RU2534100C2

RU2534100C2 - Hydrostatic support

Info

Publication number: RU2534100C2
Application number: RU2013109507/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Станиславович Шатохин; Сергей Павлович Ереско; Анна Сергеевна Шатохина
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-11-27
Also published as: RU2013109507A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hydrostatic support consists of stationary body (1) with bearing pockets (2) at opposed working surfaces and feed channel (3), moving guide (4) with opposed working surfaces connected with the body working surfaces, and floating element (5) with throttling channels (6) connected with control pockets (7) at its ends. Floating element (5) features cylindrical shape with circular ledge (8) at its top part and is arranged with minimum clearance in the body (1) cylindrical bore connecting the opposed pockets (2). Body (1) has recess (10) to surround circular ledge (8) without forming of throttling orifices. End surfaces of floating element (5) make said throttling orifices (9) with working surfaces of guide (4).

EFFECT: higher recommended load bearing capacity, absolutely ruled out contact friction, ease of assembly.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в замкнутых гидростатических направляющих металлообрабатывающих станков и других ответственных машин.The invention relates to mechanical engineering and may find application in closed hydrostatic guides of metalworking machines and other critical machines.

Известны гидростатические опоры скольжения с плавающими (подвижными) регуляторами, управляющими расходом рабочей жидкости через оппозитные несущие карманы в зависимости от нагрузки (Бушуев В.В. Гидростатическая смазка в станках / М.: Машиностроение, 1989, с. 84-85, рис.44-45). Их недостатком является наличие трубопроводов, связывающих регулятор с несущими карманами, что, во-первых, ухудшает динамическое качество опор из-за упругости трубопроводов и заключенной в них рабочей жидкости и, во-вторых, усложняет систему подвода рабочей жидкости к несущим карманам. Кроме того, нагрузочная характеристика данных опор не оптимальна, поскольку изменение конфигурации дросселирующих щелей регулятора при нагружении опоры происходит так, что соотношение входной и выходной эффективных площадей регулятора при смещении рабочего плавающего элемента - кольца сильно изменяется. В результате нагрузочная характеристика опоры является нелинейной даже при относительно небольших нагрузках.Known hydrostatic sliding bearings with floating (movable) regulators that control the flow of working fluid through opposing bearing pockets depending on the load (Bushuev V.V. Hydrostatic lubrication in machines / M .: Mashinostroenie, 1989, pp. 84-85, Fig. 44 -45). Their disadvantage is the presence of pipelines connecting the regulator with the bearing pockets, which, firstly, degrades the dynamic quality of the supports due to the elasticity of the pipelines and the working fluid enclosed in them and, secondly, complicates the system for supplying the working fluid to the bearing pockets. In addition, the load characteristic of these supports is not optimal, since the change in the configuration of the throttle slots of the controller during loading of the support occurs so that the ratio of the input and output effective areas of the controller when the working floating element - ring is shifted varies greatly. As a result, the load characteristic of the support is nonlinear even at relatively small loads.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является гидростатическая опора (патент РФ №2406891, МПК F16C 32/06, B23Q 1/38), содержащая 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. Корпус имеет дополнительный несущий карман на оппозитно расположенной рабочей поверхности, а плавающий элемент расположен в отверстии корпуса, соединяющем оппозитно расположенные несущие карманы. Торцы плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры с оппозитно расположенными рабочими поверхностями направляющей.The closest analogue of the claimed invention is a hydrostatic support (RF patent No. 2406891, IPC F16C 32/06, B23Q 1/38), 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 form slotted throttling gaps with the mating surfaces of the housing and the guide. The housing has an additional bearing pocket on the opposed working surface, and the floating element is located in the opening of the housing connecting the opposed bearing pockets. The ends of the floating element form throttling gaps with the opposed working surfaces of the guide.

