DE2118336A1

DE2118336A1 - Storage of a high-speed spindle

Info

Publication number: DE2118336A1
Application number: DE19712118336
Authority: DE
Original assignee: Stankostroitelnyj sawod imeni Il itscha, Leningrad (Sowjetunion)
Priority date: 1971-04-15
Filing date: 1971-04-15
Publication date: 1972-10-26

Description

Lagerung einer schnellaufenden Spindel Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer schnelllaufender Spindel, genauer genommen eine Lagerung einer schnellaufenden Spindel, die von den radialgerichteten Kräften des Antriebs entlastet ist. Storage of a high-speed spindle The invention relates to a Storage of a high-speed spindle, more precisely a storage of a high-speed one Spindle that is relieved of the radial forces of the drive.

Allgemein bekannt sind Spindellagerungen, die von den radialgerichteten Kräften des Antriebs entlastet sind, bei denen die Spindel an demselben Ende angetrieben wird, welches das Arbeitswerkzeug trägt. Well known are spindle bearings that are driven by the radially directed Forces of the drive are relieved in which the spindle is driven at the same end which carries the work tool.

Bei den bekannten Spindellagerungen werden die Lager in radialer Richtung steif ausgeführt; diese Lager gewährleisten eine Verriegelung des Arbeitswerkzeuges in der erwähnten Richtung und somit auch eine Laufruhe sowohl bei den Arbeitsdrehzahlen als auch bei den Übergangsdrehzahlen, d. h. beim Beschleunigen der Spindel bis zur Arbeitsdrehzahl und beim Stillsetzen der Spindel. In the known spindle bearings, the bearings are radial Stiff direction; these bearings ensure that the working tool is locked in the mentioned direction and thus also a smoothness in both the Working speeds as well as the transition speeds, d. H. when accelerating the spindle up to the working speed and when the spindle is stopped.

Der moderne Maschinenbau.ist durch das Bestreben, die Drehzahl des Arbeitswerkzeuges zu erhöhen, gekennzeichnet, wobei die Außenmaße der Spindel und ihrer Lagerung einzuhalten sind. Jedoch entstehen bei Spindeln mit der bekannten Lagerung mit der Erhöhung der Drehzahl und beim Erreiden der kritischen Drehzahl erhebliche Schwingungsübertragungen und eine Vergrößerung der Amplitude der Spindelschwingungen. Eine Erhöhung der Drehzahlen bis zum kritischen Wert und darüber verursacht eine schnelle Zerstörung der Tragbaugruppe, manchmal aber auch einen Spindelbruch. Modern mechanical engineering is driven by the endeavor to reduce the speed of the To increase the working tool, marked, the external dimensions of the spindle and their storage must be observed. However, spindles with the known Storage with the increase in speed and when reaching the critical speed considerable transmission of vibrations and an increase in the amplitude of the spindle vibrations. An increase in the speed up to the critical value and above causes a Rapid destruction of the supporting assembly, but sometimes a broken spindle.

Außerdem wird bei Drehzahlen, die im Bereich der kritischen Drehzahl und darüber liegen, infolge Vergrößerung der Amplitude der Spindel schwingungen die Laufruhe des Arbeitswerkzeuges gestört, wodurch eine Senkung der Genauigkeit und Bearbeitungsgüte der Werkstückoberfläche verursacht wird.In addition, at speeds that are in the range of the critical speed and above it, vibrations due to an increase in the amplitude of the spindle the smoothness of the work tool is disturbed, resulting in a reduction in accuracy and processing quality of the workpiece surface is caused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung einer schnellaufenden Spindel mit solchen Lagern zu entwickeln, die unter Aufrechterhaltung der Spindelaußenmaße eine Verminderung der Schwingungsüberlastungen beim Ansteigen der Spindeldrehzahl über den kritischen Wert begünstigen, wobei die Laufruhe des Werkzeuges bei Spindeldrehzahlen, die den kritischen Wert übertreffen, nicht gestört wird. The invention is based on the object of a storage of a high-speed Developing a spindle with such bearings while maintaining the outer dimensions of the spindle a reduction in vibration overloads when the spindle speed increases favor above the critical value, whereby the smoothness of the tool at spindle speeds, which exceed the critical value is not disturbed.

