SU648759A1 - Гидростатическа опора - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области машиностроени , а именно к гидростатическим шпиндельным узлам, и может быть использовано в металлорежущих станках, например алмазно-расточных металлорежущих станках дл  финишной обработки деталей.

Известна гидростатическа  опора, содержаща  корпус с соосно установленными в нем втулками, обхватывающими вал, имеющий бурт, размещенный между торцами втулок, а также радиальные и упорные несущие карманы, сообщающиес  через входные дроссели с источником подачи смазки под давлением 1.

Известна  гидростатическа  опора обладает недостаточной радиальной и угловой жесткостью, имеет сложную конструкцию и недостаточно надежна в работе. Так как в известных гидростатических опорах каждый из радиальных и торцовых карманов имеет индивидуальные входные дроссели с посто нным гидросопротивлением потоку смазки , радиальна  и углова  жесткость в них зависит при прочих равных услови х лищь от изменени  гидросопротивлений (т.е. высоты ) выходных дроссельных щелей, которые перераспредел ютс  при перемещени х вала под действием внешней нагрузки, и не завис т от изменени  гидросопротивлений входных дросселей.

В таких гидростатических опорах каждый карман имеет свой отдельный входной дроссель, выполненный, как правило, в виде капилл ра, присоединенного к каждому из карманов и сообщенного каналами с источником смазки под давление.м. Это существенно усложн ет конструкцию узла. Кроме того, указанные дроссели образованы неподвижными поверхност ми и имеют малые (менее 1 мм) диаметры, они быстро засор ютс , что снижает надежность работы узлов.

Целью изобретени   вл етс  повыщение радиальной и угловой жесткости опоры при одновре.менном упрощении конструкции и повышении надежности работы.

Дл  этого каждый из упорных карманов соединен с диаметрально расположенным радиальным несущим карманом, а входные дроссели выполнены в виде цилиндрических щелей, образованных наружной поверхностью бурта п внутренней поверхностью корпуса. На фиг. 1 показана гидростатическа  опора , осевой разрез; на фиг. 2 - разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Гидростатическа  опора содержит корпус 1, в отверстии 2 которого соосно смонтированы втулки 3, имеющие отверстие 4 и противосто щие торцы 5. В отверсти х 4 втулок 3 смонтирован вал 6, имеющий в средней части бурт 7 с торцовыми поверхност ми 8 и наружной цилиндрической поверхностью 9, а также цилиндрические шейки 10, расположенные внутри отверстий 4 втулок 3. На торцах 5 втулок 3 выполнены упорные карманы 11, отделенные от канавки 12 выходными торцовыми дроссельными щел ми 13, образованными поверхност ми 5 втулок 3 и 8 бурта 7 вала 6. На поверхност х отверстий 4 втулок 3 выполнены радиальные карманы 14, отделенные от канавок 13 выходными кольцевыми щел ми 15, образованными противосто щими поверхност ми отверстий 4 втулок 3 и щеек 10 вала 6. В тангенциальном направлении упорные карманы И разделены перемычками 16 (см. фиг. 3), а радиальные карманы 14 - перемычками 17 (фиг. 2). Каждый из упорных карманов 11 сообщен с диаметрально противолежащим ему радиальным карманом 14 каналом 18 с малым гидросопротивлением , выполненным в виде винтообразной канавки на наружной поверхности 19 втулки 3. На наружной поверхности 9 бурта 7 выполнена канавка 20, сообщенна  магистралью 21 с источником 22 смазки под давлением. Канавки 12 сообщены магистралью 23 с резервуаром источника смазки 22. Между наружной цилиндрической поверхностью 9 бурта 7 и поверхностью отверсти  2 корпуса 1 образована кольцева  щель 24,  вл юща с  входны.м дросселем всех карманов. Гидростатическа  опора работает следующим образом. Смазка от источника 22 по каналу 21 подаетс  под давлением Р„ в канавку 20 и проходит через кольцевую дроссельную щель 24,  вл ющуюс  входным дросселем всех карманов, дросселируетс  до давлени  РК и поступает в упорные карманы 11. Из карманов 11 смазка по каналам 18 поступает в радиальные карманы 14. Из карманов 11 смазка сливаетс , дросселиру сь до давлени  Рд в канавки 12, и по магистрали 23 возвращаетс  в резервуар 22. Из радиальных карманов 14 смазка сливаетс  через выходные кольцевые щели 15 в канавки 12 и из них по магистрали 23 возвращаетс  в резервуар источника смазки 22. Смазка под давлением в упорных карманах 11 центрирует вал 6 в осевом направлении между торцами 5 втулок 3, а смазка под давлением в радиальных карманах 14 центрирует вал 6 относительно отверстий 4 втулок 3. Рассмотрим теперь работу узла при нагружении вала 6 из центрального положени  различно приложенными нагрузками. Пусть к валу 6 приложена радиальна  нагрузка , перемещающа  вал 6 вниз параллельно первоначальному положению его продольной оси (радиальна  нагрузка). Под действием этой нагрузки вал 6 с.мещаетс  из центрального положени  вниз на некоторую величину. При этом высота входной дроссельной щели 24 и выходных дроссельных щелей 15 сверху увеличиваетс , а снизу - уменьщаетс . Высота торцовых дроссельных щелей 13 не измен етс , Указанное перераспределение высот участков дроссельных щелей 24 и 15 увеличивает гидросопротивление их участков снизу и у.меньшает сверху. Расход смазки из канавки 20 через участки щелей 24 и 15 сверху увеличиваетс , а снизу уменьщаетс . Таким образом в нижние радиальные карманы 14 поток смазки через участки щели 24 по каналам 18 увеличиваетс , а в верхние радиальные карманы уменьшаетс , что вызывает повышение давлени  в нижних и падение давлени  в верхних радиальных карманах 14. При этом гидросопротивление вытеканию смазки через выходные дроссельные щели 15 дл  нижних карманов 14 увеличиваетс , а дл  верхних карманов - уменьщаетс , что в свою очередь .вызывает возрастание давлени  в нижних и падение давлени  в верхних радиальных карманах 14. Таким образом в гидростатической опоре разность давлении между нагруженными и разгруженными радиальными кар.манами 14, определ юща  противодействующую нагрузке силу , зависит как от изменени  гидросопротивлени  участков выходных дроссельных щелей, так и от изменени  гидросопротивлений участков входной дроссельной щели 24, в результате чего опора имеет существенно большую радиальную жесткость по сравнению с известной опорой. Далее рассмотрим работу шпиндельной опоры в случае приложени  консольной нагрузки , приложенной к валу 6 с левой стороны (фиг. I). В этом случае вал 6 под действием нагрузки стремитс  сместитьс  вниз и одновременно повернутьс  вокруг точки О так, что лева  щейка 10 отклонитс  вниз, а права  - вверх. Радиальному смещению вала 6 противодействует сила, образование которой было рассмотрено выще. Рассмотрим поворот вала 6 вокруг центра О. При указанном повороте верхний участок дроссельной входной щели 24 слева от канавки 20 раскрываетс , а справа закрываетс , а нижний участок щели 24 слева от канавки 20 закрываетс , а справа открываетс . При этом нижние участки щелей 15 слева закрываютс , справа открываютс , верхние участки щелей 15 слева открываютс , справа закрываютс . При этом верхний левый и нижний правый участки щелей 13 закрываютс , а верхний правый и нижний левый участки этих щелей 13 открываютс . Указанные видоизменени  формы и высоты дроссельных щелей 24, 15 и 13 перераспредел ют потоки смазки и давлени  в карманах узла следующим образом: поток через щель 24 в верхние упорные карманы 11 и в сообщенные с ними каналами 18 нижние радиальные карманы 14 слева от точки О увеличитс , а справа - yмeньuJитc , что приводит к возрастанию давлени  в левом верхнем упорном кармане 11 ив левом нижнем радиальном кармане 14, а также к падению давлени  в первом верхнем упор ном кармане 11 и в правом нижнем радиальном кармане 14. В это же врем  сопротивление вытеканию смазки из нижнего левого кармана 14 через щели 15 и из верхнего левого кармана 11 через щель 13 увеличиваетс , а из нижнего правого кар.мана 14 через щель 15 и из верхнего правого кармана 11 через щель 13 уменьщаетс . В результате этого давление смазки в левом верхне.м кармане 11 и в левом нижнем радиальном кармане 14 возрастает, а в правом верхнем кармане 11 и в правом нижнем кармане 14 уменьщаетс . Одновременно поток через щель 24 в нижние торцовые карманы 11 и в сообщенные с ними каналами 18 верхние радиальные карманы 14 слева от точки О уменьщаетс , а справа увеличиваетс , что ведет к возрастанию давлени  в правом нижнем кармане 11 и в правом верхнем кармане 14, а также к падению давлеки  в левом нижнем кармане 11 и в левом верхнем кармане 14. При этом сопротивление вытеканию смазки из правого нижнего кармана 11 через щель 13 и из правого верхнего кармана 14 через щель 15 увеличиваетс , а сопротивление вытеканию смазки из левого увеличиваетс , а сопротивление вытеканию смазки из левого нижнего кармана 11 через щель 13 и из левого верхнего кар.мана 14 через щель 15 уменьшаетс . Это приводит к дальнейшему увеличению давлени  в правом нижнем кармане 11 и в правом верхнем кармане 14, а также к дальнейшему падению давлени  в левом нижнем кармане 11 и в левом верхнем кармане 14. Таким образом, при приложении к валу 6,консольной нагрузки в результате указанных перераспределений гидросопротивлений участков дроссельных входных щелей 24 и участков дроссельных выходных щелей 15 и 13, давление возрастает в левом верхнем кармане И, левом нижнем кармане 14, правом нижнем кармане II ив правом верхнем кармане 14. Одновременно давление падает в левом нижнем кармане 11 ив правом верхнем кармане 14. Одновременно давление падает в левом нижнем кармане II, левом верхнем кармане 14, правом верхнем кармане 11 и в правом нижнем кармане 14. Указанные перераспределени  давлений создают момент сил,противодействующий указанному повороту вала 6 под действием консольной нагрузки. Так как в опоре перераспределение давлений в упорных и радиальных карманах происходит не только за счет изменени  гидросопротивлений выходных дроссельных щелей 13 и 15, а также за счет изменени  гидросопротивлений участков входной дроссельной щели 24, очевидно, что гидростатическа  опора обладает существенно большей угловой жесткостью, чем известный гидростатический шпиндельный узе/к Формула, изобретени  Гидростатическа  опора, содержапга  корпус с соосно установленными в нем втулками , обхватываюп,1.ими вал, имеющий бурт, размеи1енный между торцами втулок, а также радиальные и упорные несущие карманы , сообщающиес  через входные дроссели с источи и ком подачи смазки под давлением. отличаюи{а с  тем, что, с целью увеличени  жесткости, упрощени  конструкции и повышени  надежности, каждый из упорных карманов соединен с диаметрально расположенным радиальным несущим карманом , а входные дроссели выполнены в виде цилиндрических щелей, образованных внутренней поверхностью корпуса и наружной повер.хностью бурта. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3726573, кл. 308-9, 1973.

3 л 1 /у /7

13

Риг. г

В- Б

fff

yiJl.3