减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法

摘要

一种减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法是在主轴转子(5)两端的支撑点分别配置结构相同的弹性支撑环(2)和轴承座(3)，当主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷通过轴承(4)和轴承座传递到弹性支撑环上，弹性支撑环的Y形翘翼将发生弹性变形，该弹性变形能吸收一部分振动能量，从而减轻轴承和轴承座以及套筒(1)之间的冲击载荷，同时由于弹性支撑环的Y形翘翼具有弹性，主轴转子两端支撑点受到的刚性约束将被减弱，从而使主轴转子的振动弯曲变形得到有效释放，主轴转子高速旋转自定心效果增强，有效防止了主轴转子的弯曲变形，减少轴承的受力，提高高速电主轴的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于机械振动技术领域，具体地说涉及到一种减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法。

背景技术

高速电主轴的结构近似于电动机，但它的功能却与电动机有着本质区别。高速电主轴的套筒近似于电动机的机座，高速电主轴的主轴转子近似于电动机的转子，主轴转子通过轴承安装在套筒内。高速电主轴的整体结构比较紧凑，其转速通常高于电动机的转速，主轴转子转动平稳，主轴转子一般具有某些特定功能而不仅以传动为目的。

随着科学技术的进步，工业上对高速电主轴的转动速度要求越来越高。当主轴转子接近或达到某个临界高速转速时，主轴转子的振动就会产生明显的增大，振动增大幅度较轻时导致主轴转子不能正常工作，振动增大幅度较大时导致轴承损坏或者主轴转子发生弯曲断裂。振动增大的原因主要归结于主轴转子转速接近或到达某个临界转速时，转子发生共振。由于主轴转子和套筒之间只通过轴承联接而没有减震装置，主轴转子两端受到轴承和套筒的刚性约束，致使电主轴高速转动时产生的振动弯曲变形几乎得不到释放，从而导致主轴弯曲变形增大，轴承负荷增加，振动增大。

多年以来对高速电主轴的研究表明，在主轴转子和套筒之间增加减震装置可以明显减少高速条件下的振动并减少轴承的负荷量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法，该方法能减少主轴转子产生振动或发生弯曲变形，提高高速电主轴的寿命。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法是在主轴转子两端的支撑点分别配置结构相同的减震装置，该减震装置包括弹性支撑环和轴承座，在主轴转子两端支撑点上先安装轴承并由螺母紧固之，再在轴承的外径上配置轴承座，轴承座的轴向宽度≥轴承宽度+螺母宽度+轴承座挡边宽度，最后在轴承座的外径上紧配合弹性支撑环，弹性支撑环的总宽度＝轴承座的轴向宽度，在弹性支撑环的内筒径向设置有间隔相等的Y形翘翼，将装好轴承和减震装置的主轴转子装入套筒内并由两端的端盖固定之，弹性支撑环的Y形翘翼与套筒内壁静止接触，当主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷通过轴承和轴承座传递到弹性支撑环上，弹性支撑环的Y形翘翼将发生弹性变形，该弹性变形能吸收一部分振动能量，从而减轻轴承和轴承座以及套筒之间的冲击载荷，同时由于弹性支撑环的Y形翘翼具有弹性，主轴转子两端支撑点受到的刚性约束将被减弱，从而使主轴转子的振动弯曲变形得到有效释放，主轴转子高速旋转自定心效果增强，有效防止了主轴转子的弯曲变形，为高速电主轴的安全运转提供保证。

所述的减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法，在弹性支撑环的内筒径向设置有间隔相等的Y形翘翼，间隔相等的每个Y形翘翼宽度为W；Y形翘翼联接内筒的径向支撑臂高度为L₂，Y形翘翼的V字形支撑臂开口宽度为L，V字形支撑臂开口宽度L所形成的夹角为a，V字形支撑臂两侧壁厚为t，V字形支撑臂两端形成的引导面长度为L₁，所述的引导面长度L₁与内筒轴线平行。

所述的减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法，其减震装置所包括的弹性支撑环和轴承座也可制作成一体减震环，一体减震环的轴向宽度＝轴承宽度+螺母宽度+减震环轴承挡边宽度，一体减震环的内筒径向设置有间隔相等的Y形翘翼，间隔相等的每个Y形翘翼宽度为W；Y形翘翼联接内筒的径向支撑臂高度为L₂，Y形翘翼的V字形支撑臂开口宽度为L，V字形支撑臂开口宽度L所形成的夹角为a，所述V字形支撑臂两侧壁厚为t，V字形支撑臂两端形成的引导面长度为L₁，所述的引导面长度L₁与内筒轴线平行。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、不同的弹性支撑环或一体减震环所使用的材料不同，Y形翘翼的弹性刚度亦不同。当材料给定时，改变Y形翘翼的V字形支撑臂开口宽度L、V字形支撑臂开口宽度L所形成的夹角a、V字形支撑臂两侧壁厚t中的任一项或全部可获得不同的弹性刚度。因此，本发明可根据不同的应用目标来设计弹性支撑环或减震环上Y形翘翼的弹性刚度，弹性刚度变化范围很大。

