RU2008130C1

RU2008130C1 - Dynamic bearing unit

Info

Publication number: RU2008130C1
Authority: RU
Inventors: О.И. Шаравский; Ф.А. Ботвиник; А.П. Сиротенко
Original assignee: Шаравский Олег Игоревич; Ботвиник Феликс Аронович; Сиротенко Анатолий Павлович
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: dynamic bearing unit has resilient ring with circumferentially equally spaced single-support L-shaped beams, which are disposed at one end of resilient ring. Beams are made L-shaped in radial section and are provided with motion detectors. Free ends of beams extend beyond secured end of ring. Resilient ring is mounted between bearing fixed ring, with bearing resisting radial and axial loadings, and fixed part of dynamic bearing unit. Each beam has protrusion extending at side opposite to its free end. Protrusion does not reach of other end of ring for a value determined by measurement range. Protrusion is radially spaced from free end at beam for a distance, which together with above mentioned value is determined by primary measurement range. It allows changing from one measurement range to other measurement range to be provided. Second additional ring similar to first one is immovably secured to first ring to increase measurement sensitivity and to facilitate changing from one measurement range to the other measurement range. Free ends of beams of rings are oriented in opposite directions. Planes of symmetry of beams of both rings coincide one with the other. Protrusions of beams are disposed one opposite the other to define space between them. EFFECT: wider operational capabilities and enhanced reliability in operation. 3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к станкостроению, и может быть использовано преимущественно в шпиндельных узлах металлорежущих станков, используемых в гибких производственных системах для измерения силы резания, что необходимо для корректировки режимов обработки, контроля износа и поломки инструмента. The invention relates to mechanical engineering, in particular to machine tools, and can be used mainly in the spindle units of metal cutting machines used in flexible production systems for measuring cutting forces, which is necessary to adjust the processing conditions, control wear and breakage of the tool.

Известен динамометрический подшипниковый узел, предназначенный для измерения силы резания в металлорежущих станках и содержащий упругую втулку с датчиками перемещений, позволяющую измерять в нем усилие, возникающее при обработке (авт. св. N 442018, кл. B 23 B 25/06, 1974). A known dynamometric bearing assembly designed to measure the cutting force in metal cutting machines and containing an elastic sleeve with displacement sensors, which allows measuring the force arising during processing in it (ed. St. N 442018, class B 23 B 25/06, 1974).

Наиболее близким к изобретению по техническому существу является динамометрический подшипниковый узел, содержащий упругое кольцо с равномерно размещенными по окружности по меньшей мере у одного из его торцов одноопорными Г-образными в радиальном сечении балочками, на которых установлены датчики перемещений и свободные концы которых выступают за этот торец, причем упругое кольцо установлено между неподвижным кольцом подшипника, воспринимающего радиальную и осевую нагрузки, и неподвижной деталью узла [1] . Closest to the invention, technically, it is a dynamometric bearing assembly comprising an elastic ring with uniformly supported radially sectioned beams at least one of its ends having beams on which radial sensors are mounted and the free ends of which protrude beyond this end moreover, an elastic ring is installed between the stationary ring of the bearing, perceiving radial and axial loads, and the fixed part of the node [1].

Оба узла обладают одним диапазоном измерения сил и, следовательно, для каждого вида механической обработки требуется замена узла, что увеличивает стоимость оборудования. Значительный осевой габарит встраиваемой упругой втулки (кольца) приводит к повышенной металлоемкости узла и снижает его жесткость. Из-за малого расстояния между противолежащими Г-образными балочками обоих торцов упругого кольца затруднена наклейка датчиков на их внутреннюю поверхность, что исключает возможность автоматизации наклейки. Увеличение же расстояния между балочками приводит к еще большему увеличению осевого габарита, уменьшению жесткости узла, снижению точности измерений. Both nodes have one range of force measurement and, therefore, for each type of machining, a node replacement is required, which increases the cost of equipment. A significant axial dimension of the embedded elastic sleeve (ring) leads to increased metal consumption of the node and reduces its rigidity. Due to the small distance between the opposite L-shaped beams of both ends of the elastic ring, it is difficult to sticker the sensors on their inner surface, which eliminates the possibility of automation of the sticker. An increase in the distance between the beams leads to an even greater increase in the axial dimension, a decrease in the rigidity of the assembly, and a decrease in the accuracy of measurements.

Целью изобретения является удешевление и повышение жесткости узла, получение возможности перехода с одного диапазона измерений на другой, а также повышение чувствительности измерений. The aim of the invention is to reduce the cost and increase the rigidity of the node, obtaining the possibility of transition from one measurement range to another, as well as increasing the sensitivity of measurements.