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

- процесс сборки направляющей затруднен из-за отсутствия надежной фиксации плавающего элемента (плунжера), который под действием собственного веса смещается вниз и не удерживается в сквозном отверстии корпуса;- the assembly process of the guide is difficult due to the lack of reliable fixation of the floating element (plunger), which under the influence of its own weight is shifted down and is not held in the through hole of the housing;

- при достаточно большом нагружении направляющей (пассивный нагрузочный диапазон) торец плавающего элемента прижимается к разгружаемой опорной поверхности направляющей, что приводит к увеличению трения в направляющих и повышенному износу сопряженных рабочих поверхностей (образование рисок). Уменьшение влияния данного недостатка за счет увеличения радиуса управляющих карманов (т.е. уменьшения ширины дросселирущих торцевых перемычек) приводит к нарушению капиллярности течения на торцевых дросселирующих перемычках и недостаточному для обеспечения динамического качества опоры демпфированию, а за счет увеличения диаметра плавающего элемента - к существенному уменьшению эффективной несущей площади гидростатической опоры.- with a sufficiently large loading of the guide (passive load range), the end face of the floating element is pressed against the unloaded bearing surface of the guide, which leads to increased friction in the guides and increased wear of the mating working surfaces (formation of marks). Reducing the effect of this drawback by increasing the radius of the control pockets (i.e., reducing the width of the throttling end bridges) leads to a disruption in the capillarity of the flow at the end throttling bridges and insufficient damping to ensure the dynamic quality of the support, and due to an increase in the diameter of the floating element, to a significant reduction effective bearing area of hydrostatic support.

Задачей изобретения является облегчение процесса сборки направляющей и увеличение рекомендуемой нагрузочной способности опоры, при которой полностью сохраняется плавающее состояние регулятора.The objective of the invention is to facilitate the assembly process of the guide and increase the recommended load capacity of the support, in which the floating state of the controller is fully preserved.

Для решения поставленной задачи в гидростатической опоре, содержащей направляющую, корпус с подводящим каналом для нагнетания рабочей жидкости, оппозитно расположенными несущими карманами на рабочих поверхностях и соединяющим несущие карманы сквозным отверстием, в котором установлен плавающий элемент с управляющими карманами на торцах, питаемыми через дросселирующие каналы, торцевые и сопрягаемые поверхности которого образуют с соответствующими поверхностями корпуса и направляющей щелевые дросселирующие зазоры, согласно изобретению в верхней части плавающего элемента выполнен кольцевой выступ, а в корпусе - соответствующее кольцевому выступу углубление, обеспечивающее предотвращение дросселирования рабочей жидкости между ними, причем торцевая поверхность кольцевого выступа образует дросселирующий зазор с сопряженной поверхностью направляющей.To solve the problem in a hydrostatic support, containing a guide, a housing with an inlet channel for pumping working fluid, opposed bearing pockets on the working surfaces and connecting a through hole in the bearing pockets, in which there is a floating element with control pockets at the ends, fed through throttling channels, the end and mating surfaces of which form slotted throttling gaps with the corresponding surfaces of the housing and the guide, according to the invention NIJ in the upper part of the floating member has an annular projection in the casing and - a corresponding annular flange recess, ensuring the prevention of throttling the working fluid therebetween, wherein the end face of the annular projection forms a throttle gap with a counter-surface guide.

На фиг.1 показан разрез заявляемой гидростатической опоры; на фиг.2 дано сравнение характеристик заявляемой гидростатической опоры (кривые 1), опоры-прототипа (кривые 2) и традиционной гидростатической опоры с дроссельным питанием (кривые 3), при этом на фиг.2а показаны графики нагрузочных характеристик, а на фиг.2б - графики расходных характеристик.Figure 1 shows a section of the inventive hydrostatic support; figure 2 gives a comparison of the characteristics of the inventive hydrostatic support (curves 1), support prototype (curves 2) and traditional hydrostatic supports with throttle power (curves 3), while Fig.2a shows graphs of load characteristics, and Fig.2b - graphs of flow characteristics.

