动压轴承高速电主轴及动压轴承

技术领域

本发明涉及一种动压轴承高速电主轴及动压轴承。

背景技术

目前，电主轴是将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，在数控机床领域应用非常广泛，电主轴中的转子部件需要通过轴承旋转设置在定子部件中，譬如公开号为CN210016369U的中国专利中就公开了一种轴承冷却永磁同步电主轴，其中转子部件就通过轴承旋转设置在定子部件中。但是在现有的电主轴中，轴承的使用寿命不够长，电主轴在高速旋转时轴承中存在接触摩擦会导致轴承逐步地被磨损损坏，进到导致电主轴经常性地因轴承损坏而发生故障，故障率较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种动压轴承高速电主轴，它能够通过动压轴承使转子部件气浮旋转于定子部件中，不存在接触摩擦进而能够避免动压轴承受到磨损而损坏，能够延长动压轴承的使用寿命，进而能够降低电主轴的故障率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种动压轴承高速电主轴，它包括定子部件、转子部件和至少一个动压轴承；其中，

所述转子部件旋转设置在所述定子部件中；

所述动压轴承设于所述转子部件和所述定子部件之间并连接在所述转子部件上，所述动压轴承的外周壁与所述定子部件的内壁之间设有气浮间隙；

所述动压轴承中设有增压腔、保压腔、导气通道、出气孔、至少一个第一叶轮和至少一个第二叶轮；

所述增压腔环绕所述转子部件设置；

所述第一叶轮设于所述增压腔的一侧，所述第二叶轮设于所述增压腔的另一侧，以便所述转子部件旋转时带动所述动压轴承旋转，进而使所述第一叶轮和所述第二叶轮分别旋转以将外部的空气抽送至所述增压腔中；

所述保压腔环绕设置在所述增压腔的外侧并位于所述气浮间隙的内侧；

所述导气通道设于所述增压腔和所述保压腔之间并用于连通所述增压腔和所述保压腔以使所述增压腔中的压力空气流入所述保压腔中；

所述出气孔设于所述保压腔和所述气浮间隙之间并用于连通所述保压腔和所述气浮间隙，以使所述保压腔中的压力空气流入所述气浮间隙中形成气膜进而使所述动压轴承通过气膜浮动支撑在所述定子部件中。

