Электрошпиндель металлорежущего станка Советский патент 1991 года по МПК B24B41/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в прецизионные шлифовальных станках.

Целью изобретения является повышение долговечности электрошпинделя путем уменьшения момента трения в опорах за счет создания осевых колебаний.

На чертеже представлена конструкция электрошпинделя.

Электрошпиндель включает корпус 1 с рубашкой 2 охлаждения, в котором установлены передний 3 и задний 4 щиты Вал-ротор 5 смонтирован на радиально-упорных шарикоподшипниках б и 7, которые как в передней, так и в задней опорах установле- ны по схеме тандем Внутренние кольца подшипников устанавливаются на вал 5 по неподвижной посадке, а наружные кольца имеют подвижную посадку для обеспечения возможности осевого перемещения при со- здании натяга. На внутренней поверхности корпуса 1 крепится магнитопровод статора 8 с обмоткой 9, а на вал-ротор 5 устанавливается магнитопровод 10, выполненный на конус, причем угол конуса 10-20. Вершина конуса может быть направлена как к передней, так и к задней опорам шпинделя. Упругие элементы 11 через компенсаторное кольцо 12 воздействуют на наружные кольца подшипников 7. В заднюю крышку 13 ввернут штуцер 14 для подачи масляного тумана. Охлаждающая жидкость подводится через штуцер 15. Подшипники 7 крепятся с помощью гайки 16. Вал-ротор 5 имеет лы- ску 17 для удержания его при закручивании гайки 18, удерживающей подшипники б и образующей с передней крышкой 19 лабиринтное уплотнение.

Электрошпиндель работает следующим образом

При подаче переменного электрического тока, частота которого зависит от требуемой частоты вращения шпинделя, в обмотку статора 9 возникает электромагнитное поле, которое приводит во вращение вал-ро- тор 5 и одновременно благодаря конусности магнитопровода 10 вала-ротора 5 возбуждает усилие, направленное вдоль оси вала-ротора 5 в сторону уменьшения диаметра магнитопровода 10. Это усилие наряду с постоянной составляющей включает переменную составляющую, обусловленную пульсациями от накопления трех фаз питающего напряжения. Частота этих пульсаций в три раза выше частоты тока питающей сети. Под действием переменной составляющей вал-ротор 5 электрошпинделя смещается в осевом направлении на величину, лежащую в области упругих деформаций подшипников 6 и 7, установленных в переднем 3 и заднем 4 щитах электрошпинделя. и возвращается назад за счет силы упругой деформации возникающей в подшипниках 6 переднею щита 3 электрошпинделя. При этом за счет переменного характера электромагнитной силы и упругой деформации возникают осевые колебания вала-ротора 5 вместе в внутренними кольцами подшипников 6 и 7 с частотой, в три раза превышающей частоту эл ектрическог.) тока, подаваемого на обмотку 9 статора, и амплитудой, лежащей в пределах величины упругих деформаций подшипников 6.

Указанная величина угла конуса магнитопровода вал-ротора 10-201 установлена на основании экспериментальных исследований электрошпинделей типа Ш 24/3,5.

При испытаниях электрошпинделя с валами-роторами, имеющими магнитопрово- ды с углами конуса 5-301, зарегистрированы путем измерения с помощью бесконтактных индуктивных датчиков относительного осевого положения вала-ротора следующие величины осевых усилий, представленные в таблице

В элрктрошпинделе с валами-роторами, имеющими конусность и без нее, радиаль- но-упорные подшипники устанавливаются всегда с предварительным осевым натягом, т.е. осевое усилие в подшипниках 150- 400 Н. Осевое усилие предварительного натяга создается посредством пружины. В нашем случае оно равно рекомендованному минимуму 100 Н. При конусных магнитопро- водах нч валу-роторе возникает дополнительное усилие от электромагнитных сил, если обозначить Рн - усилие натяга от пружины, Рэ - усилие от электромагнитных сил,

а Робщ У сумарное осевое усилие при угле конуса у . то при угле конуса у 51 суммар,| ное осевое усилие Р0бщ Рн - РЭ 100 +

+ 40 140 Н Р 100 + 90 190 Н, РоЈщ ЮО+ 140 240 Н РоЈщ 100+ 250-350 Н,

9S1

РоВщ- 100 (-430 530 Н.

Как уже указывалось 400 Н - максимальная величина предварительного осевого усилия, а в нашем случае уже при угле конуса 25 имеем 530 Н.

Таким образом, при дальнейшем уве: личении угла конуса резко возрастает осевое усилие. Чтобы подшипники работали с осевым натягом, находящимся в пределах, рекомендованных техническими требованиями, угол конуса должен находиться в пределах 10-20 .

Формула изобретения Электрошпиндель металлорежущего станка, содержаший статор, вал-ротор, установленный на опорах качения, и средства для создания осевого натяга в подшипниках опор, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности шпинделя путем уменьшения момента трения в опорах за счет создания осевых колебаний, магнито- провод вал-ротора выполнен конусным с углом конуса 10-201.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в прецизи- онных шлифовальных станках. Цель 78 79 изобретения - повышение долговечности электрошпинделя путем уменьшения момента трения в опорах за счет создания осевых колебаний. В электрошпинделе маг- нитопровод вала-ротора 5 выполнен конусным с углом конуса 10-20. При подаче переменного электрического тока на обмотку статора 8 возникает электромагнитное поле, которое возбуждает дополнительное переменное усилие, обусловленное пульсациями от наложения трех фаз питающего напряжения. В результате действия этой силы и силы упругой деформации подшипников 6.7 возникают осевые колебания вала-ротора вместе с внутренними кольцами подшипников. 1 табл. 1 ил 11 12 7 vf fe 6 О у О Ю vj