Гидростатическая опора (фиг.1) состоит из неподвижного корпуса 1 с несущими карманами 2 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. 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 2. В верхней части плавающего элемента выполнен кольцевой выступ 8, а в корпусе 1 выполнено углубление 10, свободно охватывающее кольцевой выступ 8 плавающего элемента, без образования дросселирующих зазоров между ними. Торцевые поверхности плавающего элемента образуют дросселирующие зазоры 9 с рабочими поверхностями направляющей 4.The hydrostatic support (Fig. 1) consists of a fixed body 1 with bearing pockets 2 on opposed working surfaces and a supply 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. 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 gap in the cylindrical hole of the housing connecting the opposed bearing pockets 2. An annular protrusion 8 is made in the upper part of the floating element, and in the housing 1 a recess 10, freely covering the annular protrusion 8 of the floating element, without the formation of throttling gaps between them. The end surfaces of the floating element form a throttling gap 9 with the working surfaces of the guide 4.

Гидростатическая опора работает следующим образом. Рабочая жидкость от источника давления (на фиг.1 не показан) нагнетается через канал 3 и дросселирующие каналы 6 в управляющие карманы 7, откуда через дросселирующие зазоры 9 поступает в несущие карманы 2, из которых дросселируется на слив. Дросселирующие каналы 6 в совокупности с управляющими карманами 7 при наличии дросселирующих зазоров 9 обеспечивают устойчивость осевого положения плавающего элемента 5.Hydrostatic support works as follows. 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, from where through the throttling gaps 9 it enters the bearing pockets 2, from which it is throttled to drain. The throttling channels 6 in conjunction with the control pockets 7 in the presence of throttling gaps 9 provide stability of the axial position of the floating element 5.

Стабилизацию плавающего элемента 5 в радиальном и угловом направлениях и отсутствие контактного трения обеспечивают малые ступенчатые дросселирующие зазоры в цилиндрическом сопряжении корпус 1 - плавающий элемент 5 (за исключением зазоров между кольцевым выступом 8 и углублением 10 в корпусе). Они же обеспечивают небольшой приток рабочей жидкости в разгружаемый несущий карман 2 при максимальной нагрузке для исключения попадания воздуха, когда плавающий элемент 5 прижат к разгружаемой поверхности направляющей 4 и поступление рабочей жидкости через дросселирующий канал 6 в разгружаемый несущий карман 2 прекращается.Stabilization of the floating element 5 in the radial and angular directions and the absence of contact friction are ensured by small stepped throttling gaps in the cylindrical mate housing 1 - floating element 5 (with the exception of the gaps between the annular protrusion 8 and the recess 10 in the housing). They provide a small influx of working fluid into the unloading bearing pocket 2 at maximum load to prevent air from entering when the floating element 5 is pressed against the unloading surface of the guide 4 and the flow of working fluid through the throttling channel 6 into the unloading bearing pocket 2 is stopped.

При нагружении направляющая 4 первично смещается в направлении нагрузки, а давление рабочей жидкости увеличивается в нагружаемом и уменьшается в разгружаемом несущем кармане до тех пор, пока разность сил давления не уравновесит нагрузку. Изменившееся давление в несущих карманах смещает плавающий элемент в направлении нагружения до его нового равновесного осевого положения. При этом увеличивается дросселирующий зазор 9 в нагружаемом, а уменьшается - в разгружаемом несущем кармане. Изменение дросселирующих зазоров 9 вызывает перераспределение расходов рабочей жидкости через оппозитно нагружаемые несущие карманы, что, в свою очередь, вызывает вторичное смещение направляющей, но уже в направлении, противоположном приложенной нагрузке. В результате этого процесса, в зависимости от выбора параметров, гидростатическая опора может обладать малой положительной, нулевой или отрицательной податливостью.When loading, the guide 4 initially shifts in the direction of the load, and the pressure of the working fluid increases in the loaded and decreases in the unloading bearing pocket until the difference in pressure forces balances the load. The changed pressure in the bearing pockets shifts the floating element in the direction of loading to its new equilibrium axial position. This increases the throttling gap 9 in the loaded, and decreases in the unloaded bearing pocket. Changing the throttling clearances 9 causes a redistribution of the flow rate of the working fluid through the oppositely loaded bearing pockets, which, in turn, causes a secondary displacement of the guide, but already in the direction opposite to the applied load. As a result of this process, depending on the choice of parameters, the hydrostatic support may have low positive, zero, or negative compliance.

