专利名称:滚动轴承预紧力控制器的制作方法
本发明属于滚动轴承预紧力控制技术。
对于转速范围较大的精密主轴，其轴承预紧力必需是可控的。例如，计算机数控加工中心的主轴，在铣削箱体平面时，转速很低，切削力很大，为了提高加工精度，保证主轴系统有良好的刚性，以承受大的切削力，要求轴承的预紧力也很大;而在钻削箱体上的螺钉孔，或销孔时，为了达到一定的切削速度，主轴的转速就要很高，这时为了防止轴承过热，其预紧力必需及时降低。在这一类高级机床中，都带有最佳预紧力的控制系统。对预紧力控制的执行部件已经有人作了许多研究，如德国GMN公司所用的是图5所示的机构，该机构的后轴承装在轴向可移动的活塞(4)中，借助油压P的变化，就能实现活塞的前进和后退，使前后轴承中的预紧力得到控制。它的缺点是整个结构复杂，加工环节多、成本高;另外，增加了相对滑动部分(活塞和缸壁)。这些部位必需有间隙存在，因而使系统的精度降低。西德的UKF公司采用如图6所示的特种轴承来控制预紧力。当油压P变化时，外圈的变形程度也不同，这样，预紧力就得到了调节。但是，它必须用该公司生产的薄壁带沟特种轴承，通用性差、造价高，并且轴承座必需另加密封装置，结构复杂，更重要的是轴承本身是易损件，它同时作为控制执行元件作用，这样控制精度会随着使用时间而发生变化，使控制失灵。
本发明的目的是在不改变原轴系结构的前提下，创造一种通用性强、结构简单的滚动轴承预紧力控制元件，以实现精密轴系预紧力的在线最佳控制。
本发明的结构特点是一中空密闭的圆环形构件，如图1和图4(5)所示。圆环外径ΦDa和滚动轴承外径相同;内径比滚动轴承外圈的内径小5%至20%;宽度无严格要求，可与原轴系结构中的中间套宽度相同;圆环的两个工作端面是通过焊接固定的，厚度在0.05～0.3毫米之间的金属弹性薄膜(2);密闭的空腔(3)中充满着中间介质，当中间介质压力变化时，弹性薄膜将向外鼓胀或收缩，对轴承外圈施加不同的轴向力，以达到控制轴承预紧力的目的。圆环的密闭空腔(3)与圆柱销(1)的内孔连通，此内孔与压力供给系统相接，通过圆柱销的内孔填充中间介质并传递压力至薄膜(2)。圆柱销固定在轴承套(图4(6))上，使圆环轴向定位。圆柱销(1)与圆环的接合面上设置密封(5)。中间介质可为一般的液压油，借助轴系所依附的机器的液压回路对油压实现控制。图2所示的中间介质为胶冻状的液性塑料(1)。通过弹簧压柱(5)使弹簧(4)产生不同的压缩量，从而在活塞(3)上产生不同的压力，这压力通过液性塑料(1)传递到两侧薄膜(2)，使薄膜作不同程度的向外鼓胀，达到按要求控制预紧力的目的。而弹簧压柱(5)的运动可以用凸轮，行程挡块等机械或电气的方法控制。液性塑料不易泄漏，制作比较方便。
本发明的优点在于把原轴系中已有的外中间套作为一个独立的控制元件，控制精度不受使用时间的影响，故可将一般的主轴系统改为轴承预紧力可控系统，而不必改动和增加别的构件。它可用于任何一种需要预紧的滚动轴承结构中，不论是“背对背”、“面对面”或平行布置都能运用，因而通用性强，控制力直接作用于轴承外圈，灵敏度高，结构简单，造价低廉。
图1 用油压的预紧力控制环1-柱销;2-金属薄膜;3-油腔;4-压力传递通道;
5-接合面密封。
图2 用液性塑料的预紧力控制环1-液性塑料;2-金属薄膜;3-活塞;4-弹簧;
5-弹簧压柱。
图3 金刚石滚轮修整器1-金刚石滚轮;2-后轴承;3-角接触球轴承;
4-内套;5-外套。
