RU2406891C1

RU2406891C1 - Hydro-static support

Info

Publication number: RU2406891C1
Application number: RU2009135179/11A
Authority: RU
Inventors: Станислав Николаевич Шатохин (RU); Станислав Николаевич Шатохин; Сергей Станиславович Шатохин (RU); Сергей Станиславович Шатохин; Анна Сергеевна Шатохина (RU); Анна Сергеевна Шатохина; Максим Евгеньевич Яськов (RU); Максим Евгеньевич Яськов
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2010-12-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hydro-static support consists of guide (4), of case (1) with supplying channel (3) for pressurising working liquid and with a bearing pocket on working surface, wherein there is located floating element (5) with control pockets (7) on ends connected by means of throttling channel (6). Exterior surfaces of this channel together with conjugated surfaces of case (1) and guide (4) form slit-like throttling gaps (8). Case (1) has and additional bearing pocket on opposite located working surface. Floating element (5) is installed in an orifice of case (1) connecting opposite located bearing pockets (7), while ends of floating element (5) form throttling gaps (8) with opposite located working surfaces of the guide.

EFFECT: hydrostatic support bearing opposite directed loads without flows of working liquid into bearing pockets, which increases efficiency of support.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться, например, в гидростатических направляющих металлорежущих станков.The invention relates to mechanical engineering and can be used, for example, in hydrostatic guides of metal cutting machines.

Известна гидростатическая опора с отдельно выполненным (автономным) многопоточным регулятором с плавающими элементами, которые осуществляют адаптивное нагнетание рабочей жидкости в несущие карманы, выполненные на оппозитно расположенных рабочих поверхностях опоры [Бушуев В.В. Гидростатическая смазка в станках. / М.: Машиностроение, 1989. - 176 с. - С.84-85. Рис.44-45]. Опора воспринимает противоположно направленные нагрузки и имеет нагрузочную характеристику с диапазоном отрицательной податливости. Ее недостатком являются трубопроводы большой протяженности, соединяющие регулятор с несколькими несущими карманами на каждой рабочей поверхности, так как упругость трубопроводов и сжимаемость находящейся в них рабочей жидкости ухудшают динамические характеристики и снижает надежность опоры при отрицательной податливости (в тяжелых станках длина каждого трубопровода может достигать 15÷25 м).Known hydrostatic support with a separately made (stand-alone) multi-threaded regulator with floating elements, which carry out adaptive injection of the working fluid into the bearing pockets made on the opposed working surfaces of the support [Bushuev V.V. Hydrostatic lubrication in machines. / M.: Mechanical Engineering, 1989 .-- 176 p. - S. 84-85. Fig. 44-45]. The support accepts oppositely directed loads and has a load characteristic with a range of negative compliance. Its disadvantage is long pipelines connecting the regulator with several bearing pockets on each working surface, since the elasticity of the pipelines and the compressibility of the working fluid contained in them impair the dynamic characteristics and reduce the reliability of the support with negative compliance (in heavy machines, the length of each pipeline can reach 15 ÷ 25 m).

Наиболее близким аналогом изобретения является гидростатическая опора, содержащая направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости в несущий карман, выполненный на рабочей поверхности, в котором расположен плавающий элемент, имеющий на торцах управляющие карманы, соединенные дросселирующим каналом, наружные поверхности которого образуют с сопряженными поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры [Патент RU №2325565, МПК F16C 32/06, B23Q 1/38. Опубликовано 25. 07.2008, Бюл. №15 // Авторы В.Г. Демин, Я.Ю. Пикалов, С.Н. Шатохин].The closest analogue of the invention is a hydrostatic support containing a guide, a housing with an inlet channel for pumping the working fluid into a carrier pocket, made on the working surface, in which there is a floating element having control pockets at the ends connected by a throttling channel, the outer surfaces of which are formed with mating the surfaces of the housing and the guide slotted throttling gaps [Patent RU No. 22325565, IPC F16C 32/06, B23Q 1/38. Posted on 07.25.2008, Bull. №15 // Authors V.G. Demin, Y. Yu. Pikalov, S.N. Shatokhin].

Данная опора имеет следующие недостатки:This support has the following disadvantages:

- не может воспринимать противоположно направленные нагрузки,- cannot perceive oppositely directed loads,

- плавающий элемент имеет дополнительный поток рабочей жидкости, который не поступает в несущие карманы и снижает КПД опоры.- the floating element has an additional flow of working fluid, which does not enter the bearing pockets and reduces the efficiency of the support.

Задачей изобретения является создание гидростатической опоры, которая может воспринимать противоположно направленные нагрузки и не имеет потоков рабочей жидкости, не поступающих в несущие карманы.The objective of the invention is the creation of a hydrostatic support, which can absorb oppositely directed loads and does not have flow of working fluid that does not enter into the bearing pockets.