Однако не всегда достижение наиболее существенной отрицательной податливости и наиболее существенных отрицательных эксцентриситетов является оптимальным с точки зрения повышения нагрузочной способности направляющей и точности обработки на металлорежущих станках. Кроме того, уменьшение достигаемого эксцентриситета до предельных отрицательных значений значительно увеличивает расход рабочей жидкости. В то же время весьма важным показателем гидростатической опоры является ширина активного нагрузочного диапазона, характеризующая рекомендуемую нагрузочную способность, при которой сохраняется полноценное плавающее рабочее состояние элемента 5 и полностью исключается контактное трение.However, the achievement of the most significant negative ductility and the most significant negative eccentricities is not always optimal from the point of view of increasing the load capacity of the guide and the accuracy of processing on metal cutting machines. In addition, reducing the achieved eccentricity to extreme negative values significantly increases the flow rate of the working fluid. At the same time, a very important indicator of the hydrostatic support is the width of the active load range, which characterizes the recommended load capacity, in which a full floating operating state of element 5 is preserved and contact friction is completely eliminated.

Следует отметить, что равнодействующая сил давления рабочей жидкости на верхнюю часть плавающего элемента 5 полностью уравновешивается силой давления рабочей жидкости на нижний торец плавающего элемента 5 и в полной мере соответствует аналогичным значениям в прототипе. Это обеспечено за счет предотвращения дросселирования рабочей жидкости между поверхностями корпуса 1 и кольцевого выступа 8 плавающего элемента 5, благодаря чему давление рабочей жидкости на указанные поверхности всегда соответствует давлению в верхнем несущем кармане 2. Однако кольцевой выступ 8 при неизменном силовом балансе плавающего элемента 5 значительно увеличивает ширину дросселирующих перемычек верхнего торца, а радиус ограничиваемого ими управляющего кармана 7 уменьшает. В результате значительно возрастает демпфирование сопряжения верхний торец плавающего элемента - верхняя рабочая поверхность направляющей и, кроме того, сохраняется капиллярность течения рабочей жидкости через верхний дросселирующий зазор 9 во всем нагрузочном диапазоне.It should be noted that the resultant of the pressure of the working fluid on the upper part of the floating element 5 is fully balanced by the pressure of the working fluid on the lower end of the floating element 5 and fully corresponds to the same values in the prototype. This is achieved by preventing throttling of the working fluid between the surfaces of the housing 1 and the annular protrusion 8 of the floating element 5, due to which the pressure of the working fluid on these surfaces always corresponds to the pressure in the upper bearing pocket 2. However, the annular protrusion 8 with a constant force balance of the floating element 5 significantly increases the width of the throttling jumpers of the upper end, and the radius of the control pocket 7 limited by them reduces. As a result, the damping of the interface significantly increases the upper end of the floating element - the upper working surface of the guide and, in addition, the capillarity of the flow of the working fluid through the upper throttling gap 9 is maintained in the entire load range.

Проведенные исследования показали, что для увеличения ширины активного диапазона необходима малая активность плавающего элемента (т.е. малое отношение выходной эффективной площади регулятора к его входной эффективной площади), достигнуть которую в опоре-прототипе возможно только за счет чрезмерного уменьшения ширины дросселирующей перемычки, ограничивающей управляющий карман. Однако это неизбежно приводит к нарушению капиллярности истечения рабочей жидкости из управляющего кармана и чрезмерному уменьшению демпфирования плавающего элемента. Поэтому при малой активности регулятора сохранить достаточную ширину дросселирующей перемычки позволяет предлагаемое техническое решение.Studies have shown that to increase the width of the active range, a small activity of the floating element is required (i.e., a small ratio of the output effective area of the controller to its input effective area), which can be achieved in the prototype support only by excessively reducing the throttle jumper width, which limits control pocket. However, this inevitably leads to a violation of the capillarity of the flow of the working fluid from the control pocket and an excessive decrease in the damping of the floating element. Therefore, with low activity of the regulator to maintain a sufficient width of the throttling jumper allows the proposed solution.

