本发明专利技术涉及机床主轴设计领域，更具体的说，一种用水驱动机床主轴高速转动的装置，包括：壳体(1)，与壳体形成配合关系的主轴(2)，与伺服阀管道(1007)相连的壳体入水通道(3)，位于主轴(2)前端的壳体出水通道(4)，置于主轴轴向节流器(202)下方的壳体出水通道(5)，在主轴出水通道(205)下方的壳体出水通道(6)，放置在主轴(2)尾端的壳体出水通道(7)，位于壳体入水通道(3)后端的壳体凹槽(8)，夹在壳体前端和后端之间的密封圈(9)，以及与主轴(2)后端相连的控制平台(10)；所述主轴出水通道(205)与壳体凹槽(8)间水射流反冲力形成扭矩。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及机床主轴设计领域，更具体的说，涉及一种用水驱动机床主轴高 速转动的装置。
技术介绍
目前的高速主轴单元主要为高速电主轴。由于电主轴将电机集成于转子部分，即 主轴组件的结构中，相当于在其内部增加了一个热源，使得电机不能采用风扇散热，因此自 然散热条件较差，这些热源产生的热量主要通过主轴壳体和主轴进行散热。另外，电机转子 在主轴壳体内的高速搅动，使内腔中的空气也会发热，所以电机产生的热量有相当一部分 会通过主传到轴承上去，由此引起的热变形会严重降低机床的加工精度和轴承使用寿命， 从而导致电主轴的使用寿命缩短。高速电主轴的轴承润滑方式通常有三种。油脂润滑的主轴温升较高，工作寿命 较短，需要定期更换油脂；油雾润滑由于其污染性较大，逐渐被停止使用；油气润滑造价昂 贵，通常需要将通入的气体进行干燥处理。三种润滑方式均可靠性较低。水主轴散热良好，且可靠性较高，因此研究一种用水驱动机床主轴高速转动的装 置，对于实现高速主轴的良好的散热及高可靠性具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是给出一种用水驱动机床主轴高速转动的装置，它利用高压水作为 动力，应用于机床主轴中，实现了主轴的高速转动。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。一种用水驱动机床主轴 高速转动的装置，其特征在于，包括壳体，主轴，位于壳体中部的壳体入水通道，位于主轴 下方的壳体出水通道，位于壳体入水通道截面的主轴入水通道，位于主轴内的主通道，置于 壳体凹槽截面上的主轴出水通道，置于主轴前后端的径向节流器，位于主轴中部的轴向节 流器。所述水流入流出主轴的运动情况，主轴的启动转动情况，主轴平稳转动情况。本专利技术的进一步特点在于水进入进出主轴高压水从壳体入水通道进入，水从该通道进入主轴的主通道，主 通道中的水进入节流器后，通过节流器将水排到壳体与主轴之间的间隙中，一部分水通过 主轴出水通道排到壳体与主轴间，壳体下方设置的几个出水通道将水从壳体与主轴的间隙 中排出。轴的转动情况高压水流过主轴出水通道横截面时，由于压力的下降，水获得极大 的速度，在出口处形成一个与水流速度相反的反冲力，三个出水口形成的反冲力之间构成 一个扭矩，该扭矩驱使主轴转动。轴的平稳转动水通过主通道进入到分别位于主轴轴向方向上的节流器和径向方 向上的节流器后，节流器中的水再进入到壳体和主轴的间隙中，位于主轴径向方向的节流 器在圆周的各个角度，高压水均在径向方向冲击壳体，所产生的压力迫使主轴无法与壳体接触，从而实现了主轴的径向方向平稳；高压水流过位于主轴的轴向节流器后，在与轴向节 流器平行的壳体两个壁面上分别形成冲击力，实现了主轴的轴向方向平稳。本装置的优势在于在加工小尺寸零件时，具有很高的转速，使得加工的表面粗糙 度低，约为几十纳米，表面轮廓为亚微米级。水不停地在转子与外壳之间流动，并且在转子 内亦流动，使得装置的散热良好。节流器在主轴径向和轴向方向上分别发挥了径向静压轴 承和轴向静压轴承的作用，轴承与主轴的一体化使得轴承的寿命得到提高。附图说明图1本专利技术的一种用水驱动机床主轴高速转动的装置的结构示意图。图2为图1的左视图。图3为主轴入水通道的剖面图。图4为主轴出水通道的剖面图。具体实施方案下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。参照图1、图2、图3、图4，一种用水驱动机床主轴高速转动的装置，主要包括壳体 1，主轴2，主轴径向节流器201，主轴轴向节流器202，主轴入水通道203，主轴主通道204，主 轴出水通道205，壳体入水通道3，壳体出水通道4，壳体出水通道5，壳体出水通道6，壳体出 水通道7，壳体凹槽8，密封圈9，柔性联轴器1001，旋转编码器1002，模数转换器1003，计算 机1004，数模转换器1005，增益放大器1006，伺服阀1007。