CN109357008A - 电主轴充分冷却密封结构 - Google Patents
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Abstract
提供一种电主轴充分冷却密封结构，具有的电机定子的圆柱形外壳外圆柱面切制定子螺旋流体通道；且定子螺旋流体通道两端外侧即电机定子圆柱形外壳轴端与定子水套轴端的结合面分别通过第一径向限位槽和第一径向限位槽内的第一密封圈以及与第一径向限位槽平行的第二径向限位槽以及第二径向限位槽内的第二密封圈实现电机定子水冷却轴端的双重径向密封；且电机定子轴端双重径向密封的第一径向限位槽和第二径向限位槽之间与两者平行并间隔一定距离制有径向漏水槽。本发明结构紧凑；冷却隔尘效果优越；密封优良；并当能将密封圈发生渗漏后的冷却液及时向电主轴壳体外排出；充分带走电主轴高速旋转产生的热量的同时，减少了电主轴检修频次；延长了电主轴寿命。
Description
技术领域
本发明属电主轴冷却技术领域，具体涉及一种电主轴充分冷却密封结构。
背景技术
目前，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。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快等优点。但是，由于电主轴将电机集成于主轴单元中，电机内置、外壳封闭，且转速很高，电机功率损耗产生的热量和前后轴承摩擦产生的热量无法及时排走，从而导致电主轴内部形成复杂的温度场，使电主轴的热态特性和动态特性变差，从而影响电主轴的正常工作。在精密加工中，由热变形引起的加工误差所占的比例高达40％-70％左右。因此，电主轴需要配备必要的冷却结构。现有技术下，电主轴的冷却结构设计存在的问题在于：1、定子水套内的冷却槽为沿定子轴向的线性通槽设计；冷却面积有限；冷却效果不佳；2、缺少针对密封圈处发生渗漏后的排水设计；3、电机定子水套和电机定子之间在电机定子轴端采用一个密封圈实现密封；防尘和冷却密封依赖一个密封圈实现；一旦磨损，密封和防尘效果同时受到影响；故障维护频次增加；冷却以及密封效果均有待完善和提高。为此，现提出如下技术方案。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种电主轴充分冷却密封结构；解决背景技术中所涉及的技术问题；充分带走电主轴高速旋转产生的热量；减少检修频次；延长主轴寿命。
本发明采用的技术方案：电主轴充分冷却密封结构，具有电机转子、电机定子和定子水套，其特征在于：所述电机定子具有的圆柱形外壳的外圆柱面切制定子螺旋流体通道；所述定子螺旋流体通道两端外侧，即电机定子圆柱形外壳轴端与定子水套轴端的结合面分别通过第一径向限位槽和第一径向限位槽内的第一密封圈以及与第一径向限位槽平行的第二径向限位槽以及第二径向限位槽内的第二密封圈实现电机定子水冷却轴端的双重径向密封；且电机定子轴端双重径向密封的第一径向限位槽和第二径向限位槽之间与两者平行并间隔一定距离制有径向漏水槽。
上述技术方案中，为充分带走电主轴的热量；实现定子和轴承套筒的充分冷却循环，进一步地：所述定子水套与床头箱固连为一体，并通过床头箱固连电主轴前端的轴承套筒以及轴承套筒外部密封固连的轴承套筒水套；所述轴承套筒的外圆柱面切制轴承套筒螺旋流体通道；所述轴承套筒螺旋流体通道与定子螺旋流体通道通过床头箱内制有的导流槽相连通。
上述技术方案中，为紧凑化结构，并简化冷却管路设计，实现电主轴定子和轴承套筒组成的冷却循环：所述定子水套为外方内圆的壳体，且其方形壳体与床头箱壳体匹配对接且密封紧固连为一体；其中定子水套的壳体以电机定子轴向为对称轴分别设有一个冷却进水管和一个冷却出水管；所述冷却进水管和冷却出水管与定子螺旋流体通道和轴承套筒螺旋流体通道连通组成电机定子和轴承套筒的循环冷却回路。
上述技术方案中，为保证密封效果，进一步地：所述定子水套与床头箱、床头箱与轴承套筒、轴承套筒与轴承套筒水套的结合面均设有密封圈并通过密封圈密封固连。
上述技术方案中，为保证密封效果，同时解决电机定子轴端冷却回路渗漏后的近端排水问题，进一步地：所述第一密封圈、第二密封圈均为O型密封圈；所述径向漏水槽为单环径向漏水槽；且单环径向漏水槽与定子水套侧壁制有的排水孔相通连以将漏水排出电主轴壳体外；所述排水孔分别对应每个径向漏水槽位于定子水套前、后轴端独立开制。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案电机定子轴端双重径向密封的结构较单密封圈密封；外侧的第二密封圈具有防尘和水密封效果；内侧的第一密封圈具有水密封效果；双重径向密封较轴端一个密封圈密封的效果显著提升；协同轴端双重径向密封圈之间开制漏水槽共同作用；即使从第一密封圈处发生渗漏，冷却液能够顺利地从漏水槽向电主轴壳体外排走；密封、防尘功能均显著提升；与此同时，还有效解决了冷却液渗漏后的排水问题；
2、本方案轴承套筒和电机定子外圆柱面切制螺旋流体通道的设计，较轴向开制通槽设置冷却通道的结构，冷却液流通长度显著增加；冷却面积显著增大；冷却效果优异；
3、本方案通过在床头箱内设置导流槽；不仅针对电机定子，而且针对轴承套筒同样实现了径向螺旋冷却；较仅电机定子冷却的电主轴设计，可充分带走电主轴高速旋转产生的热量；保证其精度；延长其使用寿命；
4、本方案采用一个冷却进水管、一个冷却出水管与电机定子以及轴承套筒的螺旋流体连通；较分别针对电机定子以及主轴轴承套筒冷却的进、出水管路系统布置更为精简；冷却循环更为流畅。
附图说明
图1为本发明一种实施例的立体结构示意图；
图2为图1实施例的C-C剖视图；
图3为图2实施例内部的局部立体结构示意图；
图4为图2实施例的E部放大细节结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-4描述本发明的具体实施例。
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例，仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下述实施例中所用的部件，如无特殊说明，均为市售。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。
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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过其他中间构件间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
电主轴充分冷却密封结构，具有电机转子、电机定子1和定子水套2，其特征在于：(参见图2结合图3)为实现电机定子更大覆盖面积的冷却：所述电机定子1具有的圆柱形外壳101的外圆柱面切制定子螺旋流体通道3；所述定子螺旋流体通道3除电机定子1与定子水套2轴端结合面之外，沿电机定子1圆柱形外壳101的外圆柱面从左端结合面螺旋切制至右端的结合面：为实现电机定子和定子水套2结合面密封连接时具有优越和充分的密封以及防尘效果：所述定子螺旋流体通道3两端外侧，即电机定子1圆柱形外壳101轴端与定子水套2轴端的结合面分别通过第一径向限位槽401和第一径向限位槽401内的第一密封圈4011以及与第一径向限位槽401平行的第二径向限位槽402以及第二径向限位槽402内的第二密封圈4022实现电机定子水冷却轴端的双重径向密封(参见图4结合图2)；为实现当电机定子的径向密封圈发生渗漏后能够及时排水；解决渗漏排水问题的同时，增加双重密封圈密封的隔水、防尘密封效果：电机定子1轴端双重径向密封的第一径向限位槽401和第二径向限位槽402之间与两者平行并间隔一定距离制有径向漏水槽5。需要说明的是，所述第一径向限位槽401、第二径向限位槽402、径向漏水槽5均为环形槽且相互间隔一定距离平行切制。
上述实施例中，为充分带走电主轴的热量；实现定子和轴承套筒的充分冷却循环，进一步地：(参见图2)所述定子水套2与床头箱6固连为一体，并通过床头箱6固连电主轴前端的轴承套筒7以及轴承套筒7外部密封固连的轴承套筒水套8；为紧凑化结构设计：所述床头箱6与电主轴底座为一体式结构。此外，为解决除电机定子外轴承套筒的同时大面积覆盖式螺旋冷却：所述轴承套筒7的外圆柱面切制轴承套筒螺旋流体通道9；此外，为将电机定子与轴承套筒的冷却结构连通为一体；有利形成冷却循环回路：所述轴承套筒螺旋流体通道9与定子螺旋流体通道3通过床头箱6内制有的导流槽601相连通。进一步地，为紧凑化结构，并简化冷却管路设计，实现电主轴定子和轴承套筒组成的冷却循环：所述定子水套2为外方内圆的壳体，且其方形壳体与床头箱6壳体匹配对接且密封紧固连为一体；其中定子水套2的壳体以电机定子1轴向为对称轴分别设有一个冷却进水管10和一个冷却出水管11；所述冷却进水管10和冷却出水管11与定子螺旋流体通道3和轴承套筒螺旋流体通道9连通组成电机定子1和轴承套筒7的循环冷却回路。进一步地，为保证密封效果：所述定子水套2与床头箱6、床头箱6与轴承套筒7、轴承套筒7与轴承套筒水套8的结合面均设有密封圈4并通过密封圈4密封固连。
上述实施例中，为保证密封效果，同时解决电机定子轴端冷却回路渗漏后的近端排水问题，进一步地：(参见图1结合图4)所述第一密封圈4011、第二密封圈4022均为O型密封圈；所述径向漏水槽5为单环径向漏水槽；且单环径向漏水槽与定子水套2侧壁制有的排水孔201相通连以将漏水排出电主轴壳体外；所述排水孔201分别对应每个径向漏水槽5位于定子水套2前、后轴端独立开制。
工作原理：参见图2床头箱6制有的导流槽601内箭头所指方向即为电主轴冷却循环回路的液体流向：其中，冷却液从冷却进水管10进入电机定子1的定子螺旋流体通道3以对电机定子1实现充分大面积的冷却；然后经与定子水套2固连为一体的床头箱6的导流槽601流入主轴轴承所在的轴承套筒7的外圆周侧壁开制的轴承套筒螺旋流体通道9以对电主轴主轴前、后端安装的轴承形成充分冷却；而且，针对电机定子1和轴承套筒7内轴承充分冷却后的冷却液最终经与导流槽601、定子螺旋流体通道3、轴承套筒螺旋流体通道9同时连通的冷却出水管11流出并形成循环冷却；即使第一径向限位槽401内的第一密封圈4011发生渗漏；冷却液也能够及时经与第一径向限位槽401相邻的径向漏水槽5，经定子水套2侧壁制有的排水孔201向电主轴壳体外顺利排出；并经第二径向限位槽402以及其内的第二密封圈4022的限位阻挡作用；加强密封隔水、以及隔尘效果。
可见，本发明电机定子轴端双重径向密封的结构较单密封圈密封；外侧的第二密封圈具有防尘和水密封效果；内侧的第一密封圈具有水密封效果；双重径向密封较轴端一个密封圈密封的效果显著提升；协同轴端双重径向密封圈之间开制漏水槽共同作用；即使从第一密封圈处发生渗漏，冷却液能够顺利地从漏水槽向电主轴壳体外排走；密封、防尘功能均显著提升；与此同时，还有效解决了冷却液渗漏后的排水问题；轴承套筒和电机定子外圆柱面切制螺旋流体通道的设计，较轴向开制通槽设置冷却通道的结构，冷却液流通长度显著增加；冷却面积显著增大；冷却效果优异；通过在床头箱内设置导流槽；不仅针对电机定子，而且针对轴承套筒同样实现了径向螺旋冷却；较仅电机定子冷却的电主轴设计，可充分带走电主轴高速旋转产生的热量；保证其精度；延长其使用寿命；采用一个冷却进水管、一个冷却出水管与电机定子以及轴承套筒的螺旋流体连通；较分别针对电机定子以及主轴轴承套筒冷却的进、出水管路系统布置更为精简；冷却循环更为流畅。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (5)
1.电主轴充分冷却密封结构，具有电机转子、电机定子(1)和定子水套(2)，其特征在于：所述电机定子(1)具有的圆柱形外壳(101)的外圆柱面切制定子螺旋流体通道(3)；所述定子螺旋流体通道(3)两端外侧，即电机定子(1)圆柱形外壳(101)轴端与定子水套(2)轴端的结合面分别通过第一径向限位槽(401)和第一径向限位槽(401)内的第一密封圈(4011)以及与第一径向限位槽(401)平行的第二径向限位槽(402)以及第二径向限位槽(402)内的第二密封圈(4022)实现电机定子水冷却轴端的双重径向密封；且电机定子(1)轴端双重径向密封的第一径向限位槽(401)和第二径向限位槽(402)之间与两者平行并间隔一定距离制有径向漏水槽(5)。
2.根据权利要求1所述的电主轴充分冷却密封结构，其特征在于：所述定子水套(2)与床头箱(6)固连为一体，并通过床头箱(6)固连电主轴前端的轴承套筒(7)以及轴承套筒(7)外部密封固连的轴承套筒水套(8)；所述轴承套筒(7)的外圆柱面切制轴承套筒螺旋流体通道(9)；所述轴承套筒螺旋流体通道(9)与定子螺旋流体通道(3)通过床头箱(6)内制有的导流槽(601)相连通。
3.根据权利要求2所述的电主轴充分冷却密封结构，其特征在于：所述定子水套(2)为外方内圆的壳体，且其方形壳体与床头箱(6)壳体匹配对接且密封紧固连为一体；其中定子水套(2)的壳体以电机定子(1)轴向为对称轴分别设有一个冷却进水管(10)和一个冷却出水管(11)；所述冷却进水管(10)和冷却出水管(11)与定子螺旋流体通道(3)和轴承套筒螺旋流体通道(9)连通组成电机定子(1)和轴承套筒(7)的循环冷却回路。
4.根据权利要求2所述的电主轴充分冷却密封结构，其特征在于：所述定子水套(2)与床头箱(6)、床头箱(6)与轴承套筒(7)、轴承套筒(7)与轴承套筒水套(8)的结合面均设有密封圈(4)并通过密封圈(4)密封固连。
5.根据权利要求1所述的电主轴充分冷却密封结构，其特征在于：所述第一密封圈(4011)、第二密封圈(4022)均为O型密封圈；所述径向漏水槽(5)为单环径向漏水槽；且单环径向漏水槽与定子水套(2)侧壁制有的排水孔(201)相通连以将漏水排出电主轴壳体外；所述排水孔(201)分别对应每个径向漏水槽(5)位于定子水套(2)前、后轴端独立开制。
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