С целью удешевления и повышения жесткости узла в него встраивается упругое кольцо с равномерно размещенными по окружности у одного из его торцов одноопорными Г-образными в радиальном сечении балочками, на которых установлены датчики перемещений и свободные концы которых выступают за этот торец. Упругое кольцо установлено между неподвижным кольцом подшипника, воспринимающего радиальную и осевую нагрузки, и неподвижной деталью узла. На каждой балочке со стороны, противоположной ее свободному концу, имеется выступ, не доходящий до плоскости другого торца кольца на величину, определяемую диапазоном измерений. In order to reduce the cost and increase the rigidity of the assembly, an elastic ring is built into it with uniformly supported radially-shaped beams with one-bearing radial cross-sections uniformly spaced around one of its ends, on which displacement sensors are installed and the free ends of which protrude beyond this end. An elastic ring is installed between the stationary ring of the bearing, which receives radial and axial loads, and the stationary part of the assembly. On each beam from the side opposite its free end, there is a protrusion that does not reach the plane of the other end of the ring by an amount determined by the measurement range.

С целью перехода с одного диапазона измерений на другой выступ смещен в радиальном направлении относительно свободного конца балочки на расстояние, которое вместе с упомянутой величиной определяется первоначальным диапазоном измерений. In order to switch from one measurement range to another, the protrusion is radially offset relative to the free end of the beam by a distance which, together with the said value, is determined by the initial measurement range.

С целью повышения чувствительности измерений узел снабжен дополнительным вторым, идентичным первому кольцом, оба кольца неподвижно закреплены относительно друг друга, а свободные концы их балочек направлены в противоположные стороны. In order to increase the measurement sensitivity, the assembly is provided with an additional second identical to the first ring, both rings are fixedly fixed relative to each other, and the free ends of their beams are directed in opposite directions.

Для достижения одновременно и повышения чувствительности измерений и возможности перехода с одного диапазона измерений на другой узел снабжен по меньшей мере дополнительным вторым, идентичным первому кольцом, неподвижно прикрепленным к первому кольцу, свободные концы балочек колец направлены в противоположные стороны, плоскости симметрии балочек обоих колец совпадают, выступы балочек противолежат и образуют между собой зазор, величина которого определяется первоначальным диапазоном измерений. To achieve both increased measurement sensitivity and the possibility of switching from one measurement range to another, it is equipped with at least an additional second, identical first ring fixedly attached to the first ring, the free ends of the ring beams are directed in opposite directions, the plane of symmetry of the beam of both rings coincides, the protrusions of the beams are opposite and form a gap between themselves, the value of which is determined by the initial measurement range.

Для получения возможности измерения в двух и более диапазонах узел снабжен, по меньшей мере, дополнительным третьим идентичным первому кольцом, неподвижно прикрепленным ко второму кольцу, свободные концы балочек первого и третьего колец направлены в противоположные стороны, плоскости симметрии балочек первого и второго колец совпадают, выступы балочек этих колец противолежат и образуют между собой зазор, величина которого определяется первоначальным диапазоном измерений. To be able to measure in two or more ranges, the assembly is equipped with at least an additional third identical first ring fixedly attached to the second ring, the free ends of the beams of the first and third rings are directed in opposite directions, the plane of symmetry of the beams of the first and second rings coincides, the protrusions the beams of these rings are opposite and form a gap between themselves, the value of which is determined by the initial measurement range.

На фиг. 1, 2 изображен осевой разрез подшипникового узла с одним упругим кольцом и набором упругих колец; на фиг. 3 - 5 - варианты исполнения упругого кольца с наружными балочками; на фиг. 6 - 9 - варианты наборов упругих колец с наружными балочками; на фиг. 10 - упругое кольцо с внутренними балочками; на фиг. 11 - набор упругих колец с внутренними балочками. In FIG. 1, 2 shows an axial section of a bearing assembly with one elastic ring and a set of elastic rings; in FIG. 3 - 5 - versions of the elastic ring with outer beams; in FIG. 6 - 9 - variants of sets of elastic rings with outer beams; in FIG. 10 - an elastic ring with inner beams; in FIG. 11 - a set of elastic rings with inner beams.

Динамометрический подшипниковый узел содержит вал (например, шпиндель) 1, установленный в подшипниках 2 и 3 в корпусе 4. Между подшипником 2 и заплечиком корпуса 4 установлено упругое кольцо 5 или их набор 6 и подвижное кольцо 7. Между подшипниками 2, 3 установлены кольца 8, 9, между заплечиком шпинделя 1 и внутренним кольцом подшипника 3 - кольцо 10. A dynamometric bearing assembly comprises a shaft (for example, a spindle) 1 mounted in bearings 2 and 3 in the housing 4. Between the bearing 2 and the shoulder of the housing 4 there is an elastic ring 5 or a set of 6 thereof and a movable ring 7. Between the bearings 2, 3, rings 8 are installed , 9, between the shoulder of the spindle 1 and the inner ring of the bearing 3 - ring 10.