高压水从伺服阀1007中流入到壳体入水通道3中，接着水进入主轴入水通道203 中，水由主轴入水通道203流入主轴主通道204中，主轴主通道204中的水分两部分，一部 分通过主轴出水通道205送入壳体出水通道中，高速水的反冲力在主轴2上形成扭矩，该扭 矩使得主轴2转动；另一部分水通过主轴径向节流器201和主轴轴向节流器202分别流入 到壳体出水通道中。柔性联轴器1001与主轴2相连，旋转编码器1002与柔性联轴器1001 相连，通过旋转编码器1002测得的主轴转速传递到模数转换器1003上，模数转换器1003 将数字信号传递给计算机1004，计算机1004对信号进行处理，所得的数字信号送入数模转 换器1005中，计算机1005与增益放大器1006相连，增益放大器器1006通过控制伺服阀 1007的供水流量和压力，实现对主轴2的转速控制。当主轴2受到扰动时，主轴2的转速会 降低，这时，旋转编码器1002会将主轴2的转速反馈到计算机1004中，计算机1004通过控 制伺服阀1007的压力和流量，使得壳体入水通道3中的水压升高，流量增大，达到恢复转速 目的，从而实现了主轴2的稳定转动。主轴径向节流器201的作用原理为水在流出主轴径向节流器201后，水的压力会 降低，会产生沿主轴径向节流器201的轴线方向的力，主轴2的左端和右端的端面上各有四 个节流器，四个节流器的合力能够自动调节水腔压力，使水膜具有较大的水膜刚度，能够承 受较大的力，从而使主轴2限定在水膜内转动；同时，节流器分别位于两个端面，使得主轴2 实现动平衡。主轴轴向节流器202的作用原理是水在流出主轴轴向节流器202后，产生的力沿 主轴轴向节流器202的轴线方向，分别在两个端面上的节流器的合力能够自动调节水腔压力，使主轴2对于轴线方向上的扰动具有良好的适应能力。主轴出水通道205的作用原理为高压水在经过主轴出水通道205，通过主轴出水 通道205的小孔排出时，巨大的压力能转变为动能，形成高速水射流，水射流对于主轴出水 通道205的小孔有反冲力，在一个截面上布置的三个小孔产生的反冲力形成一个扭矩，该 扭矩驱动主轴2转动。实施例主轴直径为20mm，供水压力在0_5Mpa之间。当供水压力为0. 5Mpa时，供水流量 最大为12. 64L/min ；当供水压力为2Mpa时，供水流量最大为25. ^L/min ；当供水压力为 0. 5Mpa时，供水流量最大为39. 99L/min，可以得到供水流量与供水压力之间呈二次曲线关系。在供水压力一定时，通过调节供水流量，可以改变主轴的转速。供水压力5Mpa时， 当供水流量为5L/min时，主轴转速可达4937r/min ；当供水流量为20L/min时，主轴转速可 达M742r/min ；当供水流量为39. 99L/min时，主轴转速可达51647r/min ；通过分析可知， 随着流量的增加，摩擦力矩对于主转速的影响逐渐减小，直至主轴转速与供水流量之间近 似呈线性关系。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定 本专利技术的具体实施方式仅限于此，对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱 离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本专利技术由所 提交的权利要求确定专利保护范围。权利要求1.一种用水驱动机床主轴高速转动的装置，其特征在于，包括壳体(1)，与壳体形成 配合本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用水驱动机床主轴高速转动的装置，其特征在于，包括：壳体（１），与壳体形成配合关系的主轴（２），与伺服阀管道（１００７）相连壳体的入水通道（３），位于主轴（２）前端的壳体出水通道（４），置于主轴轴向节流器（２０２）下方的壳体出水通道（５），在主轴出水通道（２０５）下方的壳体出水通道（６），放置在主轴（２）尾端的壳体出水通道（７），位于壳体入水通道（３）后端的壳体凹槽（８），夹在壳体前端和后端之间的密封圈（９），以及与主轴（２）前端相连的控制平台（１０）；所述主轴出水通道（２０５）与壳体凹槽（８）间水射流反冲力形成扭矩。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆丰，蔡阳，赵瑊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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