本發(fā)明屬于機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件高效冷卻領(lǐng)域，特別涉及一種基于轉(zhuǎn)軸端面沖擊冷卻的電主軸。

背景技術(shù)：

高速、高精度已成為現(xiàn)代機(jī)械加工的發(fā)展方向，隨著現(xiàn)代機(jī)床在零部件設(shè)計(jì)、制造、裝配和材料等技術(shù)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，諸如幾何誤差、刀具磨損、伺服等誤差在整體誤差中所占的比例逐漸減小，相對(duì)而言熱變形問(wèn)題則日益凸顯。大量研究表明，在高速高精度加工過(guò)程中，熱變形所引起的誤差占總加工誤差的60-80％。

電主軸作為現(xiàn)代高速高精度加工過(guò)程中的核心部件及主要產(chǎn)熱元件，其性能對(duì)加工精度起到?jīng)Q定性的作用。電主軸的熱源分為電機(jī)及軸承兩部分。對(duì)于軸承的產(chǎn)熱問(wèn)題，目前已發(fā)展出油-氣、油-霧潤(rùn)滑冷卻技術(shù)，在對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑的同時(shí)，通過(guò)氣體的流動(dòng)帶走其產(chǎn)生的熱量。該冷卻技術(shù)的各項(xiàng)配套設(shè)備及工藝已相當(dāng)成熟，得到廣泛應(yīng)用，取得良好的應(yīng)用效果。電機(jī)的產(chǎn)熱過(guò)程中，電機(jī)定子產(chǎn)熱約占總產(chǎn)熱量的2/3，電機(jī)轉(zhuǎn)子約占1/3。對(duì)于電機(jī)定子產(chǎn)生的熱量，目前已發(fā)展出較為成熟可靠的冷卻方法，即：在電機(jī)定子外的主軸殼體上加工螺旋冷卻水套，電機(jī)定子產(chǎn)生的熱量傳遞至主軸殼體后通過(guò)冷卻水的循環(huán)流動(dòng)迅速帶走，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子的高效冷卻。目前幾乎所有的電主軸產(chǎn)品均采用該方法，并取得良好的冷卻效果。

而電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量，由于一般的電主軸并沒(méi)有電主軸軸心冷卻結(jié)構(gòu)，致使電機(jī)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的熱量一部分通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電機(jī)定子之間的間隙傳遞至電機(jī)定子，一部分則傳遞至電主軸轉(zhuǎn)軸，并通過(guò)轉(zhuǎn)軸自身材料的導(dǎo)熱特性向兩側(cè)傳遞。導(dǎo)致電主軸轉(zhuǎn)子處的熱量不斷堆積而形成“外冷內(nèi)熱”的溫度格局，最終導(dǎo)致熱變形的產(chǎn)生，制約了加工精度的提高。目前雖然也有一些電主軸軸心冷卻技術(shù)，但由于“高壓動(dòng)密封”問(wèn)題的制約，致使這些軸心冷卻技術(shù)需配備繁雜的密封、過(guò)濾及動(dòng)力系統(tǒng)，可靠性低，冷卻成本大。因此，如何有效、可靠、廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)電主軸軸心的冷卻，成為進(jìn)一步提高電主軸加工精度的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于轉(zhuǎn)軸端面沖擊冷卻的電主軸，以解決現(xiàn)有技術(shù)電主軸轉(zhuǎn)子處熱量堆積制約了加工精度、可靠性低，冷卻成本大的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于轉(zhuǎn)軸端面沖擊冷卻的電主軸，包括電主軸轉(zhuǎn)軸、主軸殼體和傳熱結(jié)構(gòu)；電主軸轉(zhuǎn)軸設(shè)置在主軸殼體的中心軸處，且與主軸殼體的側(cè)壁平行；傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)置在電主軸轉(zhuǎn)軸上；

傳熱結(jié)構(gòu)包括外側(cè)流道、中心流道、圓環(huán)形流道、通孔和密閉空腔；中心流道設(shè)置于電主軸轉(zhuǎn)軸的中心軸處，四個(gè)外側(cè)流道平行于中心流道均勻設(shè)置在中心流道外側(cè)；電主軸轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置有用于連通外側(cè)流道和中心流道的通孔，且同一端的四個(gè)外側(cè)流道端頭設(shè)置有用于連通四個(gè)外側(cè)流道的圓環(huán)形流道；電主軸轉(zhuǎn)軸的另一端為密閉空腔，且密閉空腔與外側(cè)流道和中心流道連通。

進(jìn)一步的，在設(shè)置有圓環(huán)形流道一側(cè)的電主軸轉(zhuǎn)軸外側(cè)套設(shè)有第一軸承組件；在設(shè)置有密閉空腔一側(cè)的電主軸轉(zhuǎn)軸外側(cè)套設(shè)有第二軸承組件。

進(jìn)一步的，第一軸承組件和第二軸承組件之間的電主軸轉(zhuǎn)軸外側(cè)套設(shè)有電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子外側(cè)設(shè)置有電機(jī)定子，電機(jī)定子固定設(shè)置于主軸殼體的內(nèi)側(cè)壁上。

進(jìn)一步的，第二軸承組件一側(cè)的主軸殼體設(shè)置有主軸端蓋。

進(jìn)一步的，密閉空腔的外側(cè)設(shè)置有噴嘴，噴嘴能夠噴出冷卻液，且噴嘴對(duì)準(zhǔn)密閉空腔設(shè)置。

進(jìn)一步的，傳熱結(jié)構(gòu)內(nèi)注入有傳熱工質(zhì)，注液率為30％～70％。

進(jìn)一步的，外側(cè)流道到電主軸轉(zhuǎn)軸外表層的距離小于外側(cè)流道到中心流道的距離。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明的電主軸轉(zhuǎn)軸內(nèi)的中心冷卻流道、外側(cè)流道、環(huán)形流道、孔以及密閉空腔共同組成了改進(jìn)型環(huán)路熱虹吸管傳熱結(jié)構(gòu)。該環(huán)路熱虹吸管傳熱結(jié)構(gòu)可將電機(jī)轉(zhuǎn)子及軸承所產(chǎn)生的熱量，通過(guò)軸向中心流道及外側(cè)流道迅速傳遞至電主軸轉(zhuǎn)軸尾部的密閉空腔內(nèi)。然后，利用噴嘴中噴淋出的冷卻液，實(shí)現(xiàn)對(duì)密閉空腔的冷卻。在整個(gè)熱量快速傳遞的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)電主軸軸心有效冷卻的同時(shí)，無(wú)需外部動(dòng)力，不存在“高壓動(dòng)密封”問(wèn)題，省去了高壓旋轉(zhuǎn)密封接頭以及繁雜的過(guò)濾、動(dòng)力系統(tǒng)，提高了該冷卻方法的可靠性，降低了冷卻成本。

另外，冷卻油噴淋的冷卻面為電主軸轉(zhuǎn)軸裸露在外部的尾部端面，冷卻過(guò)程是在電主軸外部進(jìn)行的，因此不會(huì)對(duì)電主軸自身原本的尺寸及結(jié)構(gòu)布局造成影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電主軸總體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明裝置圓環(huán)形流道一側(cè)截面示意圖

圖3是本發(fā)明裝置密閉空腔一側(cè)截面示意圖

其中：1、電主軸轉(zhuǎn)軸；2、第一軸承組件；3、電機(jī)轉(zhuǎn)子；4、電機(jī)定子；5、主軸殼體；6、第二軸承組件；7、主軸端蓋；8、噴嘴；9、密閉空腔；10、外側(cè)流道；11、中心流道；12、圓環(huán)形流道；13、通孔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

請(qǐng)參閱圖1至圖3，一種基于轉(zhuǎn)軸端面沖擊冷卻的電主軸，包括電主軸轉(zhuǎn)軸1、主軸殼體5和傳熱結(jié)構(gòu)；電主軸轉(zhuǎn)軸1設(shè)置在主軸殼體5的中心軸處，且與主軸殼體5的側(cè)壁平行；傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)置在電主軸轉(zhuǎn)軸1上；