На упругом кольце 5 равномерно по окружности у торца 11 выполнены одноопорные Г-образные в радиальном сечении балочки 12, на которых установлены датчики 13 перемещений (тензорезисторы). Свободные концы 14 балочек 12 выступают за торец 11. На каждой балочке со стороны торца 15 выполнен противолежащий концу 14 выступ 16, не доходящий до плоскости торца 15 на величину а, определяемую диапазоном измерений. On the elastic ring 5 uniformly around the circumference at the end 11 there are single-bearing L-shaped beams 12 in the radial section, on which displacement sensors 13 (strain gauges) are installed. The free ends 14 of the beams 12 protrude beyond the end 11. On each beam from the side of the end 15 there is an opposing end 14 of the protrusion 16, not reaching the plane of the end face 15 by a value determined by the measurement range.

Узел работает следующим образом. The node operates as follows.

Возникающая во время обработки детали сила резания действует через шпиндель 1 на подшипники 3 и 2. Под действием осевой составляющей силы резания подшипник 2 смещается и его наружное кольцо через кольцо 7 деформирует балочки 12 упругого кольца 5, а размещенные на них тензорезисторы 13 преобразуют деформацию в электрический сигнал, передаваемый в УЧПУ станка (не показано) для изменения при необходимости режима резания, например скорости подачи. The cutting force arising during the processing of the part acts through the spindle 1 on bearings 3 and 2. Under the action of the axial component of the cutting force, the bearing 2 is displaced and its outer ring deforms the beams 12 of the elastic ring 5 through the ring 7, and the strain gauges 13 placed on them transform the deformation into electrical a signal transmitted to the CNC machine (not shown) to change, if necessary, the cutting mode, for example, feed rate.

Под действием радиальной составляющей силы резания шпиндель 1 изгибается, что приводит к неравномерной деформации балочек 12 кольца 5 и в зависимости от величины разности их деформаций УЧПУ станка корректирует при необходимости режим резания. Under the action of the radial component of the cutting force, the spindle 1 bends, which leads to uneven deformation of the beams 12 of the ring 5 and, depending on the magnitude of the difference in their deformations, the CNC machine adjusts the cutting mode if necessary.

Выступы 16 и балочек 12, упираясь в заплечик корпуса 4, играют роль ограничителей их деформации и тем самым предотвращают преждевременный выход из строя кольца 5 и, следовательно, всего узла. The protrusions 16 and the flaps 12, resting on the shoulder of the housing 4, play the role of limiters of their deformation and thereby prevent premature failure of the ring 5 and, therefore, the entire assembly.

Во втором варианте исполнения (фиг. 5) выступ 16 выполнен ближе к оси упругого кольца 17, чем свободный конец 14, на величину б. При наличии зазора а производится измерение датчиками 18 в первом диапазоне (например, 0-1000Н), а при выборе этого зазора - измерение датчиками 19 во втором диапазоне (например, 1000 - 5000Н). In the second embodiment (Fig. 5), the protrusion 16 is made closer to the axis of the elastic ring 17 than the free end 14, by a value of b. If there is a gap a, the sensors 18 measure in the first range (for example, 0-1000N), and when this gap is selected, the sensors 19 measure in the second range (for example, 1000 - 5000N).

В третьем варианте исполнения (фиг. 6) узел снабжен дополнительным кольцом 20, идентичным кольцу 5. Кольца 5, 20 установлены на фланцевой втулке 21 и стянуты гайкой 22. Свободные концы их балочек направлены в противоположные стороны. Для предотвращения выхода из строя предпочтительно располагать балочки колец 5, 20 напротив друг друга. За счет удвоения числа датчиков чувствительность узла повышается. In the third embodiment (Fig. 6), the assembly is provided with an additional ring 20 identical to ring 5. The rings 5, 20 are mounted on the flange sleeve 21 and are tightened by a nut 22. The free ends of their beams are directed in opposite directions. To prevent failure, it is preferable to place the beams of rings 5, 20 opposite each other. By doubling the number of sensors, the sensitivity of the node is increased.

В четвертом варианте (фиг. 7) кольца 23, 24 стянуты между собой винтом 25 и гайкой 26. In the fourth embodiment (Fig. 7), the rings 23, 24 are tightened together by a screw 25 and a nut 26.

