RU156712U1

RU156712U1 - HIGH-PRECISE BEARING ASSEMBLY WITH CONSOLE LOADING

Info

Publication number: RU156712U1
Application number: RU2015108188/02U
Authority: RU
Inventors: Александр Витальевич Космынин; Александр Владимирович Ульянов; Алексей Владимирович Смирнов; Владимир Сергеевич Щетинин; Александр Станиславович Хвостиков; Алексей Александрович Ваньков
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2015-11-10

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано в машинах и узлах с вращающимися деталями, шпиндельных узлах металлорежущих станков, насосах и компрессорах, имеющих консольное закрепление рабочих органов. Высокоскоростная роторная система усовершенствована путем добавления дополнительной газомагнитной опоры, что позволяет увеличить точность вращения за счет дополнительной магнитной силы, которая создается в дополнительном подшипнике шпиндельного узла, который содержит корпус, выполненный в виде трубы с торцевыми стенками. Одна из стенок, крышка, располагается в непосредственной близости к нагруженному консольному концу ротора, а вторая, фланец, располагается в непосредственной близости у турбинного колеса привода. Упорный газомагнитный подшипник, расположенный в непосредственной близости от турбинного колеса привода, образован подпятником и стенкой фланца, в которой выполнены пористые ограничители расхода газа, а второй упорный подшипник образован стенкой крышки с пористыми ограничителями расхода газа и подпятником, а в радиальном газостатическом подшипнике, который расположен со стороны инструмента, установлен магнитопровод, образующий совместно с этим газостатическим подшипником радиальный управляемый газомагнитный подшипник. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение точности вращения за счет дополнительной магнитной силы создаваемой газомагнитными подшипниками. The proposed technical solution relates to the field of mechanical engineering and can be used in machines and assemblies with rotating parts, spindle assemblies of metal-cutting machines, pumps and compressors with cantilever fastening of working bodies. The high-speed rotor system is improved by adding an additional gas-magnetic support, which allows to increase the accuracy of rotation due to the additional magnetic force that is created in the additional bearing of the spindle assembly, which contains a housing made in the form of a pipe with end walls. One of the walls, the cover, is located in close proximity to the loaded cantilever end of the rotor, and the second, the flange, is located in close proximity to the turbine drive wheel. A thrust gas-magnetic bearing located in the immediate vicinity of the drive turbine wheel is formed by a thrust bearing and a flange wall in which porous gas flow restrictors are made, and a second thrust bearing is formed by a cover wall with porous gas flow restrictors and a thrust bearing, and in a radial gas-static bearing, which is located on the tool side, a magnetic circuit is installed, forming together with this gas-static bearing a radial controllable gas-magnetic bearing. The technical result provided by the given set of features is to increase the accuracy of rotation due to the additional magnetic force created by gas-magnetic bearings.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано в машинах и узлах с вращающимися деталями, шпиндельных узлах металлорежущих станков, насосах и компрессорах, имеющих консольное закрепление рабочих органов.The proposed technical solution relates to the field of mechanical engineering and can be used in machines and assemblies with rotating parts, spindle assemblies of metal-cutting machines, pumps and compressors with cantilever fastening of working bodies.

Из существующего уровня техники известен шпиндельный узел, который содержит корпус, выполненный в виде трубы с торцевыми стенками, одна из которых, крышка, располагается в непосредственной близости к режущему инструменту, а вторая, фланец, располагается в непосредственной близости у турбинного колеса привода. RU 2449185 C1, опубл. 27.04.2012.A spindle assembly is known from the prior art, which comprises a housing made in the form of a pipe with end walls, one of which, the cover, is located in close proximity to the cutting tool, and the second, a flange, is located in close proximity to the drive turbine wheel. RU 2449185 C1, publ. 04/27/2012.

Недостатком известного устройства является невысокая точность вращения, которая приводит к плохим динамическим характеристикам.A disadvantage of the known device is the low accuracy of rotation, which leads to poor dynamic characteristics.

Задача, на решение которой направленно заявляемое техническое решение, является обеспечение точности вращения высокоскоростной роторной системы.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the accuracy of rotation of a high-speed rotor system.

Данная задача достигается за счет усовершенствования высокоскоростной роторной системы путем изменения ее конструкции, а именно, добавление дополнительной газомагнитной опоры, что позволит увеличить точность вращения высокоскоростной роторной системы за счет дополнительной магнитной силы, которая создается в дополнительном подшипнике шпиндельного узла, который содержит корпус, выполненный в виде трубы с торцевыми стенками. Одна из стенок, крышка, располагается в непосредственной близости к нагруженному консольному концу ротора, а вторая, фланец, располагается в непосредственной близости у турбинного колеса привода. Упорный газомагнитный подшипник, расположенный в непосредственной близости от турбинного колеса привода, образован подпятником и стенкой фланца, в которой выполнены пористые ограничители расхода газа, а второй упорный подшипник образован стенкой крышки с пористыми ограничителями расхода газа и подпятником, а в радиальном газостатическом подшипнике, который расположен со стороны инструмента, установлен магнитопровод, образующий совместно с этим газостатическим подшипником радиальный управляемый газомагнитный подшипник.This task is achieved by improving the high-speed rotor system by changing its design, namely, adding an additional gas-magnetic support, which will increase the accuracy of rotation of the high-speed rotor system due to the additional magnetic force that is created in the additional bearing of the spindle assembly, which contains a housing made in a pipe with end walls. One of the walls, the cover, is located in close proximity to the loaded cantilever end of the rotor, and the second, the flange, is located in close proximity to the turbine drive wheel. A thrust gas-magnetic bearing located in the immediate vicinity of the drive turbine wheel is formed by a thrust bearing and a flange wall in which porous gas flow restrictors are made, and a second thrust bearing is formed by a cover wall with porous gas flow restrictors and a thrust bearing, and in a radial gas-static bearing, which is located on the tool side, a magnetic circuit is installed, forming together with this gas-static bearing a radial controllable gas-magnetic bearing.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение точности вращения за счет дополнительной магнитной силы создаваемой газомагнитными подшипниками.The technical result provided by the given set of features is to increase the accuracy of rotation due to the additional magnetic force created by gas-magnetic bearings.