Die Aufgabe wird durch eine Lagerung einer schnelllaufenden Spindel gelöst, bei der erfindungsgemäß das eine der Länger, das nahe dem Antriebsende liegt, schwenkbar um eine zur Achse der Spindel senkrechten Drehachse ausgeführt ist, und daß das andere Lager in radialer Richtung elastisch mit einer Steifigkeit ausgebildet ist, welche eine die Radialkraft des Arbeitswerkzeuges um eine Größenordnung übertreffende Rückfederungskraft gewährleistet und eine Schwenkung der Spindel in bezug auf eine zur Spindelachse senkrechte und durch den Mittelpunkt des schwenkbaren Lagers laufende Achse ermöglicht. The task is through a bearing of a high-speed spindle solved, in which, according to the invention, one of the lengths that is close to the drive end, swivels around an axis of rotation perpendicular to the axis of the spindle is, and that the other bearing is elastic in the radial direction with a rigidity is designed, which increases the radial force of the work tool by an order of magnitude Outstanding springback force guaranteed and a pivoting of the spindle in with respect to a spindle axis perpendicular and through the center of the pivotable Allows bearing running axis.

'Eine derartige Ausführung der Tragbaugruppe der Spindel sichert den Durchgang durch die kritische Geschwindigkeit mit niedrigen Schwingungsüberlastungen und gewährleistet das Festhalten des Arbeitswerkzeuges in radialer Richtung, wenn dieses bei Arbeitsdrehzahlen Beanspruchungen der zu bearbeitenden Oberfläche ausgesetzt ist. Such a design of the support assembly secures the spindle the passage through the critical speed with low vibration overloads and ensures that the work tool is held in the radial direction when this exposed to stresses on the surface to be processed at working speeds is.

Es ist zweckmäßig, daß das elastische Lager als ein Lager mit Außenring ausgeführt ist, der zwei konzentrische Reihen von Nutsegmenten aufweist, die gegeneinander um die Hälfte des Zentriwinkels, welcher der Länge eines Nutsegments mit Steg entspricht, versetzt sind,-und daß die Länge der Nutsegmente und der Abstand zwischen ihnen so ist, daß die Steifigkeit des mittleren Abschnittes, der durch die Nutsegmentereihen begrenzt wird, mindestens um eine Größenordnung kleiner als die Steifigkeit des Außen-und des Innenabschnittes ist. It is appropriate that the elastic bearing as a bearing with an outer ring is executed, which has two concentric rows of groove segments that oppose each other by half of the central angle, which corresponds to the length of a groove segment with a ridge, are offset, -and that the length of the groove segments and the distance between them so is that the stiffness of the middle section through the rows of slots is limited, at least an order of magnitude smaller than the stiffness of the Outer and inner section is.

Eine solche elastische Lagerung weist ine größere Berührungsfläche mit der Sitzbohrung im Lagergehäuse auf und auch eine gleichmäßigere Verteilung der Beanspruchungen infolge elastischer Verformung im Vergleich mit den bekannten elastischen Lagern, die nur eine bestimmte Anzahl von mit der Sitzbohrung im Lagergehäuse in Berührung stehenden Teilen aufweist0 Diese Eigenarten der elastischen Lager der erfindungsgemäßen Lagerung gewährleisten eine hohe Homogenität des Elastiitätsfeldes und kleine Außenmaßeder Tragbaugruppe. Such an elastic mounting has a larger contact area with the seat bore in the bearing housing and also a more even distribution the stresses due to elastic deformation in comparison with the known elastic bearings that only have a certain number from with the seat bore has parts in contact in the bearing housing 0 These peculiarities of elastic Bearings of the storage according to the invention ensure a high degree of homogeneity of the elastic field and small external dimensions of the support assembly.

Durch diese Erfindung kann die Arbeitsdrehzahl der Spindel bei Schleifmaschinen bis 15000...20000 U/min erhöht werden, wobei die Lebensdauer der Lagerung sowie die Genauigkeit und Güte der Werkstückoberfläche bei der Bearbeitung mittels des Arbeitswerkzeugs aufrechterhalten werden. With this invention, the working speed of the spindle in grinding machines can be increased to 15000 ... 20000 rpm, with the service life of the storage as well the accuracy and quality of the workpiece surface when machining by means of the Working tools are maintained.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 Längs schnitt der erfindungsgemäßen Lagerung einer Spindel einer schnellaufenden Schleifmaschine 3 Fig, 2 Schnitt 11-11 zu Fig. 1 (vergrößerte Darstcllung der Lagerung ohne Gchänse). The invention is explained below with the aid of the description of an exemplary embodiment and the accompanying drawings explained in more detail. It shows: Fig. 1 longitudinal section the inventive mounting of a spindle of a high-speed grinding machine 3 Fig, 2 section 11-11 to Fig. 1 (enlarged representation of the storage without geese).