傳熱結(jié)構(gòu)包括外側(cè)流道10、中心流道11、圓環(huán)形流道12、通孔13和密閉空腔9；中心流道11設(shè)置于電主軸轉(zhuǎn)軸1的中心軸處，四個(gè)外側(cè)流道10平行于中心流道11均勻設(shè)置在中心流道11外側(cè)；電主軸轉(zhuǎn)軸1的一端設(shè)置有用于連通外側(cè)流道10和中心流道11的通孔13，且同一端的四個(gè)外側(cè)流道10端頭設(shè)置有用于連通四個(gè)外側(cè)流道10的圓環(huán)形流道12；電主軸轉(zhuǎn)軸1的另一端為密閉空腔9，且密閉空腔9與外側(cè)流道10和中心流道11連通。

在設(shè)置有圓環(huán)形流道12一側(cè)的電主軸轉(zhuǎn)軸1外側(cè)套設(shè)有第一軸承組件2；在設(shè)置有密閉空腔9一側(cè)的電主軸轉(zhuǎn)軸1外側(cè)套設(shè)有第二軸承組件6。

第一軸承組件2和第二軸承組件6之間的電主軸轉(zhuǎn)軸1外側(cè)套設(shè)有電機(jī)轉(zhuǎn)子3，電機(jī)轉(zhuǎn)子3外側(cè)設(shè)置有電機(jī)定子4，電機(jī)定子固定設(shè)置于主軸殼體5的內(nèi)側(cè)壁上。

第二軸承組件6一側(cè)的主軸殼體5設(shè)置有主軸端蓋7。

密閉空腔9的外側(cè)設(shè)置有噴嘴8，噴嘴8能夠噴出冷卻液，且噴嘴8對(duì)準(zhǔn)密閉空腔9設(shè)置。

傳熱結(jié)構(gòu)內(nèi)注入有傳熱工質(zhì)，注液率為30％～70％。

外側(cè)流道10到電主軸轉(zhuǎn)軸1外表層的距離小于外側(cè)流道10到中心流道11的距離。

本發(fā)明的工作原理：

在電主軸工作過(guò)程中，電主軸轉(zhuǎn)軸1處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，四根外側(cè)流道10內(nèi)部的液體在高離心力作用下沿外側(cè)分布；由于環(huán)形流道12以及密閉空腔9的作用，使得四根外側(cè)流道10內(nèi)的液體分布均勻。電機(jī)轉(zhuǎn)子3及軸承產(chǎn)生的熱量傳遞至電主軸轉(zhuǎn)軸1內(nèi)部，致使此處外側(cè)流道10內(nèi)的液體受熱汽化成蒸汽，壓力增大，蒸汽一部分直接向冷卻腔室9運(yùn)動(dòng)，另一部分通過(guò)孔13經(jīng)中心流道1運(yùn)動(dòng)至密閉空腔9，致使密閉空腔9的溫度升高。冷卻液通過(guò)噴嘴8噴淋到電主軸轉(zhuǎn)軸1的尾部端面，對(duì)密閉空腔9起到冷卻作用，致使密閉空腔9的溫度降低，蒸汽凝結(jié)為液體。在高離心力作用下，密封腔室9內(nèi)所形成的液體向外側(cè)運(yùn)動(dòng)，最終進(jìn)入外側(cè)流道10的內(nèi)部。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子3及軸承附件的外側(cè)管路10內(nèi)的液體不斷汽化成蒸汽，致使液位降低；而密封腔室9內(nèi)蒸汽不斷凝結(jié)為液體，致使與它相鄰的外側(cè)管路10內(nèi)部的液位不斷升高，于是形成了液位差，并在高離心力作用下液體沿著外側(cè)管路10從密閉空腔9回流至電機(jī)轉(zhuǎn)子3及軸承附近。而在回流液體的剪切作用下，蒸汽的流動(dòng)方向以從孔13經(jīng)過(guò)中心流道1運(yùn)動(dòng)至密閉空腔9內(nèi)為主，于是形成了帶有相變的單向循環(huán)流動(dòng)。并在此循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)熱量從電機(jī)轉(zhuǎn)子3及軸承向電主軸轉(zhuǎn)軸1尾部的快速傳遞。然后利用噴嘴8中噴出的冷卻液對(duì)電主軸轉(zhuǎn)軸1尾部進(jìn)行噴淋冷卻，完成對(duì)電主軸轉(zhuǎn)軸1的高效冷卻。