图4 预紧力调节环在金刚石滚轮修整器中的安装图1-轴;2-锁紧螺母;3-角接触球轴承;4-内套;
5-预紧力控制环;6-轴承套筒。
图5 GMN公司可控预紧力主轴1-轴;2-前轴承;3-后轴承;4-活塞套;
5-油腔。
图6 UKF公司可控预紧力主轴1-轴;2-压力油室;3-密封环;
4-薄壁、带槽双联预紧力调节轴承。
下面借助一实施例磨床砂轮的修整，越来越多地用到金刚石滚轮修整器，见图3，金刚石滚轮(1)安装在轴中间，轴右端安装联轴器(图中未表示)输入动力，轴的右端是一对角接触球轴承7306C(3)，左端为7302C(2)。修整时，靠滚轮的外缘与砂轮外缘接触，以不同的转速与砂轮对滚，达到修整的目的。砂轮的表面形貌和工作粗糙度与金刚石滚轮的线速度有关，根据磨削工艺的不同，砂轮的表面形貌和工作粗糙度也要相应不同，要求金刚石滚轮的转速从300转/分到10000转/分变化。图3中的装置，其预紧力是不可控的，因而在高速时，轴承常发生过热而破坏。图4是在图3的结构中加入预紧力控制环(5)，将原装置图3中的内套(4)，放在两轴承(3)的中间，成为内中间套(4)，预紧力控制环(5)作为外中间套安装在两轴承外圈之间。其余均保持原设计。当滚轮转速高时，油压降低，反之油压增高，预紧力始终保持在一最佳状态。在整个工作范围，300转/分～10000转/分，装置都能良好的工作。
权利要求
1.滚动轴承预紧力控制器，通过运动可控制的构件对轴承外圈的作用，实现对轴承预紧力的控制，本发明的特征是所述的构件为中空密闭的圆环形构件(5)，圆环(5)的外径与滚动轴承外径相同，内径比轴承外圈(3)的内径小，宽度与轴系原有外中间套宽度相同，圆环(5)的两端面为金属弹性薄膜(2)，圆环(5)的空腔(3)充满中间介质，空腔(3)与圆柱销(1)的内孔连通，此内孔与供压系统相接，圆柱销(1)通过圆环(5)的径向圆孔相互联结，而圆柱销(1)固定在轴承套(6)上，圆环(5)安装在两滚动轴承外圈(3)之间。
2.根据权利要求
1所述的控制器，其特征是金属薄膜(2)其厚度在0.05～0.3毫米之间，焊接在圆环(5)的两个端面上。
3.根据权利要求
1所述的控制器，其特征是圆环(5)内径比轴承外圈(3)的内径小5～20%。
4.根据权利要求
1所述的控制器，其特征是所述的中间介质为普通液压油，利用轴系所依附机床的液压回路控制油压，并作用于弹性薄膜(2)。
5.根据权利要求
1所述的控制器，其特征是所述的中间介质为胶冻状液性塑料(1)，通过弹簧压柱(5)使弹簧(4)产生不同的压缩量，从而对活塞(3)产生不同的压力，此压力经此液性塑料(1)传递到弹性薄膜(2)。
6.根据权利要求
1、4所述的控制器，其特征是圆柱销(1)与圆环(5)的结合处设有密封。
专利摘要
精密主轴系统在工作时，应根据转速和负荷的不同，将轴承预紧力控制在一特定的最佳值，使系统发热尽可能的减少，并具有良好的刚性和抗振性。通过本发明的中空圆环构件内的压力变化，使轴承外圈产生微量位移，从而实现对轴承预紧力的控制。本发明控制可靠，结构简单，通用性强，便于在现有轴系中安装。
文档编号F16C19/54GK87105486SQ87105486
公开日1988年11月16日 申请日期1987年8月5日
发明者姜春 申请人:浙江大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan