SU1715505A1 - Шпиндельный узел - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к станкостроению и может быть использовано в станках, работающих с большими диапазонами осевых нагрузок и частот вращени , Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и долговечности шпиндельного узла. Это достигаетс  за свет снижени  нат га в подшипниках задней опоры. Шпиндельный узел содержит корпус 1 и шпиндель 2. Узел снабжен механизмом стабилизации, установленным между передней и задней опорами шпиндел  2 и выполненным в виде установленного спиной к подшипникам задней опоры дополнительного радиально- упорного подшипника и распорных втулок с соотношением длин UH LIB +. 5i- дг, установленных между кольцами радиально- упорных подшипников передней и дополнительной опор и соотношением длин L2H L.2B + 5з+ 5 2 , установленных между кольцами радиально-упорных подшипников дополнительной и задней опор, где Цн - длины втулок, установленных между внутренними кольцами радиально-упорных подшипников; 2н - длины втулок между наружными кольцами этих подшипников: 3i, 62, 63 - предварительные нат ги в подшипниках соответственно передней, дополнительной и задней опор. 1 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к станкостроению и может быть использовано в станках. работающих с большими диапазонами осевых нагрузок и частот вращени , например дл  многоцелевых станков.

Целью изобретени   вл етс  повышение долговечности и надежности шпиндельного узла при работе с большими осевыми нагрузками за счет стабилизации минимально необходимей .величины остаточного нат га в подшипниках задней опоры.

На чертеже изображен шпиндельный узел, разрез.

Шпиндельный узел содержит корпус 1. шпиндель 2, смонтированный на двух опорах , и-узел стабилизации нат га.

Передн   опора состоит, например, из трех радиально-упорных подшипников 3-5, задн   - из двух радиально-упорных подшипников 6 и 7, наружные кольца которых посажены в корпусе 1 свободно. Механизм стабилизации, установленный между передней и задней опорами, содержит установленный спиной к подшипникам задней опоры дополнительный радиально-упорный подшипник 8, распорные втулки 9 и 10, установленные между кольцами радиально- упорного подшипника 5 передней опоры и

XI

сл сл о

СП

дополнительного радиально-упорного подшипника 8. а также распорные втулки 11 и 12, установленные между кольцами дополнительного радиально-упорного подшипника 8 и радиально-упорного подшипника 6 задней опоры.

Осевой предварительный нат г радиально-упорного подшипника механизма стабилизации устанавливают исход  из его минимально необходимой величины

FHC 1,5tg a Fr + 0,5 Fa, где а - угол контакта подшипника, Fr, Fa - радиальна  и осева  нагрузки на подшипник соответственно.

Нат г радиально-упорных подшипников передней опоры устанавливают из услови  обеспечени  требуемой величины осевой жесткости

Р1/з а-1,5(С31з)2/3 FH3

г нп

1,5.(Ci.h)2/3 где ja - требуема  величина осевой жесткости шпиндельного узла; FHa величина предварительного нат га радиально-упорных подшипников задней опоры:

F нз FHH + FHC

И, з - число подшипников в передней и задней опорах соответственно.

Коэффициенты Ci и Сз определ ютс  по известным формулам:

Ci 105 V 1,25 DTI Zi sin5 2 «1 ;

Сз Ю5 Vi,25DT3 Z3 sin 03 ,

где Zi, Zs, DT1, DT3, «1.03 - количество и диаметры шариков и углы контакта соответственно подшипников передней (индекс 1) и задней (индекс 3) опор.

Требуемые величины предварительных нат гов создают соответствующим подбором длин втулок 9-12. При этом соотношение длин втулок необходимо подобрать. Значени  нат гов(5i, 5a и(5з определ ют по формуле

А р2/3 1(г , v2/3 От - г нт/(()

где т - индекс опоры (т 1 дл  передней, т 2 дл  дополнительной и m 3 дл  задней опоры).

Получим

(с 2/327S 2/k2B + F2/3H3/(C3i3)2/3 + +FHc273/(C2i2)2/3

2/3;

Шпиндельный узел работает следующим образом.

Когда на шпиндель 2 начинает действовать внешн   осева  нагрузка Fa, шпиндель за счет

упругих деформаций в подшипниках 3-5 передней опоры перемещаетс  влево, при этом нат г в подшипниках 6 и 7 задней опоры уменьшаетс , а в дополнительном подшипнике 8 увеличиваетс  за счет перемещени  его внутреннето кольца вместесо шпинделем. При этом его наружное кольцо фиксировано под воздействием на него усили  предварительного нат га подшипников 6 и 7 задней опоры через распорную втулку 11. Указанное изменение на

т га происходит до значени  внешней осевой нагрузки Fa , определ емой из соотношени :

FV/3-F2/3Hn

+

JF2/3

FH2/3)(Cih)2/3

()2/3 +()

2/3

при которой величины нат гов дополнительного подшипника 8 и подшипников 6 и 7 задней

опоры станов тс  равными между собой. При дальнейшем увеличении осевой нагрузки величины нат га в подшипниках 6 и 7 задней опоры и в дополнительном подшипнике 8 остаютс  неизменными, а сами подшипники перемещаютс  со шпинделем, раскрыва  стык между наружным кольцом дополнительного подшипника 8 и распорной втулкой 9.

При сн тии осевой нагрузки шпиндель возвращаетс  в исходное положение за счет

усили  нат га подшипников 3-5 передней опоры . При этом наружное кольцо дополнительного подшипника 8 упираетс  в распорную втулку 9, а за счет дальнейшего перемещени  его внутреннего кольца вместе со шпинделем

2 уменьшаетс  нат г в этом подшипнике. Это приводит кувеличению нат га в подшипниках 6 и 7 задней опоры за счет перемещени  их внутренних колец вместе со шпинделем 2 относительно наружных колец, которые удерживаютс  наружным кольцом дополнительного подшипник 8 через втулку 11. Возвращение элементов шпиндельного узла в исходное состо ние при сн тии осевой нагрузки происходит за счет уменьшени  сжати  стыков,

которые получили дополнительные (сверх предварительного) нат ги при приложении внешней осевой нагрузки.

Таким образом, предложенный шпиндельный узел имеет большую долговечность и надежность при более простой конструкции.

Кроме того, исключение необходимости создавать в опорах шпиндельного узла большой предварительный нат г дл  воспри ти  больших осевых нагрузок позвол ет существенно снизить тепловыделение в

опорах узла, а следовательно, уменьшить тепловые деформации станка и затраты на охлаждение узла и потери энергии на трение в подшипниках. Это позвол ет подн ть точность обработки на станке. Снижение необходимой величины предварительного нат га в опорах шпиндел  позвол ет при сохранении высокой его осевой нагрузочной способности обеспечить высокую быстроходность шпиндел  без дополнительной сложной системы управлени  нат гом. Это обеспечивает возможность применени  высоких скоростей резани  при обработке, следовательно, повышает качество и производительность отработки изделий на станке .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Шпиндельный узел, содержащий корпус , шпиндель, смонтированный в корпусе на передней и задней опорах в виде ради- ально-упорных подшипников, и устройство дл  изменени  нат га в опорах, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и долговечности при работе с

   й

   большими осевыми нагрузками, узел снабжен механизмом стабилизации заданного остаточного нат га задней опоры, расположенным между опорами шпиндел  и выполненным в виде установленного спиной к задней опоре дополнительного радиально- упорного подшипника и четырех распорных втулок, две из которых выполнены с соотношением длин LiH LIB + 5i 62 и установле- 10 ны между кольцами радиально-упорных подшипников передней и дополнительной опор, а две другие с соотношением длин 2н- + 52 и установлены между кольцами радиально-упорных подшипников дополни- 15 тельной и задней опор, где LIB, L2B -длины втулок, установленных между внутренними кольцами радиально-упорных подшипников; LiH, L2H -длины втулок, установленных между наружными кольцами радиально- 20 упорных подшипников; 61,62,63- предварительные нат гиподшипников соответственно передней опоры, дополнительного подшипника и задней опоры.

   25

   /2 6

   i i