Die Spindel 1 (Fig. 1) der schnellaufenden Schleif maschine läuft in zwei im Gehäuse 2 montierten Lager a und b und wird durch die am Ende der Spindel 1 angeordnete Riemenscheibe 3 angetrieben. Die Riemenscheibe (Kleinrie menscheibe) 3 sitzt auf eine kegelförmigen Stumpf der Spindel 1 und ist durch eine Mutter 4 befo-sSigt. Die Riemenscheibe ist in hohler Bauart ausgeführt und rund um das Lager b so angeordnet, daß die Riemenspannkraft durch den Mittelpunkt dieses Lagers läuft. Dadurch kann die Spindel von radialgerichteten Kräften des Antriebs entlastet werden. The spindle 1 (Fig. 1) of the high-speed grinding machine is running in two bearings a and b mounted in the housing 2 and is supported by the one at the end of the spindle 1 arranged pulley 3 driven. The pulley (small pulley) 3 sits on a conical stump of the Spindle 1 and is through a nut 4 fastened. The pulley has a hollow design and arranged around the bearing b so that the belt tensioning force through the center this camp is running. This allows the spindle of the radial forces of the Drive are relieved.

Am anderen Ende der Spindel 1 ist eino Schleifscheibe 5 durch eine Schraube 6 befestigt. At the other end of the spindle 1 is a grinding wheel 5 through a Screw 6 fastened.

Das Spindellager b, nahe dem die Riemenscheibe 3 sitzt, ist erfindungsgemäß schwenkbar als Radialkugolla ger 7 ausgeführt, das eine Schwenkung der Spindel 1 bis zu 150 in bezug auf eine zur Spindelachse senkrechte Achse ermöglicht. Der Außenring des Kugellagers 7 ist durch die Mutter 8 gespannt, die das Andrücken dieses Ringes an eine Schulter des Gehäuses 2 bewerkstelligt; der Innenring des Kugellagers 7 ist mittels Mutter 10 zwischen dem Bund der Spindel 1 und dem Distanzring 9 eingespannt. The spindle bearing b, near which the belt pulley 3 sits, is according to the invention pivotably designed as a Radialkugolla ger 7, the pivoting of the spindle 1 allows up to 150 with respect to an axis perpendicular to the spindle axis. The outer ring the ball bearing 7 is tensioned by the nut 8, which is the pressing of this ring accomplished on a shoulder of the housing 2; the inner ring of the ball bearing 7 is clamped between the collar of the spindle 1 and the spacer ring 9 by means of a nut 10.

Das Lager a der Spindel 1 ist erfindungsgemäß elastisch ausgeführt und enthält den Innenring 11, die Lagerkugeln 12 und den Außenring 13. Der Außenring 13 ist mit zwei konzentrischen Reihen von Nutensegmenten 14 (Fig. 2) versehen. According to the invention, the bearing a of the spindle 1 is designed to be elastic and contains the inner ring 11, the bearing balls 12 and the outer ring 13. The outer ring 13 is provided with two concentric rows of groove segments 14 (Fig. 2).

Die Nutensegmente der einen Reihe sind in bezug auf die Nutensegmente der anderen Reihe um die Hälfte des Zentriwinkels o( welcher der Länge eines Nutsegmentes mit Steg entspricht, versetzt. Der mittlere Abschnitt des Ringes 13, der zwischen den Reihen der Nutensegmente 13 liegt, weist eine Dicke auf, die um mehr als das 10fache kleiner als die Dicke des Außen- bzw. Innenabschnittes des Ringes 13 ist, die Länge der Nutensegmente ist aber ausreichend groß angenommen; somit ist die Steifigkeit des mittleren Abschnittes um eine Größenordnung kleiner als die Steifigkeit des Außen bzw Innenabschnittes dieses Ringes0 Die. gesamte Steifigkeit des elastischen Ringes, die durch seine Dicke* Nutsegmentlänge und Breite bestimmt wird beträgt mehr als das 10fache der von der Schleifscheibe -5 hervorgerufenen radialen Beanspruchungen0 Aus der Bedingung daß die Arbeitsdrehzahl kritisch dur¢hlaufen muß muß die Steifigkeit C der folgenden bekannten Gleichung entsprechen: hier ist W kr...kritische Drehzahl* die um 200..30 % kleiner als die Arbeitssolldrehzahl angenommen wird; A... Trägheitsmoment der umlaufenden Teile in bezug auf die Spindeldrehachse; 3000 Trägheitsmoment der umlaufenden Teile in bezug auf die Drehachse des schwenkbaren Lagers; looc Abstand zwischen den Lagerungen.The groove segments of one row are offset with respect to the groove segments of the other row by half the central angle o (which corresponds to the length of a groove segment with a web Thickness that is more than 10 times smaller than the thickness of the outer or inner section of the ring 13, but the length of the groove segments is assumed to be sufficiently large; thus the stiffness of the central section is an order of magnitude smaller than the stiffness of the outside or inner section of this ring0 The total rigidity of the elastic ring, which is determined by its thickness * slot segment length and width, is more than 10 times the radial stresses caused by the grinding wheel -5 C correspond to the following well-known equation: here W kr ... critical speed * which is assumed to be 200..30% lower than the target working speed; A ... moment of inertia of the rotating parts in relation to the spindle axis of rotation; 3000 moment of inertia of the rotating parts with respect to the axis of rotation of the pivoting bearing; looc distance between the bearings.

