)流孔的兩側(cè)進一步設(shè)置有后軸承左環(huán)形回水槽和后軸承右環(huán)形回水槽，所述前軸承左環(huán)形回水槽和前軸承右環(huán)形回水槽通過前軸承與電主軸之間的間隙相通，所述后軸承左環(huán)形回水槽和后軸承右環(huán)形回水槽通過后軸承與電主軸之間的間隙相通。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述前軸承的兩端設(shè)置有前軸承左氣封環(huán)和前軸承右氣封環(huán)，所述后軸承的兩端設(shè)置有后軸承左氣封環(huán)和后軸承右氣封環(huán)，防止介質(zhì)水沿電主軸的軸向流入電機和流出殼體。
作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述氣封環(huán)為沿著軸向依次設(shè)置的三個環(huán)形密封齒，在最外側(cè)的環(huán)形密封齒外側(cè)設(shè)置有環(huán)形進氣裝置，以保證沿著主軸周向形成一道壓力均布的氣體密封墻。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述殼體進一步設(shè)置有殼體進氣道，高壓氣自殼體進氣道依次進入到軸承套、軸承和環(huán)形回水槽內(nèi)，對環(huán)形回水槽內(nèi)的水產(chǎn)生壓力,加快水從殼體出水道流出。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述前軸承套和后軸承套分別設(shè)置有與殼體進氣道相通的前軸承套進氣道和后軸承套進氣道，所述前軸承和后軸承分別設(shè)置有前軸承進氣道和后軸承進氣道，所述前軸承進氣道和后軸承進氣道通過軸承與電主軸的間隙與前軸承回水槽和后軸承回水槽相通。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:本發(fā)明以電主軸兩端安裝的前軸承和后軸承作為徑向位移調(diào)節(jié)，以主軸端部安裝的氣體止推軸承作為軸向位移調(diào)節(jié)；所述軸承以非接觸的方式支撐電主軸，減小了摩擦，減小了電主軸的噪音，提高了電主軸系統(tǒng)的壽命，增加了負載能力；同時，采用氣體作為止推軸承的潤滑介質(zhì)，為電主軸提供的軸向剛度，控制電主軸的軸向位移及穩(wěn)定性的同時，兼具軸向支撐和冷卻作用，降低了電主軸的溫升。


圖1為使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置進水通道方向縱剖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置進氣通道方向縱剖結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖標記與元件名稱的對應(yīng)關(guān)系如下表所示:
I前軸承左氣封環(huán)2 前軸承
3 前軸承左環(huán)形回水槽4~前軸承套進水道左密封O型圈
5 前軸承套進水道6 前軸承節(jié)流孔
7 前軸承套進水道右密封O型圈~ 8~前軸承右環(huán)形回水槽
權(quán)利要求
1.用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于:包括殼體(12)，電主軸(16)，支撐電主軸兩端并用于調(diào)節(jié)電主軸徑向位移的前軸承(2)和后軸承(23)，固定前軸承和后軸承的前軸承套(30)和后軸承套(18)，固定在殼體(12)上的后軸承端蓋(40)，以及用于調(diào)節(jié)主軸軸向位移的氣體止推軸承；所述前軸承和后軸承均為動靜壓滑動軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述氣體止推軸承包括固定在電主軸(16)上的氣體止推軸承推力盤(26)，在氣體止推軸承推力盤(26)兩側(cè)分別設(shè)置有帶高壓進氣孔的氣體止推軸承左推力瓦(25)和氣體止推軸承右推力瓦(27 )，高壓氣體從左右兩側(cè)同時作用于氣體止推軸承推力盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述殼體進一步包括有殼體進水道(24)和殼體出水道(31)，所述殼體進水道內(nèi)的介質(zhì)為液體水；液體水自殼體進水道(24)依次進入到前軸承套和后軸承套、前軸承和后軸承，最后從殼體出水道流出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承套(30)和后軸承套(18)上分別設(shè)置有與殼體進水道相通的前軸承套進水道(5)和后軸承套進水道(20),所述前軸承和后軸承上分別設(shè)置有與前軸承套進水道相通的前軸承節(jié)流孔(6)和與后軸承套進水道相通的后軸承節(jié)流孔(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，在所述前軸承節(jié)流孔(6)的兩側(cè)進一步設(shè)置有前軸承左環(huán)形回水槽(3)和前軸承右環(huán)形回水槽(8)，所述后軸承節(jié)流孔(21)的兩側(cè)進一步設(shè)置有后軸承左環(huán)形回水槽(34)和后軸承右環(huán)形回水槽(36)，所述前軸承左環(huán)形回水槽(3)和前軸承右環(huán)形回水槽(8)通過前軸承與電主軸之間的間隙相通，所述后軸承左環(huán)形回水槽和后軸承右環(huán)形回水槽通過后軸承與電主軸之間的間隙相通。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承(2)的兩端設(shè)置有前軸承左氣封環(huán)(I)和前軸承右氣封環(huán)(10)，所述后軸承(23)的兩端設(shè)置有后軸承左氣封環(huán)(32)和后軸承右氣封環(huán)(37)，防止介質(zhì)水沿電主軸的軸向流入電機和流出殼體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承(2)的兩端設(shè)置有前軸承左氣封環(huán)(I)和前軸承右氣封環(huán)(10)，所述后軸承(23)的兩端設(shè)置有后軸承左氣封環(huán)(32)和后軸承右氣封環(huán)(37)，防止介質(zhì)水沿電主軸的軸向流入電機和流出殼體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述氣封環(huán)為沿著軸向依次設(shè)置的三個環(huán)形密封齒，在最外側(cè)的環(huán)形密封齒外側(cè)設(shè)置有環(huán)形進氣裝置，以保證沿著主軸周向形成一道壓力均布的氣體密封墻。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述殼體進一步設(shè)置有殼體進氣道(39)，高壓氣自殼體進氣道依次進入到軸承套、軸承和環(huán)形回水槽內(nèi)，對環(huán)形回水槽內(nèi)的水產(chǎn)生壓力,加快水從殼體出水道流出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承套(30)和后軸承套(18)分別設(shè)置有與殼體進氣道(39)相通的前軸承套進氣道(29)和后軸承套進氣道(35)，所述前軸承(2)和后軸承(23)分別設(shè)置有前軸承進氣道(28)和后軸承進氣道(33)，所述前軸承進氣道(28)和后軸承進氣道(33)通過軸承與電主軸的間隙與 前軸承回水槽和后軸承回水槽相通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用氣液兩相潤滑的高速動靜壓軸承支撐的電主軸裝置，包括殼體，固定于殼體內(nèi)側(cè)的冷卻水套，電主軸，電機定子，電機轉(zhuǎn)子，支撐電主軸兩端的前、后軸承，氣體止推軸承。支撐電主軸的前、后軸承均是一種動靜壓滑動軸承，可以提高主軸剛度和穩(wěn)定性，降低溫升，軸承兩端分別設(shè)有前、后環(huán)形回水槽，潤滑介質(zhì)水流入環(huán)形回水槽后再通過殼體出水道流出殼體；氣體密封裝置，每個動靜壓軸承的兩側(cè)各有一個氣體密封裝置，可以阻止?jié)櫥橘|(zhì)水流入電機定子和電機轉(zhuǎn)子之間的空隙以及沿著電主軸軸向流出殼體；氣體止推軸承，采用氣體作為止推軸承的潤滑介質(zhì)，為電主軸提供軸向剛度，控制電主軸軸向位移和穩(wěn)定性。
文檔編號B23B19/02GK103084588SQ20131003384
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者徐華, 王琳, 熊顯智, 周夕維, 付玉敏 申請人:西安交通大學(xué)