进一步，所述第一叶轮设有至少两个并层叠设置在所述增压腔的一侧；

所述第二叶轮设有至少两个并层叠设置在所述增压腔的另一侧。

进一步，所述第一叶轮沿周向错位层叠设置，所述第二叶轮沿周向错位层叠设置。

进一步，所述第一叶轮中设有第一定位孔，所述第一叶轮中的第一定位孔与相邻的第一叶轮中的第一定位孔对齐；

所述第二叶轮中设有第二定位孔，所述第二叶轮中的第二定位孔与相邻的第二叶轮中的第二定位孔对齐。

进一步提供一种所述动压轴承的具体结构，所述动压轴承包括外壳本体；其中，

所述气浮间隙设于所述外壳本体的外周壁和所述定子部件的内壁之间；

所述第一叶轮的外周部与所述外壳本体相连，所述第一叶轮的内周部与所述转子部件相连；

所述第二叶轮的外周部与所述外壳本体相连，所述第二叶轮的内周部与所述转子部件相连；

所述增压腔位于所述外壳本体和所述转子部件之间，所述增压腔还位于所述第一叶轮和所述第二叶轮之间；

所述保压腔、所述导气通道和所述出气孔均设于所述外壳本体中。

进一步提供一种所述外壳本体的具体结构，所述外壳本体包括外环壁、左腔壁、右腔壁、左内环壁和右内环壁；其中，

所述气浮间隙设于所述外环壁和所述定子部件的内壁之间；

所述左腔壁的外周部和所述右腔壁的外周部均连接在所述外环壁上；

所述左内环壁连接在所述左腔壁的内周部上，所述右内环壁连接在所述右腔壁的内周部上；

所述保压腔设于所述左腔壁和所述右腔壁之间；

所述出气孔设于所述外环壁中并与所述保压腔连通；

所述导气通道设于所述左内环壁和所述右内环壁之间并与所述保压腔连通；

所述增压腔位于所述左内环壁和所述右内环壁的内侧；

所述第一叶轮的外周部和所述第二叶轮的外周部分别与所述外环壁相连。

进一步，所述定子部件中设有与所述动压轴承对应并位于对应的所述动压轴承的一侧的第一腔室，所述第一叶轮旋转时用于将所述第一腔室中的空气抽送至所述增压腔中；

所述定子部件中设有与所述动压轴承对应并位于对应的所述动压轴承的另一侧的第二腔室，所述第二叶轮旋转时用于将所述第二腔室中的空气抽送至所述增压腔中。

进一步，所述气浮间隙的一端与对应的所述第一腔室连通，所述气浮间隙的另一端与对应的所述第二腔室连通。

进一步，所述第一腔室通过至少一个第一导通孔与外界连通；

所述第二腔室通过至少一个第二导通孔与外界连通；

所述第一导通孔和所述第二导通孔均设于所述定子部件中。

本发明还提供了一种动压轴承，它为如上所述的动压轴承高速电主轴中所采用的动压轴承。

采用了上述技术方案后，由于所述动压轴承是连接在所述转子部件上的，因此当所述转子部件高速旋转时会带动所述动压轴承一起高速旋转，因此所述动压轴承中的第一叶轮和第二叶轮也会高速旋转，第一叶轮和第二叶轮在旋转时会将外部的空气从两侧同时抽送至所述增压腔中，空气不断被压缩到所述增压腔中后使得所述增压腔中的空气压力升高，然后增压腔中的高压空气会从所述导气通道流入所述保压腔中，然后再从所述出气孔流入所述气浮间隙中以形成气膜。所述转子部件和所述动压轴承在高速旋转的过程中会通过所述气膜浮动支撑在所述定子部件中，所述动压轴承与所述定子部件之间不存在接触摩擦，因此能够避免所述动压轴承受到磨损而损坏，进而延长了所述动压轴承的使用寿命，避免电主轴因动压轴承的损坏而故障，降低了电主轴的故障率。

通过气膜提供非接触式的支撑以使高速旋转的转子部件和动压轴承气浮旋转于所述定子部件中，动压轴承旋转时与定子部件之间不接触无摩擦，因此不会受到磨损也不会产生振动，使用寿命更长，高速性能更好，并且所述转子部件的转速越高则所述转子部件越趋向于旋转中心轴，自动对中心越准，进而使本申请实施例的动压轴承高速电主轴的整体性能明显优于常规的高速电主轴。

所述增压腔中的空气压力会随着转子部件转速的增加而升高，所述转子部件的转速越高，则所述增压腔中的空气压力越大，在所述气浮间隙中形成的气膜的支撑刚度越高，因此能够在高速旋转时提供稳定的支撑，提高了高速时的稳定性和可靠性。

所述保压腔能够用于将来自增压腔的高压气体保持一定时间，保压腔中的气体从所述出气孔排入所述气浮间隙中的流量很小，因而所述保压腔中的空气压力能够保持足够长的时间，以使增压腔中的高压气体有足够的时间向保压腔中补充，所述保压腔中的气压波动小，能够在所述气浮间隙中形成稳定气膜，进而能够提高气浮的稳定性；并且由于所述气浮间隙中的流量很小，因此听不到排气声。

通过第一叶轮和第二叶轮的高速旋转以抽送空气并将空气压缩到所述增压腔中，进而在所述增压腔中形成高压空气，不需要额外接入高压气源，结构非常简单，造价较低，能够节约成本。

通过第一叶轮和第二叶轮将两侧的空气同时抽送到所述增压腔中还能够提高相应速度；所述动压轴承中采用了小气道比以增强气浮压力进而并提升了支撑刚度。

附图说明

图1为本发明的动压轴承高速电主轴的剖视图；

图2为图1的A处放大图；

图3为本发明的动压轴承高速电主轴的局部结构示意图；

图4为本发明的动压轴承高速电主轴的结构示意图；

图5为本发明的动压轴承的剖视图；

图6为本发明的动压轴承的装配爆炸图；

图7为本发明的动压轴承的结构示意图；

图8为本发明的第一叶轮和第二叶轮的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1～8所示，一种动压轴承高速电主轴，它包括定子部件1、转子部件2和至少一个动压轴承3；其中，

所述转子部件2旋转设置在所述定子部件1中；

所述动压轴承3设于所述转子部件2和所述定子部件1之间并连接在所述转子部件2上，所述动压轴承3的外周壁与所述定子部件1的内壁之间设有气浮间隙4；

所述动压轴承3中设有增压腔5、保压腔6、导气通道7、出气孔8、至少一个第一叶轮9和至少一个第二叶轮10；

所述增压腔5环绕所述转子部件2设置；

所述第一叶轮9设于所述增压腔5的一侧，所述第二叶轮10设于所述增压腔5的另一侧，以便所述转子部件2旋转时带动所述动压轴承3旋转，进而使所述第一叶轮9和所述第二叶轮10分别旋转以将外部的空气抽送至所述增压腔5中；