Das Lager mit dem in Fig. 2 dargestellten Außenring 13 gewährleistet bei großen radialen Belastungen die kloinsten Außenmaße, eine Laufruhe und eine Homogenität der Verteilung des Elastizitätsfeldes0 Die Schmierung der Kugellager erfolgt mittels Ölnebels, der dank Öl zuführung in das Gehäuse 2 durch eine vorgesehene Gewindebohrung 15 gebildet wird, Der Hohlraum des Gehäuses 2 ist durch einen Ölabscheidering 16 abgeschlossen. The bearing with the outer ring 13 shown in Fig. 2 ensures with great radial loads, the best external dimensions, smooth running and a Homogeneity of the distribution of the elastic field 0 The lubrication of the ball bearings takes place by means of oil mist, thanks to the oil supply in the housing 2 is formed by a threaded hole 15 provided, the cavity of the housing 2 is closed by an oil separator ring 16.

Der Betrieb der in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Spindel einer schnellaufenden Schleifmaschine erfolgt in einem Drehzahlbereich, der zwischen der ersten und der zweiten kritischen Drehzahl liegt0 Beim Ansteigen der Spindeldrehzahl über die-kritische Drehzahl verursachen die entstehenden radialen Beanspruchungen Verformungen der elastischen Spindellagerung a und eine Drehung der Spindel in bezug auf die zur Spindelachse senkrechte und durch den Mittelpunkt des schwenkbaren Lagers b laufende Achse, wodurch das Erscheinen erheblicher dynamischer Beanspruchungen zwischen den Lagern und der Spindel verhindert wird. Operation of the spindle illustrated in Figure 1 and described above a high-speed grinding machine takes place in a speed range between of the first and the second critical speed is 0 When the spindle speed increases Above the critical speed, the resulting radial stresses cause Deformations of the elastic spindle bearing a and a rotation of the spindle in relation to to that perpendicular to the spindle axis and through the center of the pivoting bearing b moving axis, causing the appearance of significant dynamic stresses between the bearings and the spindle is prevented.

Dadurch, daß die rückfedernde Kraft des Elaetizitätsfeldes der Lagerung die Radialkraft des Arbeitswerkzeugs übertrifft, wird im Arbeits-Drehrahlbereich die erforderliche Stellung in bezug auf die zu bearbeitende Oberfläche gewährleistet.Because the resilient force of the elasticity field of the storage exceeds the radial force of the working tool, is in the working turning range ensures the required position in relation to the surface to be processed.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Storage of a high-speed spindle * that of the radially directed Forces of the drive is relieved * is driven at one end * at its the other end carries the work tool and two between the drive and the work tool contains arranged bearings, thereby g e k e n n n z e i c h n e t § that one of the Bearing (b), which is located near the drive end *, can be pivoted about a to the axis of the spindle (1) vertical axis of rotation and that the other bearing (a) in radial Direction is elastic with a stiffness which corresponds to the radial force of the Arbeitsweerkzeugs (5) by an order of magnitude surpassing resilience ensures and a pivoting of the spindle (1) with respect to a spindle axis vertical and running through the center of the pivoting bearing (b) Axis allows.

2. Support assembly according to claim 1, characterized in that the elastic bearing (a) is designed as a bearing with an outer ring (13) * of the two concentric Rows of groove segments (14) have against each other by half the central angle (o) which corresponds to the length of a groove segment with ridge, are offset and that the length of the groove segments and the distance between them is such that the rigidity of the middle section that is delimited by the groove segment rows at least an order of magnitude smaller than the rigidity of the outer and inner sections is.

L e r s e i t e