Сравнение рекомендуемой нагрузочной способности (достигаемой ширины активного нагрузочного диапазона) заявляемой опоры и опоры-прототипа при условии сохранения капиллярности истечения рабочей жидкости из управляющих карманов 7 иллюстрирует нагрузочные характеристики, представленные на фиг.2а. Ширина активного нагрузочного диапазона заявляемой гидростатической опоры (первый участок кривой 1) достигает 85% от теоретически возможной предельной нагрузки и полностью перекрывает весь нагрузочный диапазон аналогичной гидростатической опоры с постоянными дросселями на входе в несущие карманы (кривая 3). В то же время достигаемая ширина активного нагрузочного диапазона опоры-прототипа (первый участок кривой 2) не превышает 73% от величины предельной нагрузки, т.е. имеет существенно меньшее значение. При этом расходная характеристика заявляемой опоры (см. фиг.2б, на которой кривой 1 отмечена характеристика заявляемой гидростатической опоры, кривой 2 - характеристика прототипа, а кривой 3 - характеристика традиционной гидростатической опоры с дроссельным питанием) отличается весьма высокой расходной экономичностью и по сравнению с характеристикой прототипа имеет меньший расход рабочей жидкости при малых и средних нагрузках на опору.Comparison of the recommended load capacity (achievable width of the active load range) of the claimed support and support prototype, while maintaining the capillarity of the flow of working fluid from the control pockets 7 illustrates the load characteristics shown in figa. The width of the active load range of the claimed hydrostatic support (the first section of curve 1) reaches 85% of the theoretically possible maximum load and completely covers the entire load range of a similar hydrostatic support with constant chokes at the entrance to the load pockets (curve 3). At the same time, the achieved width of the active load range of the prototype support (the first section of curve 2) does not exceed 73% of the maximum load, i.e. has a significantly lower value. At the same time, the expendable characteristic of the inventive support (see Fig. 2b, on which curve 1 shows the characteristic of the inventive hydrostatic support, curve 2 — the characteristic of the prototype, and curve 3 — characteristic of the traditional hydrostatic support with throttle power) is characterized by a very high expenditure efficiency and compared with characteristic of the prototype has a lower flow rate of the working fluid at small and medium loads on the support.

Таким образом, увеличение площади торцевой поверхности плавающего элемента 5 за счет наличия кольцевого выступа 8 позволяет достигнуть более высокую рекомендуемую нагрузочную способность опоры, при которой сохраняется полноценное активное положение плавающего элемента 5 и полностью исключается контактное трение.Thus, increasing the area of the end surface of the floating element 5 due to the presence of the annular protrusion 8 allows you to achieve a higher recommended load bearing capacity, which maintains a full active position of the floating element 5 and completely eliminates contact friction.

При этом наличие кольцевого выступа 8 значительно облегчает процесс сборки направляющей, обеспечивая надежную фиксацию плавающего элемента 5 в вертикальном сквозном отверстии корпуса 1, необходимую в связи с тем, что при сборке направляющей металлорежущего станка нижняя часть направляющей (планка) устанавливается и закрепляется после установки плавающего элемента 5.Moreover, the presence of an annular protrusion 8 greatly facilitates the process of assembling the guide, providing reliable fixation of the floating element 5 in the vertical through hole of the housing 1, which is necessary due to the fact that when assembling the guide of the metal cutting machine, the lower part of the guide (bar) is installed and fixed after the installation of the floating element 5.

Claims

A hydrostatic support containing a guide, a housing with an inlet channel for injecting the working fluid, opposed bearing pockets on the working surfaces and connecting the bearing pockets through a hole in which there is a floating element with control pockets at the ends, fed through throttling channels, end and mating side surfaces which form slotted throttling gaps with corresponding surfaces of the guide and the body, characterized in that in the upper part of the melt conducting element is formed an annular projection in the casing and - a corresponding annular flange recess, ensuring the prevention of throttling the working fluid therebetween, wherein the end face of the annular projection forms a throttle gap with a counter-surface guide.