Устройство поясняется фиг. 1, на которой показан общий вид шпиндельного узла, результаты работы высокоточного подшипникового узла с консольным нагружением представлены на фиг. 2 где показаны траектории движения оси шпинделя с выключенным (а) и включенным управлением (б).The device is illustrated in FIG. 1, which shows a general view of the spindle unit, the results of the high-precision bearing unit with cantilever loading are shown in FIG. 2 where the trajectories of the spindle axis are shown with (a) off and on (b) on.

Высокоточный подшипниковый узел с консольным нагружением включает корпус (1), выполненный в виде трубы с торцевыми стенками, одна из которых, крышка (2), располагается в непосредственной близости к нагружаемому консольному органу (3), а вторая, фланец (4), располагается в непосредственной близости у приводного колеса привода (5). Вал (6) установлен с возможностью вращения в подшипниках, радиальных и упорных, расположенных на противоположных концах шпинделя. Первый подшипник расположен в непосредственной близости от привода шпинделя и образован подпятником (7) и стенкой фланца, в которой выполнены пористые ограничители расхода газа (8). Второй упорный подшипник образован стенкой крышки с пористыми ограничителями и подпятником (9). В радиальном газостатическом подшипнике (10), который расположен со стороны приложенной нагрузки F, установлен магнитопровод (11), который совместно с подшипником образует первый газомагнитный подшипник (12), а второй газомагнитный подшипник (13) располагается справа у подпятника, оба газомагнитных подшипника активно управляются.The high-precision bearing unit with cantilever loading includes a housing (1) made in the form of a pipe with end walls, one of which, the cover (2), is located in close proximity to the loaded cantilever body (3), and the second, the flange (4), is located in close proximity to the drive wheel (5). The shaft (6) is mounted rotatably in bearings, radial and thrust, located at opposite ends of the spindle. The first bearing is located in the immediate vicinity of the spindle drive and is formed by a thrust bearing (7) and a flange wall in which porous gas flow restrictors (8) are made. The second thrust bearing is formed by the wall of the cover with porous stops and a thrust bearing (9). In the radial gas-static bearing (10), which is located on the side of the applied load F, a magnetic circuit (11) is installed, which together with the bearing forms the first gas-magnetic bearing (12), and the second gas-magnetic bearing (13) is located to the right of the thrust bearing, both gas-magnetic bearings are active are managed.

Высокоточный подшипниковый узел с консольным нагружением работает следующим образом. Через подводящую магистраль смазочный материал (газ, воздух) под давлением поступает в камеру шпиндельного узла и оттуда через пористые ограничители расхода газа - в зазор между шпинделем и радиальным газомагнитным и газостатическим подшипниками. Разница давлений в нагруженной и в ненагруженной частях опоры создает несущую способность смазочного слоя, находящегося в зазоре.High-precision bearing unit with cantilever loading operates as follows. Through the supply line, lubricant (gas, air) under pressure enters the chamber of the spindle assembly and from there through porous gas flow restrictors to the gap between the spindle and radial gas-magnetic and gas-static bearings. The pressure difference in the loaded and in the unloaded parts of the support creates the bearing capacity of the lubricating layer in the gap.

Одновременно газомагнитные подшипники создают магнитные потоки, создаваемые магнитопроводомами, создают магнитные силы, направленные противоположно действию приложенной нагрузки (внешней силе). Совместное действие магнитных сил и сил давления газа, возникающих в смазочном слое газомагнитных подшипников, позволяет увеличить несущею способность шпиндельного узла и точность вращения. Траектория движения оси шпинделя при включенном управлении фиг. 2(б), более точно очерчена, чем при выключенном управлении фиг. 2(а).At the same time, gas-magnetic bearings create magnetic fluxes created by magnetic circuits, create magnetic forces directed opposite to the action of the applied load (external force). The combined action of magnetic forces and gas pressure forces arising in the lubricating layer of gas-magnetic bearings, allows to increase the bearing capacity of the spindle unit and the accuracy of rotation. The trajectory of the spindle axis when the control of FIG. 2 (b) is more precisely delineated than when the control of FIG. 2 (a).

Наиболее рациональной областью применения предлагаемого технического решения являются высокоскоростные роторные системы.The most rational area of application of the proposed technical solution is high-speed rotor systems.

Claims

A spindle assembly with cantilever loading, comprising a spindle and a casing made in the form of a pipe with end walls, one of which is located on the cantilever-loaded end of the spindle as a cover, and the second is located on the spindle drive side as a flange, while the spindle is installed with the possibility of rotation in bearings located at opposite ends of the spindle and made in the form of gas-static radial and thrust bearings, while the bearing located on the side of the cantilever loaded end of the spindle is provided with a magnetic core to form gasmagnetic bearing, characterized in that the second gas-static bearings, located on the side of the spindle drive, is provided to form a magnetic circuit gasmagnetic bearing.