Для решения поставленной задачи в гидростатической опоре, содержащей направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости и несущим карманом на рабочей поверхности, в котором расположен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, соединенными дросселирующим каналом, наружные поверхности которого образуют с сопряженными поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры, согласно изобретению корпус имеет дополнительный несущий карман на оппозитно расположенной рабочей поверхности, плавающий элемент установлен в отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы, а торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.To solve the problem in a hydrostatic support containing a guide, a housing with an inlet channel for pumping the working fluid and a bearing pocket on the working surface, in which there is a floating element with control pockets at the ends connected by a throttling channel, the outer surfaces of which are formed with the mating surfaces of the housing and guiding slotted throttling gaps, according to the invention, the housing has an additional carrying pocket on an opposed working surface, pl The arcing element is installed in the opening of the housing connecting the opposed bearing pockets, and the ends of the floating element form throttling gaps with the opposed working surfaces of the guide.

На фиг.1 показан общий вид гидростатической опоры в замкнутой прямолинейной направляющей; на фиг.2 - разрез опоры по плавающему элементу; на фиг.3 - графики нагрузочных характеристик опоры.Figure 1 shows a General view of the hydrostatic support in a closed rectilinear guide; figure 2 is a section of the support on a floating element; figure 3 - graphs of the load characteristics of the support.

Гидростатическая опора (см. фиг.1) состоит из неподвижного корпуса 1 с несущими карманами 2, выполненными на оппозитно расположенных рабочих поверхностях, и подводящим каналом 3, подвижной направляющей 4, имеющей оппозитно расположенные рабочие поверхности, сопряженные с рабочими поверхностями корпуса, и плавающего элемента 5 с дросселирующими каналами 6 и управляющими карманами 7 на его торцах (см. фиг.2). Дросселирующие каналы 6 соединяют управляющие карманы 7 с подводящим каналом 3. Плавающий элемент 5 имеет цилиндрическую форму и установлен с минимальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы. Торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры 8 с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.The hydrostatic support (see Fig. 1) consists of a fixed body 1 with bearing pockets 2, made on opposed working surfaces, and a feed channel 3, a movable guide 4, having opposed working surfaces, conjugated with the working surfaces of the housing, and a floating element 5 with throttling channels 6 and control pockets 7 at its ends (see figure 2). The throttling channels 6 connect the control pockets 7 to the inlet channel 3. The floating element 5 has a cylindrical shape and is installed with a minimum clearance in the cylindrical hole of the housing connecting the opposed bearing pockets. The ends of the floating element form a throttling gap 8 with the opposed working surfaces of the guide.

Гидростатическая опора работает следующим образом.Hydrostatic support works as follows.

Рабочая жидкость от источника давления (на фиг.1 не показан) нагнетается через канал 3 и дросселирующие каналы 6 в управляющие карманы 7 и через дросселирующий зазор 8 поступает в несущие карманы 2, из которых дросселируется на слив. Дросселирующие каналы 6 необходимы для устойчивости осевого положения плавающего элемента.The working fluid from the pressure source (not shown in Fig. 1) is pumped through the channel 3 and the throttling channels 6 into the control pockets 7 and through the throttling gap 8 enters the bearing pockets 2, from which it is throttled to drain. Throttling channels 6 are necessary for the stability of the axial position of the floating element.

Процессы, происходящие при нагружении опоры, помогают понять графики нагрузочных характеристик, построенные по результатам теоретического исследования (см. фиг.3). Сплошными толстыми линиями показана зависимость безразмерного осевого смещения E направляющей относительно корпуса опоры от безразмерной нагрузки F. Сплошными тонкими линиями показана зависимость безразмерного осевого смещения E_p плавающего элемента от F. Цифрой 1 обозначены нагрузочные характеристики E(F) и E_p(F) при оптимизации параметров опоры по критерию максимума нагрузочной способности, а цифрой 2 - при оптимизации по комплексному критерию, равно учитывающему нагрузочную способность и расход смазки. Штриховой линией для сравнения показана нагрузочная характеристика E(F) для гидростатической опоры, у которой рабочая жидкость в несущие карманы нагнетается через дроссели постоянного сопротивления.The processes that occur during loading of the support, help to understand the graphs of load characteristics, constructed according to the results of a theoretical study (see figure 3). Solid thick lines show the dependence of the dimensionless axial displacement E of the guideway relative to the support body on the dimensionless load F. Solid solid lines show the dependence of the dimensionless axial displacement E _{p of the} floating element on F. The number 1 denotes the load characteristics E (F) and E _p (F) during optimization support parameters according to the criterion of maximum load capacity, and the number 2 - when optimizing according to a complex criterion that equally takes into account the load capacity and lubricant consumption. The dashed line for comparison shows the load characteristic E (F) for a hydrostatic support, in which the working fluid is pumped into the bearing pockets through DC chokes.