2、本发明的弹性支撑环或一体减震环能吸收高速电主轴在临界转速附近运转时产生的冲击能量，减少轴承的受力，提高高速电主轴的寿命。

3、本发明能使主轴转子实现自定心效果。

4、本发明结构简单、紧凑，可用于有效空间较小的高速电主轴。

5、本发明只需要简单的生产设备、一般的技术工人即可生产，技术门槛低。

附图说明

图1是本发明的安装示意图。

图2是弹性支撑环的结构示意图。

图3是图2的左视图。

上述图中：1-套筒；2-弹性支撑环；3-轴承座；4-轴承；5-主轴转子；6-螺母。

具体实施方式

结合图1，本发明的减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法是在主轴转子5两端的支撑点分别配置结构相同的减震装置，该减震装置包括弹性支撑环2和轴承座3，在主轴转子5两端支撑点上先安装轴承4并由螺母6紧固之，再在轴承的外径上配置轴承座3，轴承座的轴向宽度≥轴承宽度+螺母宽度+轴承座挡边宽度，最后在轴承座的外径上紧配合弹性支撑环2，弹性支撑环的总宽度＝轴承座的轴向宽度，在弹性支撑环的内筒径向设置有间隔相等的Y形翘翼，将装好轴承和减震装置的主轴转子装入套筒1内并由两端的端盖固定之，弹性支撑环的Y形翘翼与套筒内壁静止接触，当主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷通过轴承4和轴承座3传递到弹性支撑环2上，弹性支撑环3的Y形翘翼将发生弹性变形，该弹性变形能吸收一部分振动能量，从而减轻轴承和轴承座以及套筒之间的冲击载荷，同时由于弹性支撑环的Y形翘翼具有弹性，主轴转子两端支撑点受到的刚性约束将被减弱，从而使主轴转子的振动弯曲变形得到有效释放，主轴转子高速旋转自定心效果增强，有效防止了主轴转子的弯曲变形，为高速电主轴的安全运转提供保证。

结合图2-3，在弹性支撑环的内筒径向设置有间隔相等的Y形翘翼，间隔相等的每个Y形翘翼宽度为W。Y形翘翼联接内筒的径向支撑臂高度为L₂，径向支撑臂传递轴承所承受的力。Y形翘翼的V字形支撑臂开口宽度为L，V字形支撑臂开口宽度L所形成的夹角为a，V字形支撑臂两侧壁厚为t，开口宽度L、夹角a以及壁厚t产生弹性刚度，主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷使开口宽度L或是夹角a会增大或变小，以吸收一部分振动能量。V字形支撑臂两端形成的引导面长度为L₁，所述的引导面长度L₁与内筒轴线平行，所述的引导面壁厚可任选。配置引导面主要是保证静态下弹性支撑环或减震环相对套筒定心引导作用，易于安装。

除此而外，减震装置所包括的弹性支撑环和轴承座也可制作成一体减震环，这是针对高速电主轴内部结构较小情况下的一种补充设置，同时也有利于高速电主轴的结构简化。一体减震环的轴向宽度＝轴承宽度+螺母宽度+减震环轴承挡边宽度，一体减震环的内筒径向设置有间隔相等的Y形翘翼，间隔相等的每个Y形翘翼宽度为W。Y形翘翼联接内筒的径向支撑臂高度为L₂，径向支撑臂传递轴承所承受的力。Y形翘翼的V字形支撑臂开口宽度为L，V字形支撑臂开口宽度L所形成的夹角为a，V字形支撑臂两侧壁厚为t，开口宽度L、夹角a以及壁厚t产生弹性刚度，主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷使开口宽度L或是夹角a会增大或变小，以吸收一部分振动能量。V字形支撑臂两端形成的引导面长度为L₁，所述的引导面长度L₁与内筒轴线平行。配置引导面主要是保证静态下弹性支撑环或减震环相对套筒的定心引导作用，易于安装。

上述Y形翘翼宽度W、Y形翘翼联接内筒的径向支撑臂高度L₂、Y形翘翼的V字形支撑臂开口宽度L、V字形支撑臂开口宽度L所形成的夹角为a、V字形支撑臂两侧壁厚t和V字形支撑臂两端形成的引导面长度L₁的具体参数没有严格限定，主要根据高速电主轴的规格型号和刚性设计要求而定，跟主轴转子和套筒的结构空间密切相关。

安装时，主轴转子5两端由轴承4支撑，螺母6将轴承4固定于主轴转子5上，轴承4装在轴承座3内，两个弹性支撑环2分别套在轴承座3外将主轴转子5支撑于高速电主轴套筒1内。

当主轴转子5高速旋转在临界转速附近时，高速旋转产生的振动经轴承4、轴承座3和弹性支撑环2传递到高速电主轴的套筒1上。在传递振动的过程中，弹性支撑环2在因振动而产生的冲击载荷作用下，Y形翘翼的V字形支撑臂将发生弹性变形，吸收振动产生的一部分能量，从而减轻轴承座3与套筒1直接硬碰硬联接所导致的冲击负荷。此外，由于弹性支撑环2存在，主轴转子5的两端受到的约束将减弱，高速旋转自定心效果得以发生，因而整个高速电主轴的运转将安全而稳定。