В пятом варианте (фиг. 8) узел снабжен дополнительным кольцом 27, идентичным кольцу 17 и прикрепленным к нему. Плоскости симметрии балочек обоих колец совпадают, выступы 16 противолежат и образуют между собой зазор в. При наличии этого зазора производится измерение в первом диапазоне датчиками 18 обоих колец, а при выборе этого зазора - измерение во втором диапазоне их датчиками 19. За счет удвоения числа датчиков чувствительность узла повышается. In the fifth embodiment (Fig. 8), the assembly is provided with an additional ring 27, identical to the ring 17 and attached to it. The symmetry planes of the beams of both rings coincide, the protrusions 16 are opposite and form a gap c. If this gap is present, the measurement in the first range by sensors 18 of both rings, and when this gap is selected, measurement in the second range by their sensors 19. By doubling the number of sensors, the node sensitivity is increased.

В шестом варианте (фиг. 9) узел снабжен дополнительным кольцом 28, прикрепленным к кольцам 23, 24 винтом 29 и гайкой 26 через промежуточную втулку 30. Свободные концы 14 балочек колец 23, 28 направлены в противоположные стороны. Плоскости симметрии балочек колец 23, 24 совпадают, а их выступы 16 противолежат и образуют между собой зазор г. Для предотвращения выхода из строя предпочтительно располагать балочки колец 24, 28 напротив друг друга. При наличии зазора г производится измерение в первом диапазоне датчиками колец 23, 28 и при выборе этого зазора - измерение во втором диапазоне датчиками колец 23, 24, 28. За счет увеличения числа датчиков чувствительность измерения во втором диапазоне по сравнению с пятым вариантом повышается. In the sixth embodiment (Fig. 9), the assembly is provided with an additional ring 28 attached to the rings 23, 24 by a screw 29 and a nut 26 through the intermediate sleeve 30. The free ends 14 of the beam of rings 23, 28 are directed in opposite directions. The plane of symmetry of the beams of the rings 23, 24 coincide, and their protrusions 16 are opposite and form a gap g. To prevent failure, it is preferable to arrange the beams of the rings 24, 28 opposite each other. In the presence of a gap g, measurement is performed in the first range by the sensors of the rings 23, 28 and when this gap is selected, measurement in the second range by the sensors of the rings 23, 24, 28. By increasing the number of sensors, the measurement sensitivity in the second range is increased compared to the fifth option.

Упругие кольца с внутренними балочками (фиг. 10, 11) целесообразно применять в узлах, где размещение упругих колец с наружными балочками затруднено, в частности, из-за малого габарита подшипников. Elastic rings with inner beams (Fig. 10, 11) are advisable to apply in nodes where the placement of elastic rings with outer beams is difficult, in particular, due to the small size of the bearings.

В связи с тем, что упругий элемент, встраиваемый в подшипниковый узел, выполнен на модульном принципе, значительно расширяется область применения этого узла, например в случае применения в шпиндельном узле имеется возможность измерять усилие резания при различных видах механической обработки. Кроме того, конструкция упругого элемента является перспективной с точки зрения его унификации, автоматической сборки и широкого применения динамометрического подшипникового узла в диагностических и адаптивных системах. (56) Авторское свидетельство СССР N 1315150, кл. B 23 B 25/06, 1987. Due to the fact that the elastic element built into the bearing unit is made on a modular principle, the scope of application of this unit is significantly expanded, for example, when used in a spindle unit, it is possible to measure the cutting force for various types of machining. In addition, the design of the elastic element is promising from the point of view of its unification, automatic assembly and widespread use of the dynamometric bearing assembly in diagnostic and adaptive systems. (56) Copyright certificate of the USSR N 1315150, cl. B 23 B 25/06, 1987.

Claims

1. DYNOMETRIC BEARING ASSEMBLY, comprising a first elastic ring with uniformly supported radially-shaped beams with one-bearing L-beams uniformly spaced around one of its ends, on which displacement sensors are installed and the free ends of which protrude beyond said end-face, the elastic ring being installed between the stationary ring bearing and fixed part of the assembly, characterized in that, in order to increase the rigidity of the assembly, a protrusion is made on each beam from the side opposite to its free end, not income box to the plane of the other end of the ring.

2. The node according to claim 1, characterized in that, in order to expand technological capabilities, the protrusion made on each beam is offset radially relative to the free end of the beam by a predetermined distance.

3. The node according to claim 1, characterized in that, in order to increase the sensitivity of measurements, the node is equipped with at least one additional ring, made identical to the first ring and mounted motionless relative to it, and the free ends of the beams of both rings are directed in opposite directions and planes the symmetries of the said beams coincide, and the protrusions of the beams are opposite and form a gap of a predetermined value.