При действии нагрузки F в опоре происходит сложный переходный процесс, в ходе которого направляющая первично смещается по направлению нагрузки, а давление рабочей жидкости увеличивается в нагружаемом и уменьшается в разгружаемом несущем кармане до тех пор, пока разность давлений не уравновесит нагрузку. Изменившееся давление в несущих карманах нарушает осевое силовое равновесие плавающего элемента, для восстановления которого он смещается в направлении нагрузки, увеличивая дросселирующий зазор 8 в нагружаемом несущем кармане и уменьшая в разгружаемом. В результате смещения плавающего элемента увеличивается нагнетание смазки в нагружаемый несущий карман, а в разгружаемый -уменьшается и направляющая вторично смещается, но уже противоположно направлению нагрузки F. При оптимальном выборе параметров опоры вторичное смещение больше первичного и при завершении переходного процесса направляющая имеет отрицательное смещение E<0, которое противоположно направлению нагрузки и возрастает (по модулю) при ее увеличении. Графики E(F) показывают, что в диапазоне F<0,55÷0,58 смещение направляющей пропорционально величине и противоположно направлению нагрузки. Графики E_p(F) показывают, что в этом диапазоне нагружения происходит положительное осевое смещение плавающего элемента, при котором дросселирующий зазор 8 в нагружаемом несущем кармане увеличивается, а в разгружаемом - уменьшается. Когда в разгружаемом несущем кармане дросселирующий зазор 8 уменьшится до нуля (этому соответствует «перелом» графиков), нагнетание рабочей жидкости в этот карман прекращается, податливость опоры становится положительной и при дальнейшем увеличении нагрузки F направляющая и плавающий элемент смещаются вместе в направлении нагрузки. В этом диапазоне нагружения опоры смещение E направляющей переходит из отрицательной зоны в положительную. При действии нагрузки F в противоположном направлении графики нагрузочных характеристик симметричны относительно начала координат.Under the action of the load F, a complex transition process occurs in the support, during which the guide initially shifts in the direction of the load, and the pressure of the working fluid increases in the loaded and decreases in the unloaded carrier pocket until the pressure difference balances the load. The changed pressure in the bearing pockets violates the axial force balance of the floating element, for the restoration of which it is shifted in the direction of the load, increasing the throttling clearance 8 in the loaded bearing pocket and decreasing in the unloaded. As a result of the displacement of the floating element, the lubricant is increased in the load bearing pocket, while in the unloaded one it decreases and the guide is displaced a second time, but is opposite to the direction of the load F. With the optimal choice of support parameters, the secondary displacement is larger than the primary one and at the end of the transition process the guide has a negative displacement E < 0, which is opposite to the direction of the load and increases (modulo) with its increase. Graphs E (F) show that in the range F <0.55 ÷ 0.58, the displacement of the guide is proportional to the value and opposite to the direction of the load. The graphs E _p (F) show that in this loading range there is a positive axial displacement of the floating element, at which the throttling gap 8 in the load bearing pocket increases, and in the unloading pocket it decreases. When the throttling gap 8 in the unloading bearing pocket decreases to zero (this corresponds to the “fracture” of the graphs), the injection of working fluid into this pocket stops, the flexibility of the support becomes positive, and with a further increase in load F, the guide and the floating element are displaced together in the direction of the load. In this range of support loading, the displacement E of the guide passes from the negative zone to the positive. Under the action of the load F in the opposite direction, the graphs of the load characteristics are symmetrical with respect to the origin.

Таким образом, предлагаемая опора может воспринимать противоположно направленные осевые нагрузки и не имеет дополнительных потоков рабочей жидкости, не поступающих в несущие карманы, что повышает ее КПД.Thus, the proposed support can absorb oppositely directed axial loads and does not have additional flows of the working fluid that do not enter the bearing pockets, which increases its efficiency.

Claims

A hydrostatic support comprising a guide, a housing with an inlet channel for pumping the working fluid and a bearing pocket on the working surface, in which there is a floating element with control pockets at the ends connected by a throttling channel, the outer surfaces of which form slotted throttling gaps with the mating surfaces of the housing and the guide, characterized in that the housing has an additional carrying pocket on an opposed working surface, the floating element is installed in stii housing connecting oppositely disposed bearing pockets, and the ends of the floating member form a throttling gaps with oppositely disposed working surfaces of the guide.