一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴 |
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| 申请号 | CN202410251978.9 | 申请日 | 2024-03-06 | 公开(公告)号 | CN117900527A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 沈阳建筑大学; | 发明人 | 吴玉厚; 田军兴; 张丽秀; 王贺; 夏忠贤; 孙健; 李颂华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及电 主轴 智能控制技术领域，特别涉及一种能够实时检测 轴承 内 外圈 运行状态的电主轴，包括 轴承外圈 无线测温系统、无线测振动系统、 轴承 内圈 无线测温系统、无线 信号 收发装置和无线 信号处理 系统，能够对电主轴内部数据的远程获取与实时分析，研究电主轴内部温升对运行 精度 的影响。轴芯采用三段可拆卸结构，前端轴和后端轴均设置有空腔，空腔用于安装容纳内圈无线测温系统；无线信号收发装置通过无线 支架 与 外壳 固定连接，无线支架能够根据电主轴外壳尺寸进行调整； 接触 式振动 传感器 通过 弹簧 设置于外壳内侧的凹槽内并设置偏心 螺栓 ，旋转偏心螺栓能够调整接触式振动传感器的 位置 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴，包括电主轴本体(1)，所述电主轴本体(1)包括外壳(2)和设置于外壳(2)内部的轴芯(3)，轴芯(3)的前端通过前端轴承(4)与外壳(2)连接，轴芯(3)的后端通过后端轴承(5)与外壳(2)连接，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴技术领域[0001] 本发明涉及电主轴智能控制技术领域，特别涉及一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴。 背景技术[0002] 电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的技术，目前电主轴的主要应用于数控机床等智能化加工设备，它是数控机床设备的核心，电主轴的运行精度直接影响着数控机床的加工精度。传统电主轴本体属于人‑物理系统，其驱动系统、润滑系统、冷却系统的控制均是通过人对系统的操作完成。通过人的感知判断系统的运行状态并控制系统的供电频率、冷却水温及润滑油的流量等。智能化电主轴则是增加了信息系统提高了电主轴的自主认知能力和学习功能。信息系统的感知能力则主要是利用传感器信号来获得，由于电主轴基本应用于高速运行的场合，因此如何获取时时的电主轴的运行状态信息是非常关键的。这是由于电主轴在运行过程中，其内部热量是时时变化的，这种热量的变化会导致轴承、轴等热变形，这种热变形严重影响电主轴的运行精度和使用寿命，因此对电主轴内部轴承热量和振动值的监测具有重要意义。 [0003] 现有技术对电主轴的内部温度、振动和位移的远程智能监测，还有很多不足。目前电主轴温度的监测主要用红外测温系统以及温度传感器来测量电主轴外壳的温度，这种监测的温度受电主轴冷却系统，部件导热系数，外部环境等因素的影响，不能很好的反应电主轴内部温升状态与轴承热力学动态变化，同时对电主轴内部状态的远程监测也比较难。 发明内容[0004] 为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴，实现对电主轴内部温度、振动以及移位的远距离实时监测，避免了只能现场进行数据监测且不能实时监测和采集数据的局限性。 [0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是： [0006] 一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴，包括电主轴本体，所述电主轴本体包括外壳和设置于外壳内部的轴芯，轴芯的前端通过前端轴承与外壳连接，轴芯的后端通过后端轴承与外壳连接； [0008] 所述轴承外圈无线测温系统设置于外壳上，用于对前端轴承的外圈温度进行测量； [0009] 所述轴承内圈无线测温系统设置于轴芯内部，用于前端轴承的内圈温度进行测量； [0010] 所述无线测振动系统设置于外壳内侧，用于对前端轴承的振动进行测量； [0011] 所述的无线信号处理系统，能够对轴承的振动信号进行分析，检测电主轴内轴承的运行状态；能够根据电主轴在不同的工况条件的温升变化分析温升对电主轴误差的影响； [0012] 所述无线信号收发装置设置于外壳外部，用于接收承外圈无线测温系统、轴承内圈无线测温系统、无线测振动系统发出的信号，并通过云信息与无线信号处理系统互联。 [0013] 所述轴芯采用三段式可拆卸结构，包括中间轴、前端轴、后端轴，三段轴以螺纹方式进行连接；前端轴在与中间轴连接的一端、后端轴在与中间轴连接的一端均设置有空腔，空腔用于安装容纳内圈无线测温系统。 [0014] 所述的轴承内圈无线测温系统包括内圈温度传感器和芯片式无线模块，每个空腔内均设置有两个内圈温度传感器，内圈温度传感器从空腔侧壁穿出并通过支撑夹具固定，内圈温度传感器均连接有芯片式无线模块，芯片式无线模块与无线信号收发装置进行无线信号传输。 [0015] 所述无线信号收发装置通过无线支架与外壳固定连接，无线支架包括支架部件一、支架部件二、支架部件三和支架部件四；支架部件一、支架部件二均为1/4圆环结构，支架部件一的一端与支架部件二的一端铰接并构成半圆型结构，支架部件一的另一端铰接有长螺栓，支架部件二的另一端铰接有长螺栓；支架部件三的一端设置有滑槽，支架部件四的一端设置有销轴，支架部件三与支架部件四通过滑槽和销轴进行连接，支架部件三与支架部件四的内侧轮廓构成半圆型结构，销轴能够在滑槽内转动和滑动，实现支架部件三与支架部件四相互之间角度和位置的调整；长螺栓穿过支架部件四的另一端，长螺栓穿过支架部件三的另一端，支架部件一、支架部件二、支架部件三和支架部件四内侧轮廓围成圆型结构。 [0016] 所述的轴承外圈无线测温系统，包括三个外圈温度传感器，外壳设置有三个测温孔，三个测温孔与前端轴承的上、中、下三个位置相对应，外圈温度传感器固定于测温孔内，对前端轴承的温度进行测量，外圈温度传感器与无线信号收发装置之间通过传感器线进行连接。 [0017] 所述测温孔内设置双U型密封圈，外圈温度传感器穿过双U型密封圈固定于测温孔内。 [0018] 所述的无线测振动系统，包括接触式振动传感器，接触式振动传感器设置于外壳内侧并且与前端轴承位置相对应，用于对前端轴承的振动进行测量；外壳内侧设置容纳接触式振动传感器的凹槽，接触式振动传感器设置于凹槽内，接触式振动传感器通过弹簧与凹槽的侧壁连接，接触式振动传感器与凹槽的侧壁之间设置偏心螺栓，偏心螺栓采用偏心结构，旋转偏心螺栓能够调整接触式振动传感器的位置，接触式振动传感器通过传感器线与无线信号收发装置连接。 [0020] 所述的无线信号处理系统包括轴承振动分析系统和温升分析系统，所述轴承振动分析系统能够对轴承的振动信号进行分析，检测电主轴内轴承的运行状态；所述温升分析系统，能够根据电主轴在不同的工况条件的温升变化分析温升对电主轴误差的影响。 [0021] 本发明的有益效果： [0022] (1)本发明通过外圈无线测温系统对电主轴轴承的外圈温度进行实时监测，通过内圈无线测温系统对轴承的内圈温度进行实时监测，通过无线测振动系统对轴承振动实时监测，实现电主轴内部数据的远程获取与实时分析，实现主轴内部温升对主轴运行精度的影响研究。 [0023] (2)轴芯采用三段式可拆卸结构，三段轴以螺纹方式进行连接；前端轴和后端轴均设置有空腔，空腔用于安装容纳内圈无线测温系统，实现对轴承内圈温度的实时监测。 [0024] (3)无线信号收发装置通过无线支架与外壳固定连接，无线支架能够根据电主轴外壳尺寸进行调整。 [0026] 图1本发明一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴示意图； [0027] 图2本发明的电主轴本体外部结构示意图； [0028] 图3本发明的电主轴本体剖面结构示意图； [0029] 图4本发明的轴芯结构示意图； [0030] 图5本发明的无线支架19结构示意图； [0031] 图6本发明的双U型密封圈29结构示意图； [0032] 图7本发明的振动传感器安装结构示意图。 [0033] 附图标记： [0034] 1‑电主轴本体；2‑外壳；3‑轴芯；4‑前端轴承；5‑后端轴承；6‑直线轴承；7‑端盖；8‑电机定子；9‑电机转子；10‑中间轴；11‑前端轴；12‑后端轴；13‑空腔；14‑无线信号收发装置；15‑无线信号处理系统；16‑内圈温度传感器16；17‑芯片式无线模块17；18‑支撑夹具18；19‑无线支架19；20‑支架部件一20；21‑支架部件二21；22‑支架部件三22；23‑支架部件四 23；24‑长螺栓24；25‑滑槽25；26‑销轴26；27‑外圈温度传感器27；28‑测温孔28；29‑双U型密封圈29；30‑接触式振动传感器30；31‑凹槽31；32‑弹簧32；33‑偏心螺栓33；34‑传感器线34。 具体实施方式[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。 [0036] 参阅图1、2，本发明提供一种能够实时检测轴承内外圈运行状态的电主轴，包括电主轴本体1、轴承外圈无线测温系统、无线测振动系统、轴承内圈无线测温系统、无线信号收发装置14、无线信号处理系统15。 [0037] 参阅图3，所述电主轴本体1包括外壳2和设置于外壳2内部的轴芯3，轴芯3的前端通过前端轴承4与外壳2连接，轴芯3的后端通过后端轴承5与外壳2连接，前端轴承4和后端轴承5用于支撑轴芯3的运动；电主轴本体的后端内部还设置有直线轴承6，用于保证轴芯3运动的直线度，外壳2后端由端盖7进行密封；外壳2内设置电机定子8，轴芯3内设置电机转子9，工作时在电机定子8和电机转子9的作用下，轴芯3在外壳2内转动并向外输出转矩。 [0038] 参阅图4，为了实现对电主轴本体1内圈温度的测量，轴芯3采用三段式可拆卸结构，包括中间轴10、前端轴11、后端轴12，三段轴以螺纹方式进行连接；前端轴11在与中间轴10连接的一端、后端轴12在与中间轴10连接的一端均设置有空腔13，空腔13用于安装容纳内圈无线测温系统，三段式可拆卸结构方便对内圈无线测温系统进行安装、拆卸和维修。 [0039] 所述的轴承内圈无线测温系统包括内圈温度传感器16和芯片式无线模块17，用于实现内圈温度信号采集与传输。每个空腔13内均设置有两个内圈温度传感器16，内圈温度传感器16从空腔13侧壁穿出并通过支撑夹具18固定，内圈温度传感器16均连接有芯片式无线模块17，芯片式无线模块17与无线信号收发装置14进行无线信号传输，无线信号收发装置14固定设置于外壳1外部，无线信号收发装置14通过云信息与无线信号处理系统15互联。 [0040] 参阅图5，本实施例中，无线信号收发装置14通过无线支架19与外壳2固定连接，无线支架19包括支架部件一20、支架部件二21、支架部件三22和支架部件四23；支架部件一20、支架部件二21均为1/4圆环结构，支架部件一20的一端与支架部件二21的一端铰接并构成半圆型结构，支架部件一20的另一端铰接有长螺栓24a，支架部件二21的另一端铰接有长螺栓24b；支架部件三22的一端设置有滑槽25，支架部件四23的一端设置有销轴26，支架部件三22与支架部件四23通过滑槽25和销轴26进行连接，支架部件三22与支架部件四23的内侧轮廓构成半圆型结构，销轴26能够在滑槽25内转动和滑动，实现支架部件三22与支架部件四23相互之间角度和位置的调整；长螺栓24a穿过支架部件四23的另一端，长螺栓(24b)穿过支架部件三22的另一端，支架部件一20、支架部件二21、支架部件三22和支架部件四23内侧轮廓围成圆型结构，并能够通过相互之间连接结构实现内圆直径的调整和紧固，以适用于不同尺寸的外壳2。 [0041] 参阅图2、3、6，所述的轴承外圈无线测温系统，包括三个外圈温度传感器27；由于轴承在运行过程中载荷接触力的不同，导致前端轴承4的上、中、下三个位置的温度不同，因此需要对前端轴承4的上、中、下三个位置的温度分别进行测量，外壳2设置有三个测温孔28，三个测温孔28与前端轴承4的上、中、下三个位置相对应，测温孔28内设置双U型密封圈 29，外圈温度传感器27穿过双U型密封圈29固定于测温孔28内，对前端轴承4的温度进行测量，双U型密封圈29能够保证测温孔28的密封性；外圈温度传感器27与无线信号收发装置14之间通过传感器线34进行连接。 [0042] 所述的无线测振动系统，包括接触式振动传感器30，接触式振动传感器30设置于外壳2内侧并且与前端轴承4位置相对应，用于对前端轴承4的振动进行测量。为了实现接触式振动传感器30位置调整，本实施例中，接触式振动传感器30与外壳2采用图7所示的连接结构，外壳2内侧设置容纳接触式振动传感器30的凹槽31，接触式振动传感器30设置于凹槽31内，接触式振动传感器30通过弹簧32与凹槽31的侧壁连接，接触式振动传感器30与凹槽 31的侧壁之间设置偏心螺栓33，偏心螺栓33采用偏心结构，旋转偏心螺栓33能够调整接触式振动传感器30的位置，接触式振动传感器30通过传感器线34与无线信号收发装置14连接，无线信号收发装置14通过云信息与无线信号处理系统15互联。 [0043] 所述的无线信号处理系统为现有技术，包括轴承振动分析系统和温升分析系统，所述的轴承振动分析系统，能够对轴承的振动信号进行分析，检测电主轴内轴承的运行状态。所述的温升分析系统，能够根据电主轴在不同的工况条件的温升变化分析温升对电主轴误差的影响。 |
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