所述保压腔6环绕设置在所述增压腔5的外侧并位于所述气浮间隙4的内侧；

所述导气通道7设于所述增压腔5和所述保压腔6之间并用于连通所述增压腔5和所述保压腔6以使所述增压腔5中的压力空气流入所述保压腔6中；

所述出气孔8设于所述保压腔6和所述气浮间隙4之间并用于连通所述保压腔6和所述气浮间隙4，以使所述保压腔6中的压力空气流入所述气浮间隙4中形成气膜进而使所述动压轴承3通过气膜浮动支撑在所述定子部件1中。具体的，由于所述动压轴承3是连接在所述转子部件2上的，因此当所述转子部件2高速旋转时会带动所述动压轴承3一起高速旋转，因此所述动压轴承3中的第一叶轮9和第二叶轮10也会高速旋转，第一叶轮9和第二叶轮10在旋转时会将外部的空气从两侧同时抽送至所述增压腔5中，空气不断被压缩到所述增压腔5中后使得所述增压腔5中的空气压力升高，然后增压腔5中的高压空气会从所述导气通道7流入所述保压腔6中，然后再从所述出气孔8流入所述气浮间隙4中以形成气膜。所述转子部件2和所述动压轴承3在高速旋转的过程中会通过所述气膜浮动支撑在所述定子部件1中，所述动压轴承3与所述定子部件1之间不存在接触摩擦，因此能够避免所述动压轴承3受到磨损而损坏，进而延长了所述动压轴承3的使用寿命，避免电主轴因动压轴承3的损坏而故障，降低了电主轴的故障率。

具体的，通过气膜提供非接触式的支撑以使高速旋转的转子部件2和动压轴承3气浮旋转于所述定子部件1中，动压轴承3旋转时与定子部件1之间不接触无摩擦，因此不会受到磨损也不会产生振动，使用寿命更长，高速性能更好，并且所述转子部件2的转速越高则所述转子部件2越趋向于旋转中心轴，自动对中心越准，进而使本申请实施例的动压轴承高速电主轴的整体性能明显优于常规的高速电主轴。

具体的，所述增压腔5中的空气压力会随着转子部件2转速的增加而升高，所述转子部件2的转速越高，则所述增压腔5中的空气压力越大，在所述气浮间隙4中形成的气膜的支撑刚度越高，因此能够在高速旋转时提供稳定的支撑，提高了高速时的稳定性和可靠性。

具体的，所述保压腔6能够用于将来自增压腔5的高压气体保持一定时间，保压腔6中的气体从所述出气孔8排入所述气浮间隙4中的流量很小，因而所述保压腔6中的空气压力能够保持足够长的时间，以使增压腔5中的高压气体有足够的时间向保压腔6中补充，所述保压腔6中的气压波动小，能够在所述气浮间隙4中形成稳定气膜，进而能够提高气浮的稳定性；并且由于所述气浮间隙4中的流量很小，因此听不到排气声。

具体的，通过第一叶轮9和第二叶轮10的高速旋转以抽送空气并将空气压缩到所述增压腔5中，进而在所述增压腔5中形成高压空气，不需要额外接入高压气源，结构非常简单，造价较低，能够节约成本。

具体的，通过第一叶轮9和第二叶轮10将两侧的空气同时抽送到所述增压腔5中还能够提高相应速度；所述动压轴承3中采用了小气道比以增强气浮压力进而并提升了支撑刚度；所述第一叶轮9和所述第二叶轮10的旋向是相反的。

如图1、2、3、5、6、8所示，所述第一叶轮9设有至少两个并层叠设置在所述增压腔5的一侧，所述第二叶轮10设有至少两个并层叠设置在所述增压腔5的另一侧；具体的，所述第一叶轮9和所述第二叶轮10分别层叠设置有两个以上能够增大所述增压腔5中的空气压力，进而提高所述气膜的支撑刚度，能够避免转子部件2在旋转过程中发生振动。具体的，所述第一叶轮9和所述第二叶轮10的叠加层数越多则所述增压腔5中空气压力越高，若转子部件2的设计转速为18000rpm则所述第一叶轮9和所述第二叶轮10分别需要叠加2层，若转子部件2的设计转速为24000rpm则所述第一叶轮9和所述第二叶轮10分别需要叠加3层。在本实施例中，所述第一叶轮9和所述第二叶轮10分别叠加有3层。

如图3、5、8所示，所述第一叶轮9沿周向错位层叠设置，所述第二叶轮10沿周向错位层叠设置。

如图2、6、7、8所示，所述第一叶轮9中设有第一定位孔11，所述第一叶轮9中的第一定位孔11与相邻的第一叶轮9中的第一定位孔11对齐，进而确保相邻的第一叶轮9沿周向错位设置；

所述第二叶轮10中设有第二定位孔12，所述第二叶轮10中的第二定位孔12与相邻的第二叶轮10中的第二定位孔12对齐，进而确保相邻的第二叶轮10沿周向错位设置。

如图1、2、3、5所示，所述动压轴承3可以包括外壳本体13；其中，

所述气浮间隙4设于所述外壳本体13的外周壁和所述定子部件1的内壁之间；

所述第一叶轮9的外周部与所述外壳本体13相连，所述第一叶轮9的内周部与所述转子部件2相连；

所述第二叶轮10的外周部与所述外壳本体13相连，所述第二叶轮10的内周部与所述转子部件2相连；

所述增压腔5位于所述外壳本体13和所述转子部件2之间，所述增压腔5还位于所述第一叶轮9和所述第二叶轮10之间；

所述保压腔6、所述导气通道7和所述出气孔8均设于所述外壳本体13中。具体的，所述转子部件2带动所述第一叶轮9和所述第二叶轮10旋转，所述第一叶轮9和所述第二叶轮10再带动所述外壳本体13旋转，进而使得整个动压轴承3跟随所述转子部件2旋转。所述气浮间隙4设于所述外壳本体13和所述定子部件1之间，能够使所述外壳本体13气浮支撑在所述定子部件1中，还能够避免所述定子部件1和所述外壳本体13受到磨损。

进一步具体的，所述外壳本体13气浮于所述定子部件1中能够使整个所述动压轴承3和所述转子部件2均气浮旋转于所述定子部件1中。

如图1、2、3、5所示，所述外壳本体13例如但不限于以下结构，它包括外环壁14、左腔壁15、右腔壁16、左内环壁17和右内环壁18；其中，

所述气浮间隙4设于所述外环壁14和所述定子部件1的内壁之间；

所述左腔壁15的外周部和所述右腔壁16的外周部均连接在所述外环壁14上；

所述左内环壁17连接在所述左腔壁15的内周部上，所述右内环壁18连接在所述右腔壁16的内周部上；

所述保压腔6设于所述左腔壁15和所述右腔壁16之间；

所述出气孔8设于所述外环壁14中并与所述保压腔6连通；

所述导气通道7设于所述左内环壁17和所述右内环壁18之间并与所述保压腔6连通；

所述增压腔5位于所述左内环壁17和所述右内环壁18的内侧；

所述第一叶轮9的外周部和所述第二叶轮10的外周部分别与所述外环壁14相连；在本实施例中，外环壁14、左腔壁15、右腔壁16、左内环壁17、右内环壁18、保压腔6和导气通道7均为环形结构，所述出气孔8设有多个并沿周向均匀分布在所述外环壁14中。

如图1～3所示，所述定子部件1中设有与所述动压轴承3对应并位于对应的所述动压轴承3的一侧的第一腔室19，所述第一叶轮9旋转时用于将所述第一腔室19中的空气抽送至所述增压腔5中；

所述定子部件1中设有与所述动压轴承3对应并位于对应的所述动压轴承3的另一侧的第二腔室20，所述第二叶轮10旋转时用于将所述第二腔室20中的空气抽送至所述增压腔5中；在本实施例中，所述第一腔室19和所述第二腔室20分别与所述动压轴承3一一对应。

如图1～3所示，所述气浮间隙4的一端与对应的所述第一腔室19连通，所述气浮间隙4的另一端与对应的所述第二腔室20连通，以便所述气浮间隙4中的空气流入所述第一腔室19和所述第二腔室20中。

如图1～3所示，所述第一腔室19通过至少一个第一导通孔21与外界连通；

所述第二腔室20通过至少一个第二导通孔22与外界连通；

所述第一导通孔21和所述第二导通孔22均设于所述定子部件1中；在本实施例中，所述第一腔室19通过沿周向均布的多个第一导通孔21与外界连通，所述第二腔室20通过沿周向均布的多个第二导通孔22与外界连通。

在本实施例中，所述动压轴承3、所述第一腔室19和所述第二腔室20分别一前一后设有两个，前方的动压轴承3位于前方的第一腔室19和前方的第二腔室20之间，后方的动压轴承3位于后方的第一腔室19和后方的第二腔室20之间。

所述定子部件1和所述转子部件2之间还设有前保护轴承23和后保护轴承24，所述转子部件2上连接有前螺母25和后螺母26，所述前螺母25用于抵住所述前保护轴承23进而固定住所述前保护轴承23，所述后螺母26用于抵住所述后保护轴承24进而固定住所述后保护轴承24。

所述定子部件1包括定子外壳27、连接在所述定子外壳27的前端部上的前端盖28和连接在所述定子外壳27的后端部上的后端盖29；

前方的第一腔室19设于所述前端盖28中，前方的第二腔室20位于所述定子外壳27和所述前螺母25之间，后方的第一腔室19位于所述定子外壳27和所述后螺母26之间，后方的第二腔室20位于所述后端盖29中。

具体的，所述转子部件2旋转设置在所述定子外壳27中，所述转子部件2的前端部穿过所述前端盖28，所述转子部件2的后端部穿过所述后端盖29，所述动压轴承3设于所述定子外壳27和所述转子部件2之间，所述气浮间隙4设于所述外环壁14和所述定子外壳27之间，所述前保护轴承23和所述后保护轴承24均设于所述转子部件2和所述定子外壳27之间。

进一步具体的，所述第一叶轮9包括第一轮环部30和多个沿周向依次排列的第一叶片部31，所述第一轮环部30连接在所述转子部件2上，所述第一叶片部31的一端部连接在所述第一轮环部30上，所述第一叶片部31的另一端部连接在所述外壳本体13中的外环壁14上，所述第一定位孔11设于所述第一轮环部30上；

进一步具体的，所述第二叶轮10包括第二轮环部32和多个沿周向依次排列的第二叶片部33，所述第二轮环部32连接在所述转子部件2上，所述第二叶片部33的一端部连接在所述第二轮环部32上，所述第二叶片部33的另一端部连接在所述外壳本体13中的外环壁14上，所述第二定位孔12设于所述第二轮环部32上。

在本实施例中，所述第一叶片部31和所述第二叶片部33的旋向相反，所述转子部件2中可以包括转子轴。

综上所述，由于所述动压轴承3是连接在所述转子部件2上的，因此当所述转子部件2高速旋转时会带动所述动压轴承3一起高速旋转，因此所述动压轴承3中的第一叶轮9和第二叶轮10也会高速旋转，第一叶轮9和第二叶轮10在旋转时会将外部的空气从两侧同时抽送至所述增压腔5中，空气不断被压缩到所述增压腔5中后使得所述增压腔5中的空气压力升高，然后增压腔5中的高压空气会从所述导气通道7流入所述保压腔6中，然后再从所述出气孔8流入所述气浮间隙4中以形成气膜。所述转子部件2和所述动压轴承3在高速旋转的过程中会通过所述气膜浮动支撑在所述定子部件1中，所述动压轴承3与所述定子部件1之间不存在接触摩擦，因此能够避免所述动压轴承3受到磨损而损坏，进而延长了所述动压轴承3的使用寿命，避免电主轴因动压轴承3的损坏而故障，降低了电主轴的故障率。

通过气膜提供非接触式的支撑以使高速旋转的转子部件2和动压轴承3气浮旋转于所述定子部件1中，动压轴承3旋转时与定子部件1之间不接触无摩擦，因此不会受到磨损也不会产生振动，使用寿命更长，高速性能更好，并且所述转子部件2的转速越高则所述转子部件2越趋向于旋转中心轴，自动对中心越准，进而使本申请实施例的动压轴承高速电主轴的整体性能明显优于常规的高速电主轴。

所述增压腔5中的空气压力会随着转子部件2转速的增加而升高，所述转子部件2的转速越高，则所述增压腔5中的空气压力越大，在所述气浮间隙4中形成的气膜的支撑刚度越高，因此能够在高速旋转时提供稳定的支撑，提高了高速时的稳定性和可靠性。

所述保压腔6能够用于将来自增压腔5的高压气体保持一定时间，保压腔6中的气体从所述出气孔8排入所述气浮间隙4中的流量很小，因而所述保压腔6中的空气压力能够保持足够长的时间，以使增压腔5中的高压气体有足够的时间向保压腔6中补充，所述保压腔6中的气压波动小，能够在所述气浮间隙4中形成稳定气膜，进而能够提高气浮的稳定性；并且由于所述气浮间隙4中的流量很小，因此听不到排气声。

通过第一叶轮9和第二叶轮10的高速旋转以抽送空气并将空气压缩到所述增压腔5中，进而在所述增压腔5中形成高压空气，不需要额外接入高压气源，结构非常简单，造价较低，能够节约成本。

通过第一叶轮9和第二叶轮10将两侧的空气同时抽送到所述增压腔5中还能够提高相应速度；所述动压轴承3中采用了小气道比以增强气浮压力进而并提升了支撑刚度。

实施例二

如图6～8所示，一种动压轴承，它为如实施例一所述的动压轴承高速电主轴中所采用的动压轴承3。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。